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大气电场仪的改进及其标定系统设计

作　者: 张腾飞
导　师: 行鸿彦；季鑫源
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 雷电科学与技术
关键词: 雷电预警大气电场仪标定数据采集控制 GPS模块
分类号: P415.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 109次
引　用: 1次
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内容摘要

雷电当今已经成为造成建筑,电力,电子,通信和航空,航天灾害的重要因素。因此,对雷电进行实时监测和预警就显得尤为重要。大气电场仪是雷电预警系统中的重要组成部分,利用其进行预警时,为了提高各个站数据之间的一致性、稳定性和可靠性,提高预警的准确率,建立大气电场仪标定系统是非常必要的,同时也具有重要的实际意义。本文根据不同平面的两块相互平行且有无限尺度的导电板之间存在均匀电场的原理,设计了一套由单片机控制的模拟电场值大小可控的电场标定系统,上位机中同时接收理论和实测电场值并进行对比,达到标定的目的。标定系统电容箱由直径4米的圆形平行极板组成,100KV高压源输出线性可控并且加载在极板上,模拟一个电场值大小已知的均匀电场。采集控制系统电路利用高精度AD芯片对采集到的电压信号进行模数转换,运用平均值算法对电压输出数据进行数字滤波后得出结果,通过单片机对DA芯片控制实现对输出高压数据进行控制。在通信传输方面,设计了有线485传输至上位机,传输质量和安全性更加有保障。研究了一种合理的标定方式,提出了标定方法、具体步骤和注意事项,在上位机软件中对比了测量电场值和理论电场值,标定了部分大气电场仪,并且重点分析了一次标定的数据和结果。对晴天大气电场和雷暴过程中的大气电场进行了初步分析,实验验证了整个设计方案的正确性。通过标定提高了电场仪测量值的准确度后,为了提高其实时性,消除电场数据由于网络延时在时间上的误差,对大气电场仪进行了改进,加入GPS模块并对其发出的数据进行读取,给GPRS DTU发送的数据包中加入时间及位置信息,提高了电场数据在雷电预警系统中的利用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-12
  1.1 大气电场研究的意义与目的  7-8
  1.2 大气电场探测方法及标定国内外研究现状  8-10
  1.3 本课题的研究内容  10-12
第二章雷电预警中电场仪的标定原理  12-15
  2.1. 地面电场强度和闪电的关系  12-13
  2.2 大气电场仪及标定的工作原理  13-15
第三章电场仪标定系统整体设计  15-40
  3.1 大气电场仪标定系统整体设计  15-18
    3.1.1 装置的技术性能要求  16-17
    3.1.2 装置的技术指标  17-18
  3.2 标定板  18
  3.3 高压源性能参数  18-21
  3.4 控制系统整体结构  21-23
    3.4.1 高压源外部控制  21-22
    3.4.2 DA和AD的选型  22-23
    3.4.3 电路与上位机的通信  23
  3.5 单片机数据采集控制硬件电路设计  23-36
    3.5.1 采集电路设计  24-26
    3.5.2 控制电路设计  26-27
    3.5.3 总控部分设计  27-28
    3.5.4 采集控制系统的软件部分  28-36
      3.5.4.1 软件结构  28-31
      3.5.4.2 DA转换程序  31-32
      3.5.4.3 AD转换程序  32-36
  3.6 控制开关设计  36-37
  3.7 电源电路设计  37-38
  3.8 通信电路设计  38-40
第四章上位机标定数据中心软件  40-44
第五章标定实验  44-48
  5.1 标定方法和步骤  44-46
    5.1.1 标定准备  44-45
    5.1.2 标定步骤  45-46
  5.2 标定过程及结果  46-48
第六章大气电场仪的改进  48-61
  6.1 电场仪数据实时性分析  48-49
  6.2 改进系统整体设计  49-50
  6.3 GPS模块  50-51
  6.4 硬件连接的基本方式  51-52
  6.5 工作方式  52-54
  6.6 系统软件部分  54-59
  6.7 改进结果  59-61
第七章总结与展望  61-63
参考文献  63-65
致谢  65-66
作者简介  66

大气电场仪的改进及其标定系统设计

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