大气电场仪(2013.9.1)报告.ppt

第二章 电场仪的工作原理及其在雷电预警中的应用;;雷暴的电荷结构;雷暴电过程的演变;§1 大气电场仪;1）测量原理（Electric Field Mill); 感应原理;;;;;; 感应器的组成;定片和动片是一圆板开六（四）等分的扇形面。 定片：感应电场信号，与机架绝缘。 动片：定片上方，由直流电机带动旋转，接地。 动片转动时定片在电场中交替地被屏蔽和暴露，产生感应的交变信号。 前置放大器：放大很微弱的信号。 小叶片：形状与定片相似，也由电机带动旋转，并通过光电开关的缺槽口使光电开关产生同步参考脉冲，用于鉴别电场信号的极性。;定片感应的交变信号, 经前置放大器放大和光电开关产生的同步信号一起从感应器输出, 经长屏蔽电缆接到主机上。 主机把信号进一步放大, 相敏检波器在经过整形分相的同步脉冲作用下鉴别出交变电场信号的正负极性, 通过低通滤波器得到相应的直流信号输出。;;; 采用倒置结构使电场仪能在恶劣天气条件下工作;;电场仪探头结构 ;;;2）标定;电场的标定应当在一个已知数值的均匀电场中进行，根据处于不同电位的两块相互平行、且有无限尺度的导电板之间存在均匀电场的原理，利用在两块相距为一定距离的平板电极间加上一已知的稳定电压，为一基本的电场标定装置，平板间电场可根据E=V/d算出。;外场标定;有限元方法计算出的电场仪受畸变影响时的电场与实际均匀电场相差倍数;§2 大气电场资料的误差处理;;是否正确？？;以下是25台大气电场仪安装的相关信息：;;; 大气电场仪安装环境的分析： ; 在所装的25台中，有15台是装在各地气象局的气象观测场（本校两台，浦口，仪征，扬州，邗江，江都，丹阳，丹徒，句容，扬中，常州，金坛，校教场，武进区洛阳中学），还有两台（分别位于白兔镇葡萄合作社和大港银山公园）。以上17台电场仪周围环境基本一致，地区较为空旷，周围都是少数气象类仪器，基本对电场仪工作无影响。地下土壤类型为泥土，电阻率为基本为30-100Ω·m。图片如下图：;; 由于仪器安装时受到供电这一条件的约束，还有5台电场仪（位于六合气象局、扬子石化场区、麒麟、龙都和土桥行政事务中心）装于屋顶上。这5台周围10米之类内基本没有别的高耸物，海拔高度较高，可以视为安装环境一致。现场图片如下（是否合适？？）： ; 另外还有2台是装在水库边上（镇江二圣水库和六合区集镇水库）二者的共同点为海拔较高，安装环境为靠近水域的土壤，可视为安装环境一致。 还有1台是安装于镇江的饵陵水利站，由于受到供电和线路的敷设条件限制，只能装在两栋平房之间，在工作时会受到周围环境影响较多，后期的工作可能需要进行数据的质量控制。;安装流程的接地和供电问题;大气电场仪的供电主要是所在地就近拉电缆线进行供电，一般都是从观测场的供电箱拉线，然后电缆线穿管埋地。仪器供电的地线在少数几个场所未能接地（主要是由于供电插头为两孔）。电场仪外壳一般用接地线就近接到附近的接闪器上，如下图： ;大气中的静电场问题可归结为在给定电荷分布和边界条件下求解泊松方程：;;; ;1. 屏蔽距离 2. 楼顶的测量结果与地面的关系;模拟选用的雷暴云电荷结构;建筑物对邻近空间的静电场具有屏蔽作用;模拟得到孤立建筑物的屏蔽距离与高度的比值;由上表可以得出以下结论：;建筑物形状引起顶部电场值的异常;1）当建筑物的长、宽不变时，影响屋顶中心处垂直电场变化的主要因素是建筑物的高度，而与雷暴云的位置基本无关（很重要，为什么？？）。 2）建筑物的高度越高，则其顶部的 垂直电场值增加越明显。通过拟合可以得出在此条件下建筑物高度与电场变化量的关系式： ;利用电场的随机击穿特性模拟; 雷击概率预测;;给出建筑物的雷击概率分布并建立受地形影响的三维电场分布模型; 单体建筑物的雷击概率;; 组合建筑物的雷击概率;; 地表起伏对雷击概率的影响 ;4）采用有限元等算法，采用变网格技术，进行人工引发雷电对空中飞行器雷击仿真研究；;;;;采取四面体有限元刨分的方法，精确解决静电场计算的问题; ; 以下以安装在深圳市龙华区编号为E1155的大气电场仪的为例，介绍其修订过程。 经过勘测数据：该大气电场仪器位于高20-m，宽8-m的建筑物屋顶，在其北面距大气电场仪179-m处有一个高塔，塔高约80-m；大气电场仪西侧距离200-m处有一个高60-m的建筑物。 ; ;龙华基地大气电场仪三维优化图;图4 龙华基地大气电场仪周围电位分布图 （纵横坐标单位均为m,电位单位为V）;由此得出该大气电场仪的场地修订因子