雷暴云电荷密度的测量方法研究

发布时间：2020-05-15 11:14

【摘要】：在一定条件下,空气中的水汽遇冷会凝结成水滴形成雷暴云。雷暴云电荷结构一般具有三极性结构特征,云体上部为主正电荷区,下部为主负电荷区,云体底部为一个较弱的正电荷区。当雷暴云内部电荷累积达到一定程度则会产生闪电。雷暴云电荷密度的测量,有助于人们了解雷暴云电荷结构和闪电发生的类别、接地位置及传播特征之间的关系和规律性,对于人们探测和预警闪电有着重大的意义。目前人们对于雷暴云的研究主要侧重于电场,雷暴云电荷密度的测量为雷暴云的研究提供了另一种可行的方法。由于现有的测量仪器无法满足雷暴云气体电荷密度的测量要求。本文设计了一种用于雷暴云电荷密度的测量系统,可置于山顶或通过探空气球上升到云层中进行测量。为了克服雷暴云带电气体本身没有固定形态这一特殊情况,本文设计了一种双筒式结构的电荷感应传感器,通过置于电荷感应传感器一端的风扇将雷暴云带电气体吸入电荷感应传感器中,测量带电气体所产生的静电势,通过公式计算出雷暴云电荷密度。硬件电路设计采用模块化设计提高系统稳定性、降低干扰,选用STM32为核心主控制器的硬件电路设计方案,主要包括STM32外设电路、振动电容传感器驱动电路、信号调理电路和电源电路等。STM32外设电路主要有时钟电路、数模转换电路和SD卡驱动电路。信号调理电路包括前置信号放大电路,低频滤波电路和相敏检波电路。SD卡为测量系统进行户外测量提供了大容量的数据存储保证。最后系统软件设计部分阐述了各模块设计思路和主程序流程。采用Keil uVision4实现各模块驱动程序设计。采用QT完成上位机软件设计,实现测量系统的智能化控制,提供直观化的数据检测、查询等功能。根据实验测试结果表明：基于STM32的雷暴云电荷密度测量系统达到了测量要求。具有数据采集迅速、精确度高以及系统稳定。在简化电路的设计下,电路抗干扰能力强,可在不同环境下进行数据测量。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P415.35;P427.3

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本文编号：2664942