闪电电场测量与传输系统设计

发布时间：2022-09-17 18:42

　　闪电的发生主要来源于积雨云中的电荷积累,当积雨云积累了一定量的电荷后,与地面形成了足够击穿大气的电场,发生放电。这种长距离的放电产生强大的电流,同时还会伴随强烈的电磁辐射,这些电磁场是以高速变化的形式存在于大气中。随着观测手段的丰富,利用这些电场的记录测量可以有效用于雷电的物理机制的研究。使用多个站点的同步观测数据,结合精确的授时系统可以对闪电通道进行定位。 传统的闪电电场测量设备将传感部分和采集部分分离,通过电缆传输模拟量至采集终端,抗干扰性差,利用电脑和采集卡的时间作为参考,精度低,次测量需要多个设备同时支持,增加了测量成本和难度。针对这些问题,论文设计了一种采用板卡式结构的新型闪电电场测量系统。板卡集成了信号调理电路,ADC采集电路,FPGA控制与USB传输电路。将该板卡结构置于天线内部,实现了电场的感知和采集的高度集成,采集信号以数字量传输具有很强的抗干扰性,将GPS授时和FPGA计数结合记录闪电的精确时间,通过FPGA内部程序控制,可以实现多种触发方式,能够对电场脉冲进行捕捉。通过实验室实测结果表明,该系统可以有效测量频率高达5MHz的大气电场的快速变化过程,采集速度最... 

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

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目录
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
    1.3 课题主要研究内容
第二章 闪电电场测量的基本原理和测量方案
    2.1 雷电的电磁场效应
    2.2 快速变化电场的测量
    2.3 闪电电场测量系统总体方案设计
    2.4 本章小结
第三章 闪电电场测量系统硬件电路部分设计
    3.1 前置信号调理电路设计
    3.2 高速模数转换电路设计
    3.3 FPGA主控电路与GPS授时电路设计
    3.4 USB控制传输电路设计
    3.5 系统供电电路设计
    3.6 本章小结
第四章 闪电电场测量系统软件部分设计
    4.1 NIOS Ⅱ软核控制程序
    4.2 FPGA内部触发与精确授时关键程序
    4.3 USB数据传输控制程序
    4.4 上位机软件程序设计
    4.5 本章小结
第五章 闪电电场测量系统性能测试
    5.1 闪电电场变化测量系统的测试原理
    5.2 闪电电场变化测量系统的测试结果
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文主要完成的工作
    6.2 今后工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位发表论文
攻读硕士学位期间参加科研情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]闪电电场变化测量仪研究[J]. 周璧华,郭建明,邱实,李炎新,朱凯鄂.  地球物理学报. 2012(04)
[2]闪电电场测量研究[J]. 邱实,周璧华,郭建明,李炎新.  电波科学学报. 2011(01)
[3]基于Avalon总线的多通道PWM控制器的实现[J]. 张赵良,朱菊香.  微计算机应用. 2010(12)
[4]通用USB接口的数据采集系统的设计[J]. 张伟.  自动化应用. 2010(09)
[5]大气电场仪中相敏检波器的分析与设计[J]. 唐海,行鸿彦,季鑫源.  现代电子技术. 2009(13)
[6]利用快电场变化脉冲定位进行云闪初始放电过程的研究[J]. 王东方,郄秀书,袁铁,张广庶,张彤,张廷龙,张其林.  气象学报. 2009(01)
[7]基于Verilog的FPGA与USB2.0高速接口设计[J]. 袁卫,张冬阳.  现代电子技术. 2009(01)
[8]基于GPS授时的异地同步数据采集系统[J]. 燕斌,赵飞.  电子科技. 2008(12)
[9]基于USB2.0接口的高速数据采集系统设计[J]. 黄大勇,李鉴,张建正.  现代电子技术. 2007(24)
[10]基于GPS的同步采集装置的研究与设计[J]. 詹庆才,聂晓波,曹笃峰.  工业控制计算机. 2007(09)

硕士论文
[1]基于SOPC的高集成化网络监控系统设计[D]. 方映.大连理工大学 2011
[2]高速变化电场数据采集与传输系统设计[D]. 徐向明.南京信息工程大学 2011
[3]基于ARM的静态测量型GPS接收机设计[D]. 常莉.中国地质大学 2009
[4]基于FPGA的高速数据采集存储系统设计[D]. 刘志平.西安电子科技大学 2009



本文编号：3679749