大气电场仪的工作原理浅析

大气电场强度测量与预警系统研究在当今社会，天气的变化对我们的生活和安全造成了重要影响。

其中，大气电场强度是一个关键的指标，特别是在气象灾害预测与预警方面。

本文将研究大气电场强度的测量与预警系统，分析其原理和应用。

一、介绍大气电场强度是指大气中存在的静电场强度。

它由大气中的离子、颗粒物和光等引起。

通过测量大气电场强度，我们可以预测风暴、雷击和其他天气灾害。

因此，研究大气电场强度测量与预警系统具有重要意义。

二、测量原理大气电场强度的测量原理基于库仑定律。

当存在电荷差异时，即会形成电场。

因此，通过测量电场的强度，我们可以了解大气中的电荷分布，并预测可能发生的天气现象。

大气电场强度测量系统通常包括电场仪器、天线、数据采集和分析装置。

电场仪器用于测量电场强度，天线用于接收电场信号，数据采集和分析装置将测量的数据转化为可视化的信息。

三、测量技术目前，大气电场强度的测量技术较为成熟。

主要有接地棒法、风车放电法、感应法和电容法等。

接地棒法是最常用的测量方法之一。

它通过将接地的导电物放置在地面上，测量其上方的大气电场强度。

这种方法简单易行，成本较低。

风车放电法利用风车上的导电风叶受到大气电场强度的作用而发生放电，通过测量风车放电的频率和强度来判断大气电场强度。

感应法是一种无接触式的测量方法，它通过感应电极接收周围的电场信号，将其转化为电流信号进行测量。

电容法利用两个电容板之间的电场变化来测量大气电场强度。

这种方法在实验室中较常用，但在实际应用中存在一定的技术难题。

四、预警系统大气电场强度的测量结果为预测天气灾害提供了重要依据。

因此，建立一个有效的大气电场强度预警系统尤为重要。

预警系统通常由传感器、数据采集器和预警装置组成。

通过实时监测大气电场强度的变化，预警装置可以在可能发生天气灾害前及时发出警报，提醒人们采取相应的预防措施。

预警装置可以基于短信、声音或者网络等方式进行预警。

这样，人们可以在天气灾害发生前得到及时预警，避免人员伤亡和财产损失。

大气电场的形成原理
大气电场的形成原理是由于大气中存在正负电荷的分布差异，形成了电场。

这主要是由于以下几个因素导致的：
1. 电离：大气中的分子和原子由于各种因素（如紫外线辐射、宇宙射线）的影响，会发生电离，即失去或获得电荷。

这些自由的正负电荷会在大气中形成电场。

2. 太阳辐射：太阳辐射也会使大气层中的分子电离，从而在大气中形成电荷。

阳光照射到大气层时，会使分子电离产生电子和正离子，形成正负电荷分布差异。

太阳辐射不均匀地照射到地球不同地区，导致不同地区的大气电荷分布差异。

3. 大气中的电流：大气中存在大量的气体流动、水蒸气凝结、冰雹等现象。

这些运动过程会导致电荷的分离和聚集，从而形成电场。

4. 地球电场：地球自身也具有一个电场，这是由于地球表面和大气之间存在着电荷分布的差异所形成的。

地球表面带有负电荷，而大气层中带有正电荷，从而形成了地球电场。

这些因素共同作用，形成了大气电场。

大气电场的强度和分布会受到许多因素的影响，如地形、气象条件、地球磁场等。

大气电场仪的工作原理浅析【摘要】本文通过雷暴云在地面电场产生的信号强弱计算分析，介绍了大气电场仪的探测原理，分析了其电路设计的要求，电场极性的识别方法及其标定的方法。

【关键词】大气电场仪;电路;电场极性;标定1.引言大气电场强度是大气电学的基本参数，雷电的发生总是与大气电场强度密切相关的，大气中电位梯度达到大气击穿电位梯度是雷电发生的必要条件。

因此，可以从大气电场的变化情况对雷电进行监测以及预警[1]。

大气电场仪是能够测量电场的大小，辨别电场符号的仪器。

本文将重点介绍大气电场仪的探测原理，分析电路设计要求、电场方向识别方法以及电场仪的标地方法。

2.电场仪工作原理利用导体在电场中产生感应电荷的原理，电场仪传感器由定片和动片组成，动片的旋转使定片的感应电荷转换为和大气电场成正比的电压量。

电场仪处理并显示电场值，电场值传送至计算机[1]。

图1 电场感应器结构示意图2.1 大气电场感应器大气电场感应器由上、下两片相互平的、有一定间距形状、相似的几片叶片连接在一起的对称扇形金属片组成（如图1所示）。

下面的金属片用来感应电荷，固定不动，称为定片。

上面的金属片由马达驱动旋转，称为动片，并与地相联接，它既起屏蔽定片的作用，又使业片暴露于大气电场中。

当动片旋转时，定片便交替地暴露在大气电场中，由此产生交变电信号，信号的大小与大气电场强度成正比。

当动片旋转时，它对定片起周期性的屏蔽作用，于是定片一会完全暴露于大气中，一会儿则完全屏蔽掉，有时只露出一小部分。

如果定片有面积为暴露于大气中，在它上面出现感应电荷，则有：其中为导体面电荷密度，根据高斯定理导体表面电场强度E与面电荷密度关系为：又因为感应电荷是随时间变化的，则有电流信号I产生：假设动片转动的周期时间为T，动定片重合时t为零，则转动速率为：其中S为一片叶片的面积，n为叶片的片数。

则定片暴露出来的面积为：当0≤t≤T/2当T/2≤t≤ T则电流I与电场E的关系为：为了适应于在恶劣天气条件下使用，对感应头的结构进行了特殊的考虑。

大气电场的形成原理及应用大气电场是指在地球表面与电离层之间存在的电场。

它的形成原理主要与地球大气层中的静电充电过程和电离过程有关。

大气电场的应用范围广泛，涉及气象、电力、通信等多个领域。

大气电场的形成原理主要有以下几个方面：1. 地球电场：地球表面以及地球大气层与外部环境相互作用产生静电充电，形成了一个全球性的地球电场。

地球表面带有正电，而电离层以上则带有负电，两者之间形成了一个竖直向上的电场。

2. 电离层电场：电离层是大气层中电离气体的区域，电离层中存在大量的正、负离子，它们在地磁场的作用下形成了一个水平向东的电场。

这个水平电场与地球电场在垂直方向叠加，形成了大气电场的主要成分。

3. 电云：云中的水珠、雪花等带有电荷，形成了一个垂直方向的电场。

当云与地面或其他云之间存在电荷差异时，就会形成云与地面之间的电荷传递，产生雷暴等大气电现象。

大气电场的应用主要有以下几个方面：1. 气象预报：大气电场对天气现象产生重要影响，通过观测大气电场可以提供天气预报的一些参考数据。

例如，在闪电发生前，大气电场会发生明显变化，可以作为雷暴天气的预警指标。

2. 精准农业：大气电场的变化与降水量、湿度等气象因素有关，可以通过观测大气电场来预测气象变化，为农业生产提供参考。

例如，通过监测电场可以预测降雨时间和降雨量，帮助农民进行灌溉和农作物管理。

3. 电力系统：大气电场与地面电势差的变化与地闪引起的雷击、航空雷达、电力系统的稳定性等相关。

通过观测大气电场可以及时掌握雷暴的发生情况，以提前做出相应的防护措施，确保电力系统的安全稳定运行。

4. 大气污染控制：大气电场的变化也与大气污染的扩散和变化有关。

通过监测大气电场可以了解大气中污染物的传播和分布情况，为大气污染控制提供参考。

总之，大气电场是地球表面与电离层之间形成的电场，它的形成原理涉及地球电场、电离层电场以及云中的电荷分布。

在气象、电力、通信等领域中，大气电场的变化与天气预报、农业生产、电力系统的稳定性以及大气污染的控制等方面有着重要的应用价值。

大气电场仪中相敏检波器电路原理分析及其设计
常用的相敏检波器有两种：一种由变压器和二极管桥组成，这种电路体积大，稳定性差;另一种则由模拟乘法器构成，性能上得到了很大提高，但价格高，调试麻烦。

为此，在研制大气电场仪的过程中，根据大气电场仪探头的结构特点和大气电场测试中对检波器的要求，利用光电开关、四通道模拟开关和运放组合设计一种结构简单，性能稳定的相敏检波器。

同时，为了对电场信号的极性进行有效可靠的鉴别，根据相敏检波理论，将通过调整光电开关的设置位置，保证感应电压信号与同步脉冲信号同相，以获得最大整流输出，从而准确辨别被测电场极性。

1 相敏检波电路设计
大气电场仪传感器探头如
1.1 感应的微弱电压信号与同步脉冲信号
当探头中的电机带动动片和小叶片转动时，感应片上产生了交流感应电流信号，该交流电流信号经I-V 转换电路后，得到交流感应电压信号V1(t)，在一个周期T 内其表达式为：
式中：I 为电场仪探头输出的感应电流信号的幅度;R，C 分别为I-V 转换电路的反馈电阻和反馈电容;T 为动片暴露和遮挡感应片A 或B 一次的时间; VRC 为t=T/2 时感应电压信号的等效幅度;K 为一常数，
在动片转动的同时，小叶片按同样的频率ω周期，通过光电开关。

大气电场的形成原理及应用1. 引言大气电场是指地球大气中存在的电场现象。

它的形成原理主要涉及空气离子化、电荷分离和电场形成的过程。

本文将着重介绍大气电场形成的原理，并探讨其在科学研究和应用中的作用。

2. 大气电场形成的原理大气电场的形成主要涉及以下几个原理：2.1 空气离子化空气中的分子和原子在一定条件下可以失去或获得电子而形成带电的离子。

空气离子化主要包括射电活动、辐射、气溶胶的影响等。

射电活动是指来自太阳和其他宇宙物体的高能粒子进入大气层时与空气分子发生碰撞并产生电离。

辐射指电磁波或粒子辐射引起的电离。

气溶胶是空气中悬浮的颗粒物，它们可以提供电荷给空气分子。

2.2 电荷分离大气中存在两种重要的电荷分离机制：雷暴活动和地表分离。

2.2.1 雷暴活动雷暴过程中，云中的水滴和冰粒之间的碰撞、云中水滴和冰粒与底部地面之间的碰撞等都会导致电荷的分离。

云中水滴和冰粒之间的碰撞使得云中的大型冰球获得正电荷，而云中剩余的负电荷则从中心离开。

地面上空的大气则形成了一个正电荷区域。

当云和地面正电荷区域之间的电场强度足够大时，就会发生大气放电现象。

2.2.2 地表分离地表分离主要是指地球表面的电场与大气电场之间的交互作用。

地球表面具有不同电导率的特性，不同地方的电导率差异导致地表分离。

例如，陆地上的高地通常具有较低的电导率，而水体则具有较高的电导率。

这种电导率差异导致了两者之间的电荷分离。

2.3 电场的形成大气电场的形成是通过正负电荷在大气中的分布而产生的。

正电荷区域会吸引大气中的负电荷，形成一个电场。

电场的强度和方向可以通过电荷分布的特性进行计算。

3. 大气电场的应用大气电场在科学研究和应用领域有着广泛的应用。

以下是一些常见的应用：3.1 天气预报大气电场可以用来预测天气变化。

通过监测大气电场的变化，可以提前预知天气的变化趋势。

例如，在雷暴活动即将发生时，大气电场的变化可以帮助预警系统提前警示。

3.2 大气污染监测大气电场可以用来监测大气污染物的浓度和分布。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·150·2020年第11期文章编号：2095－6835（2020）11－0150－02大气电场仪在贵州雷电监测预警中的应用浅析李迪1，陆扬2（1.贵州省气象灾害防御技术中心，贵州贵阳550002；2.贵州省大气探测技术与保障中心，贵州贵阳550002）摘要：分析了当前利用大气电场仪的电场变化，实时获取雷电发生、发展及消亡过程信息。

基于大气电场仪监测到雷暴云中雷电活动引起的地面电场值变化，结合闪电定位资料的个例分析，得出地面大气变化可以较好地反映闪电活动信息，避免和减轻雷电灾害的影响。

关键词：大气电场仪；雷电监测；地面电场；雷电灾害中图分类号：P429文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2020.11.0641引言贵州省位于云贵高原东侧，地形以山区为主，特殊的地理环境与地势地貌为冷暖空气交汇活动提供了条件，天气情况复杂，强雷暴单体和雷暴群现象经常出现，造成雷电天气过程极易发生。

近50年来，全省年平均雷暴日达51.6d，属多雷暴区。

雷电灾害是最严重的灾害之一，雷电和其他灾害天气相比，具有时间分布的瞬时性、季节性和频繁性，空间分布的广泛性、分散性和局地性等特点，这样就增加了雷电预报的准确性的难度。

据近年来的不完全的雷击数据显示，贵州全省易受雷击的场所（如建筑、园区等）因雷电引发的事故逐年增加，特别是高层建筑及弱电设施的雷灾事故呈上升趋势。

随着贵州省经济的快速发展，对雷电预警业务服务的需求日趋丰富化、多元化，服务专业化，用户对雷电产品的需求不再是进行雷电实况的监测。

因此，充分利用大气电场资料进行雷电的综合预警符合社会对雷电预警产品的需求。

2大气电场仪探测原理大气电场仪是利用置于电场中的导体，其上产生感应电荷的原理进行电场测量的。

当雷雨云内发生电荷积累时，地面电场值将发生变化。