[发明专利]一种闪电通道的温度测试装置

说明书

技术领域

本发明属于雷电科学与技术领域，特别涉及了一种闪电通道的温度测试装置。

背景技术

雷击闪电过程具有非常大的瞬时峰值能量，在微秒量级的瞬间可以释放出55kW·H的能量。由于闪电放电过程将产生瞬态强电流，使得峰值温度高达数万摄氏度的闪电通道中聚集着大量等离子体，其特征与闪电通道形成和发展的具体物理过程有着密切联系。由于自然界的闪电过程发生的时间和空间尺度上存在有随机性，且闪电过程在微秒量级上具有高速瞬间变化特征，上述几个因素使得针对闪电通道的探测手段难以实现。然而光谱观测却可以在一定的距离内获取闪电通道内部结构的物理特征及相关信息，通过对光谱相对强度的分析计算，可以直接获得闪电通道的温度，根据闪电通道温度，可以推算出闪电通道的电子密度，电导率、压强、相对质量密度，电离百分率以及同种粒子浓度等与通道放电特征有关的参量，对闪电过程、物理机制的研究有重要的意义。

目前，无狭缝摄谱仪已普遍应用于对单次回击光谱的观测，光谱所反映的闪电通道特征及闪电物理过程的研究也越来越成熟。利用无狭缝摄谱仪获得云对地闪电回击过程400-700mm波长范围的光谱，同时利用光学多通道分析仪OMA，在谱线辨认和光谱特征分析的基础上，在局部热力学平衡(LTE)条件近似下，根据光谱线相对强度，可以计算出闪电通道等离子体的温度，同时根据saha方程可以获得通道等离子体的电子密度。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种闪电通道的温度测试装置，以saha方程为基础，在局部热力学平衡条件近似下，根据闪电通道发出的红外波段和可见光波段的光谱线相对强度，反演计算出闪电通道的温度。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种闪电通道的温度测试装置，包含红外光滤光片、可见光滤光片、第一凸透镜、第二凸透镜、第一光电管、第二光电管、第一放大电路、第二放大电路、差分放大电路、真有效值检波电路、数据运算模块和显示模块，所述第一光电管的输出端经第一放大电路连接差分放大电路的输入端，第二光电管的输出端经第二放大电路连接差分放大电路的输入端，差分放大电路的输出端依次连接真有效值检波电路、数据运算模块和显示模块；闪电通道发出的辐射分别经红外光滤光片和可见光滤光片滤除红外波段和可见波段，再分别经第一凸透镜和第二凸透镜聚焦后分别照射在第一光电管和第二光电管上，第一光电管和第二光电管将两束光信号转换为电信号，两个电信号分别经第一放大电路和第二放大电路放大后依次经差分放大电路和真有效值检波电路处理后送入数据运算模块，数据运算模块根据输入的信号计算出闪电通道的温度值并送给显示模块。

其中，上述红外光滤光片和第一凸透镜安装在长度为15cm、壁厚为2mm的光学镜筒内，所述可见光滤光片和第二凸透镜安装在另一个完全相同的光学镜筒内。

其中，上述第一、第二凸透镜的固定焦距为5cm，直径为5.6cm，厚度为2mm。

其中，上述第一、第二光电管采用光电倍增管。

其中，上述第一放大电路与第二放大电路的结构相同，所述第一放大电路包括第一集成运放、第二集成运放、第一～第三电容以及第一～第五电阻，所述第一集成运放的负输入端经第一电容接地，第一集成运放的正输入端经第二电阻接地，第一集成运放的输出端经第三电阻连接第二集成运放的负输入端，第一集成运放的负输入端经第一电阻与第一放大电路的输出端相连，第二集成运放的输出端经第四电阻与第一放大电路的输出端相连，第一集成运放的正输入端经第二电容连接第一集成运放的输出端，第二集成运放的负输入端经第三电容连接第二集成运放的输出端，第五电阻的两端分别连接第二集成运放的负输入端和第一放大电路的输出端，第二集成运放的负输入端连接第一光电管的阴极，第二集成运放的正输入端连接第一光电管的阳极。

其中，上述第一、第二集成运放的型号为LF353。

其中，上述差分放大电路包括第三～第五集成运放以及第六～第九电阻，所述第三集成运放的正输入端连接第一放大电路的输出端，它的负输入端连接它的输出端，第四集成运放的正输入端连接第二放大电路的输出端，第三集成运放的输出端经第六电阻连接第五集成运放的负输入端，第四集成运放的输出端经第七电阻连接第五集成运放的正输入端，第五集成运放的负输入端经第八电阻连接第五集成运放的输出端，第五集成运放的正输入端经第九电阻接地，第五集成运放的输出端连接真有效值检波电路。

其中，上述第三～第五集成运放的型号为LMS358。

其中，上述真有效值检波电路为AD536芯片。