[实用新型]一种大气电场传感器和包含该传感器的PCB多层电路板

说明书

本实用新型公开一种大气电场传感器和包含该传感器的PCB多层电路板，其中大气电场传感器包括平行板天线和信号采集电路，平行板天线通过信号线与信号采集电路连接；平行板天线包括第一极板和第二极板，第一极板和第二极板之间产生电压信号，信号采集电路包括放大器，第一极板和第二极板分别连接信号采集电路的两个输入端。本实用新型的大气电场传感器主要用于应急监测，可实现测量电场带宽为DC～2MHz，覆盖了直流至低频LF频段，能够探测雷暴阶段1到阶段4的整个生命周期。广泛适用于大气层近地场监测、雷电电磁脉冲探测、雷电定位以及对远处或地下某些爆炸事件远距离监测等领域。

技术领域

本实用新型涉及一种大气电场传感器和包含该传感器的PCB多层电路板，属于大气电学观测技术领域，主要用于雷暴的应急监测。

背景技术

雷电灾害是联合国公布的十种最严重的自然灾害之一，也是目前中国十大自然灾害之一。

雷暴是由大气活动产生的、伴随有电闪雷鸣的局地风暴。雷暴的生命周期包括四个不同阶段:初始阶段、成长阶段、成熟阶段、消散阶段。

大气电场传感器是一种可以探测雷暴全部四个阶段、整个生命周期的雷暴探测仪器。目前，有场磨式大气电场传感器和全电子大气电场传感器。

场磨式大气电场传感器包含机械转动零件，寿命短，在寒冷的冬季常因冰雪冻住转动部件而无法工作。

目前，全电子大气电场传感器的工作频率范围可达到DC～2MHz，但用于感应电压信号的金属导体和信号采集电路分离，之间通过电缆/电线连接，集成度不高，在体积、重量方面无法满足应急监测的使用要求，较长的连接电缆还易引入电磁干扰，降低观测数据质量。此外，用常规的方法制作感应电极，由于精度要求高，成本居高不下。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种大气电场传感器和包含该传感器的PCB多层电路板，能够测量静电场、准静电场、甚低频和低频电场，测量电场带宽为DC～2MHz，覆盖了直流至低频LF频段，能够探测雷暴阶段1到阶段4的整个生命周期。

本实用新型采用的技术方案如下，一方面，本实用新型提供一种大气电场传感器，包括平行板天线和信号采集电路，所述平行板天线通过信号线与所述信号采集电路连接；所述平行板天线包括第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板之间产生电压信号，所述信号采集电路包括放大器，所述第一极板和所述第二极板分别连接所述信号采集电路的两个输入端。

进一步的，所述放大器的输入电阻值≧100TΩ，输入电容≤8pF。

进一步的，所述信号采集电路还包括外围元器件，包括输入电容和输入电阻，所述输入电容和所述输入电阻并联在所述放大器的两个输入端之间。

另一方面，本实用新型提供一种包含该传感器的PCB多层电路板，包括上述技术方案任一项中所述的大气电场传感器，所述PCB多层电路板由交替的导电层和绝缘层组成，所述平行板天线和所述信号采集电路位于不同的导电层，通过由金属化过孔和刻蚀导线组成的信号线连接。

进一步的，所述第一极板和所述第二极板各自通过所述信号线连接到所述信号采集电路层。

进一步的，所述信号采集电路位于所述PCB多层电路板的最上层的导电层。

进一步的，所述第一极板、第二极板和所述信号采集电路周围环绕着等电位屏蔽环。

进一步的，所述信号采集电路所在的导电层上方设有等电位屏蔽环上屏蔽盖，所述信号采集电路所在的导电层下方的相邻导电层是等电位屏蔽环下屏蔽层。

进一步的，每一个所述导电层均设有等电位屏蔽环，通过由金属化过孔与铜箔导线组成的等电位连接线连接为整体的等电位屏蔽网。