發(fā)布時間：2020-05-15 11:14

【摘要】：在一定條件下,空氣中的水汽遇冷會凝結(jié)成水滴形成雷暴云。雷暴云電荷結(jié)構(gòu)一般具有三極性結(jié)構(gòu)特征,云體上部為主正電荷區(qū),下部為主負電荷區(qū),云體底部為一個較弱的正電荷區(qū)。當雷暴云內(nèi)部電荷累積達到一定程度則會產(chǎn)生閃電。雷暴云電荷密度的測量,有助于人們了解雷暴云電荷結(jié)構(gòu)和閃電發(fā)生的類別、接地位置及傳播特征之間的關(guān)系和規(guī)律性,對于人們探測和預警閃電有著重大的意義。目前人們對于雷暴云的研究主要側(cè)重于電場,雷暴云電荷密度的測量為雷暴云的研究提供了另一種可行的方法。由于現(xiàn)有的測量儀器無法滿足雷暴云氣體電荷密度的測量要求。本文設(shè)計了一種用于雷暴云電荷密度的測量系統(tǒng),可置于山頂或通過探空氣球上升到云層中進行測量。為了克服雷暴云帶電氣體本身沒有固定形態(tài)這一特殊情況,本文設(shè)計了一種雙筒式結(jié)構(gòu)的電荷感應傳感器,通過置于電荷感應傳感器一端的風扇將雷暴云帶電氣體吸入電荷感應傳感器中,測量帶電氣體所產(chǎn)生的靜電勢,通過公式計算出雷暴云電荷密度。硬件電路設(shè)計采用模塊化設(shè)計提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低干擾,選用STM32為核心主控制器的硬件電路設(shè)計方案,主要包括STM32外設(shè)電路、振動電容傳感器驅(qū)動電路、信號調(diào)理電路和電源電路等。STM32外設(shè)電路主要有時鐘電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和SD卡驅(qū)動電路。信號調(diào)理電路包括前置信號放大電路,低頻濾波電路和相敏檢波電路。SD卡為測量系統(tǒng)進行戶外測量提供了大容量的數(shù)據(jù)存儲保證。最后系統(tǒng)軟件設(shè)計部分闡述了各模塊設(shè)計思路和主程序流程。采用Keil uVision4實現(xiàn)各模塊驅(qū)動程序設(shè)計。采用QT完成上位機軟件設(shè)計,實現(xiàn)測量系統(tǒng)的智能化控制,提供直觀化的數(shù)據(jù)檢測、查詢等功能。根據(jù)實驗測試結(jié)果表明：基于STM32的雷暴云電荷密度測量系統(tǒng)達到了測量要求。具有數(shù)據(jù)采集迅速、精確度高以及系統(tǒng)穩(wěn)定。在簡化電路的設(shè)計下,電路抗干擾能力強,可在不同環(huán)境下進行數(shù)據(jù)測量。
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P415.35;P427.3

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本文編號：2664942