【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(fù)電荷區(qū),云體底部為一個較弱的正電荷區(qū)。當(dāng)雷暴云內(nèi)部電荷累積達(dá)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(yù)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(jì)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(jìn)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(jì)了一種雙筒式結(jié)構(gòu)的電荷感應(yīng)傳感器,通過置于電荷感應(yīng)傳感器一端的風(fēng)扇將雷暴云帶電氣體吸入電荷感應(yīng)傳感器中,測量帶電氣體所產(chǎn)生的靜電勢,通過公式計(jì)算出雷暴云電荷密度。硬件電路設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)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(jì)部分闡述了各模塊設(shè)計(jì)思路和主程序流程。采用Keil uVision4實(shí)現(xiàn)各模塊驅(qū)動程序設(shè)計(jì)。采用QT完成上位機(jī)軟件設(shè)計(jì),實(shí)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(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明：基于STM32的雷暴云電荷密度測量系統(tǒng)達(dá)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(jì)下,電路抗干擾能力強(qiáng),可在不同環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P415.35;P427.3

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本文編號：2664942