长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统及方法与流程

文档序号:13218752阅读:来源:国知局
技术特征:
1.一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统,用于长空气间隙雷击放电过程,其特征在于,所述测量系统包括:冲击电压发生器,其具有输入端和输出端,用于产生模拟雷击放电的输出电压,其中,所述输入端接地;电容分压器,其与所述冲击电压发生器并联,用于测量所述冲击电压发生器的输出电压值;测量电阻,其与所述冲击电压发生器的输出端连接,用于测量所述冲击电压发生器的输出电流值;板电极和位于所述板电极上方的棒电极,所述棒电极与所述板电极相距为3m,所述棒电极与所述测量电阻连接,所述板电极接地;光谱仪,其镜头指向所述棒电极和所述板电极之间,用于采集所述棒电极和所述板电极之间的放电现象的光谱,所述光谱仪能够通过升降移动改变所述镜头指向所述棒电极和所述板电极之间的位置;ICCD相机,其装设在所述光谱仪上,用于每隔一定时间拍摄并记录所述光谱仪采集到的光谱;以及示波器,其分别与所述电容分压器和所述测量电阻连接,用于根据所述输出电压值和所述输出电流值,生成并显示所述冲击电压发生器输出的电压波形和电流波形。2.根据权利要求1所述的长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统,其特征在于,所述测量系统还包括分析装置,其与所述ICCD相机连接,用于获取并分析所述ICCD相机拍摄的光谱。3.根据权利要求1或2所述的长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统,其特征在于,所述测量系统还包括同步触发装置,其与所述示波器和所述ICCD相机连接,用于根据所述示波器生成的所述输出电压的波形,控制所述ICCD相机的触发时间。4.一种长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法,其特征在于,采用权利要求1-3中的任一项所述的长空气间隙雷击放电电子密度的测量系统,所述长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法包括:步骤S10,计算长空气间隙雷击放电的50%击穿放电电压U50%;步骤S20,在棒电极和板电极之间施加脉冲电压,所述脉冲电压的波形为1.2/50μs,所述脉冲电压的幅值为kU50%,其中,k的取值为1、1.05、1.10、1.15或1.20;步骤S30,对于每个所述k的取值,保持光谱仪与板电极之间的高度差不变,通过光谱仪采集棒电极和板电极之间的放电现象的光谱,在所述脉冲电压的一个周期内,使用ICCD相机每隔20ns拍摄所述光谱,获得时间序列光谱,根据所述时间序列光谱,获得Hα谱线的时间分布;步骤S40,对于每个k值,从光谱仪与板电极的高度差x为0开始,逐次对光谱仪的高度进行调节,使该高度差每次增加0.5m,并通过光谱仪采集棒电极和板电极之间的放电现象的光谱;对应每个高度差,在所述脉冲电压的每个周期内的同一时间点,使ICCD拍摄所述光谱,获得空间序列光谱,根据所述空间序列光谱获得Hα谱线的空间分布;步骤S50,根据所述Hα谱线的时间分布及所述Hα谱线的空间分布,获得Hα谱线的总展宽;以及步骤S60,根据所述Hα谱线的总展宽,计算得到电子密度Ne。5.根据权利要求4所述的长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法,所述步骤S10包括:步骤S11,确定一初始值U0;步骤S12,逐次向所述棒电极和所述板电极之间施加测试电压,该测试电压的幅值从0.75U0开始,每次增加0.05U0,直至所述棒电极和所述板电极之间放电且不闪络,以此时的测试电压值作为有效电压值;以及步骤S13,重复步骤12至少40次,计算得到的所有有效电压值的平均值,以该平均值作为所述空气间隙雷击放电的50%击穿放电电压U50%。6.根据权利要求4所述的长空气间隙雷击放电电子密度的测量方法,其特征在于,所述步骤S60包括:步骤S61,确定仪器展宽,通过反卷积运算,计算仪器展宽中的洛伦兹部分ΔλLi和高斯部分ΔλGi;步骤S62,按照公式计算多普勒展宽Δλdoppler,其中,T为棒电极和板电极之间的放电区域的气体温度,A是发射粒子的原子量,λ0是跃迁中心波长;步骤S63,根据所述仪器展宽中的高斯部分ΔλGi以及所述多普勒展宽Δλdoppler,按照公式计算高斯展宽步骤S64,根据Hα谱线的总展宽及所述高斯展宽通过反卷积运算,计算得到洛伦兹展宽;从所述洛伦兹展宽中分离出范德华展宽Δλvan以及所述仪器展宽中的洛伦兹部分ΔλLi,得到斯塔克展宽Δλ1/2;以及步骤S65、根据所述斯塔克展宽Δλ1/2,按照公式计算电子密度Ne。
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