一種雷電回擊磁場模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雷電回擊磁場模擬方法。該方法以雷電回擊磁場波形與回擊通道底部電流波形之間的近似特性為基礎(chǔ)，利用雷擊浪涌發(fā)生器與螺線管線圈的組合實現(xiàn)雷電回擊磁場環(huán)境的模擬。雷擊浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)可通過改變其內(nèi)部電容的組合方式來調(diào)節(jié)，螺線管線圈的技術(shù)參數(shù)需滿足不同距離處雷電回擊磁場環(huán)境的模擬通過調(diào)整浪涌發(fā)生器的輸出強度和線圈參數(shù)來實現(xiàn)。針對某一指定的雷電回擊磁場環(huán)境，所需施加到線圈兩端電壓波形的上升、下降時間常數(shù)直接取為待模擬磁場波形的上升、下降時間常數(shù)，所需施加到線圈兩端的電壓幅值則由待模擬磁場的強度近似計算獲得。該方法為雷電回擊磁場模擬器的研制提供了技術(shù)支撐。
【專利說明】一種雷電回擊磁場模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種雷電回擊磁場模擬方法，可應(yīng)用于雷電回擊磁場、高空核爆磁場等波形特征為雙指數(shù)函數(shù)的磁場環(huán)境模擬器的研制。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子設(shè)備的電磁敏感性越來越高，由地閃回擊產(chǎn)生的雷電電磁脈沖作為一種典型的危害源對電磁敏感產(chǎn)品造成的危害呈逐年增加的趨勢。為鑒定并提高電子電氣設(shè)備的電磁防護能力，迫切需要對相關(guān)的電磁敏感產(chǎn)品進行雷電電磁環(huán)境下的安全性測試。但是，由于雷電發(fā)生具有很強的隨機性、局域性和破壞性，利用自然的雷電電磁脈沖場對敏感電子設(shè)備進行輻射敏感度試驗的可行性很差。為提供敏感電子設(shè)備試驗所需的雷電電磁環(huán)境，必須按照一定的原則研制相應(yīng)的電磁環(huán)境模擬裝置。但現(xiàn)有的標準(如IEC62305-1)僅給出了試驗?zāi)康挠玫睦讚綦娏鲄?shù)及其模擬方法，或者是采用直接放電的方式來鑒定系統(tǒng)和設(shè)備的雷電防護能力(如GJB3567-99)，而對于空間雷電電磁脈沖場的技術(shù)特征還沒有明確的標準，相應(yīng)雷電電磁環(huán)境的模擬方法也未涉及。
[0003]20世紀60年代以來，世界各國建造了許多脈沖磁場模擬器，其典型組成是用一個對稱性恒流脈沖源對線圈放電，在環(huán)中激勵一個瞬態(tài)磁場。這類模擬器造價昂貴、功能單一，大多是用于對核電磁脈沖場的模擬，不能實現(xiàn)對不同距離處雷電回擊磁場環(huán)境的模擬。
[0004]通過對雷電回擊磁場的實際觀測和理論計算證明，不論是在近場區(qū)還是在遠場區(qū)，雷電回擊磁場波形與雷電回擊通道底部電流波形之間都具有一定的近似特性(即兩者的主要特征都是雙指數(shù)波形)，這就為不同距離處雷電回擊磁場的模擬提供了一個便捷途徑。因為目前實驗室內(nèi)的雷擊浪涌模擬技術(shù)已經(jīng)較為成熟，通過將雷擊浪涌模擬技術(shù)和天線發(fā)射技術(shù)相結(jié)合，即可實現(xiàn)不同距離處雷電回擊磁場的模擬。此處，根據(jù)雷電回擊磁場與回擊通道底部電流波形近似的·結(jié)論，給出了不同距離處雷電回擊磁場的模擬方法，為相應(yīng)雷電回擊磁場模擬器的研制提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供不同距離處雷電回擊磁場的模擬方法，為相應(yīng)雷電回擊磁場模擬器的研制提供技術(shù)支撐。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明以雷電回擊磁場波形與回擊通道底部電流波形之間的近似特性為基礎(chǔ)，利用輸出波形可調(diào)的雷擊浪涌模擬裝置與場形成裝置實現(xiàn)不同距離處雷電回擊磁場的模擬，具體方法為:
[0007]I)基于該方法的雷電回擊磁場模擬裝置由輸出波形可調(diào)的雷擊浪涌發(fā)生器和螺線管線圈構(gòu)成，采用向螺線管內(nèi)注入浪涌電流的方法實現(xiàn)雷電回擊磁場的模擬。其中，雷擊浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)可以通過改變其內(nèi)部電容的組合方式來調(diào)節(jié)，目的是給螺線管線圈提供不同的激勵信號；螺線管線圈由細銅絲繞制，充當發(fā)射天線以形成脈沖磁場。
[0008]2)所繞制螺線管線圈的技術(shù)參數(shù)需滿足的要求是aphc/(Mo7^ND)?fi>a。其中，D為線圈直徑，N為線圈的匝數(shù)，h。為線圈長度，P是銅線的電阻率，rdS銅線的半徑，為真空中的磁導率，α、β為激勵信號用雙指數(shù)函數(shù)表示時用以確定電流下降、上升時間以及最大電流陡度的時間常數(shù)。
[0009]3)不同距離處的雷電回擊磁場環(huán)境的模擬通過調(diào)整浪涌發(fā)生器的輸出強度和線圈參數(shù)來實現(xiàn)。即:所要加到線圈兩端的電壓波形的上升、下降時間常數(shù)直接取為待模擬磁場波形的上升、下降時間常數(shù)；所要加到線圈兩端的電壓幅值U由待模擬磁場的強度H根據(jù)U = HR/n近似計算得出。其中，R = 2DNp/rd2表示線圈的等效電阻，η表示單位螺線管長度上的線圈匝數(shù)。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0011]I)該雷電回擊磁場模擬方法僅用一套雷擊浪涌發(fā)生器與螺線管線圈的組合即可實現(xiàn)不同場區(qū)雷電回擊磁場環(huán)境的模擬，大大降低了磁場模擬裝置的總體建設(shè)成本。
[0012]2)基于該模擬方法的雷電回擊磁場模擬裝置可實現(xiàn)輸出波形為雙指數(shù)函數(shù)的脈沖磁場環(huán)境的模擬，輸出波形的參數(shù)特征可以通過調(diào)整浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)和線圈參數(shù)來實現(xiàn)，大大擴展了磁場模擬裝置的適用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0014]圖1是雷電回擊磁場模擬方法的實現(xiàn)框圖。
[0015]圖2是螺 線管線圈的等效電路圖。
【具體實施方式】
[0016]圖1是雷電回擊磁場模擬方法的實現(xiàn)框圖:其中，雷擊浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)可以通過改變其內(nèi)部電容的組合方式來進行調(diào)整，則模擬裝置的輸出磁場波形也會相應(yīng)改變；磁場形成裝置則由螺線管線圈來承擔，線圈的特性參數(shù)和待模擬磁場的強度將共同決定所需的浪涌電壓強度。
[0017]圖2是螺線管線圈的等效電路圖:在該等效電路中，忽略了螺線管線圈的電容效應(yīng)，有:
[0018]線圈電感:L= yQN23iD2/hc(I)
[0019]線圈電阻:R= 2DNp/rd2(2)
[0020]其中，D為線圈直徑，N為線圈的匝數(shù)，h。為線圈長度，P是銅線的電阻率，rd為銅線的半徑，為真空中的磁導率。注入浪涌電流后，線圈上的電路方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于雷電回擊磁場模擬的方法，其特征在于: 本發(fā)明所述的雷電回擊磁場模擬方法，以雷電回擊磁場波形與雷電回擊通道底部電流波形之間的近似特性為基礎(chǔ)，利用雷擊浪涌發(fā)生器與螺線管線圈的組合實現(xiàn)雷電回擊磁場環(huán)境的模擬，且不同距離處雷電回擊磁場環(huán)境的模擬可以通過調(diào)整浪涌發(fā)生器的輸出強度和線圈參數(shù)來實現(xiàn)。
2.基于權(quán)利要求1所述方法中雷擊浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)可直接由待模擬的磁場波形和線圈參數(shù)近似確定，其特征在于: 針對某一指定的雷電回擊磁場環(huán)境，所需施加到線圈兩端電壓波形的上升、下降時間常數(shù)可直接取為待模擬磁場波形的上升、下降時間常數(shù)，所需施加到線圈兩端的電壓幅值U則可由待模擬磁場的強度H根據(jù)U = HR/n近似計算獲得。
3.將上述雷電回擊磁場模擬方法應(yīng)用于雷電、核電等波形特征為雙指數(shù)函數(shù)的磁場環(huán)境模擬器的研制等，亦受本專利的保護。
【文檔編號】G01R31/00GK103852658SQ201210513807
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】陳亞洲, 程二威, 萬浩江, 王曉嘉, 關(guān)闖 申請人:中國人民解放軍軍械工程學院