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机载天线雷击测试系统与方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201410146339.2

申请日:

2014.04.11

公开号:

CN103954858A

公开日:

2014.07.30

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/00申请日:20140411|||公开
IPC分类号: G01R31/00; G01R1/24 主分类号: G01R31/00
申请人: 辽宁工业大学
发明人: 赵忠义; 张德强
地址: 121001 辽宁省锦州市古塔区士英街169号
优先权:
专利代理机构: 沈阳杰克知识产权代理有限公司 21207 代理人: 杨乃力
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410146339.2

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2016.04.27|||2014.08.27|||2014.07.30

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明涉及机载天线雷电效应测试系统及测试方法,属于天线雷击测试领域,系统包括雷击电流发生器,脉冲电压电流测量装置,飞弧放电棒,受试天线,铝板制试验箱体,屏蔽柜,光缆传输系统,铝板制试验箱体内装有模拟接受机,屏蔽柜内装有光接收机,示波器,光接收机与示波器相连,雷击电流发生器与飞弧放电棒连接,飞弧放电棒通过铜导线与受试天线连接,受试天线置于铝板制试验箱体上,受试天线的芯线通过同轴电缆与模拟接受机相连,模拟接收机与大地相连,脉冲电压电流测量装置用于测量受试天线和模拟接收机的输入、输出脉冲电压、电流信号并通过光缆传输系统将信号传输到光接收机中,该系统安全可靠、抗干扰能力强。

权利要求书

权利要求书
1.  机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:包括雷击电流发生器,脉冲电压电流测量装置,飞弧放电棒,受试天线,铝板制试验箱体,屏蔽柜,光缆传输系统,所述铝板制试验箱体内装有模拟接受机,所述屏蔽柜内装有光接收机,示波器,所述光接收机与所述示波器相连,所述雷击电流发生器与飞弧放电棒连接,所述飞弧放电棒通过铜导线与受试天线连接,所述受试天线置于铝板制试验箱体上,所述受试天线的芯线通过同轴电缆与所述模拟接受机相连,所述模拟接收机与大地相连,所述脉冲电压电流测量装置用于测量所述受试天线和模拟接收机的输入、输出脉冲电压、电流信号并通过所述光缆传输系统将所述信号传输到所述光接收机中。

2.  根据权利要求1所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述雷击电流发生器包括高压变压器,自耦变压器,高压硅堆,限流电阻,储能电容,气动控制装置,气体开关,调波电阻,所述自耦变压器与高压变压器连接,所述高压变压器依次连有高压硅堆、限流电阻,所述限流电阻还分别与储能电容、气体开关连接,所述气体开关还与调拨电阻连接,所述气体开关还连有气动控制装置;
所述自耦变压器将工频电源电压从0逐渐升高,控制所述高压变压器进一步将电压升至100KV以上,经过所述高压硅堆和限流电阻给所述储能电容充电,当电压充到预定值时,由所述气动控制装置控制所述气体开关放气,所述储能电容的电荷经所述气体开关和调波电阻向所述受试天线放电。

3.  根据权利要求2所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述调波电阻由硫酸铜水溶液构成。

4.  根据权利要求1所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述飞弧放电棒包括不锈钢圆棒和尼龙球,所述不锈钢圆棒与尼龙球连接,所述不锈钢圆棒与尼龙球连接处通过铜导线与所述受试天线连接,所述铜导线为直径不大于0.1mm的纤细铜导线。

5.  根据权利要求1所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:还包括面板,所述面板置于所述铝板制试验箱体上,所述受试天线通过所述面板与所述铝板制试验箱体相连。

6.  根据权利要求1所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述脉冲电压电流测量装置包括具有水阻分压器,第一光发射机用于测量所述受试天线电压的第一脉冲电压电流测量装置,具有第一罗氏线圈,第二光发射机用于测量所述受试天线电流的第二脉冲电压电流测量装置,具有第二罗氏线圈,第三光发射机用于测量所述模拟接收机共模电流的第三脉冲电压电流测量装置。

7.  根据权利要求1所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述模拟接收机内装有负载。

8.  根据权利要求7所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述脉冲电压电流测量装置包括具有高压探头,第四光发射机用于测量所述负载电压的第四脉冲电压电流测量装置。

9.  根据权利要求1-8之一所述的机载天线雷电测试系统,其特征在于:还包括所述光缆传输系统,所述光缆传输系统包括光缆、光纤波导管,所述光缆通过所述光纤波导管穿出或穿入所述铝板制试验箱体和屏蔽柜,与所述光接收机相连,所述屏蔽柜装有电源滤波器并与大地相连。

10.  机载天线雷电效应测试方法,其特征在于:包括权利要求1-8所述的机载天线雷电测试系统,还包括网络分析仪,具体包括以下步骤:
(1)在对受试天线进行试验之前,用一根材料特性与受试天线相近的导电条替代受试天线,对机载天线雷电测试系统进行试运行,确定示波器输出波形符合试验要求,并预估测试电流的等级,如果波形不符合要求,通过调整调波电阻的硫酸铜溶液浓度进行调节,直到符合要求;
(2)用网络分析仪测量受试天线的驻波比,记录驻波比后取下导电条换上受试天线;
(3)雷击电流从小到大逐级试验;每一级电流试验时,在模拟接收机内分三种情况测试:A.接上50Ω负载,B.负载短路,C.负载开路;三种测试情况都测量受试天线的输入、输出脉冲电压电流;
(4)在每一级电流试验后都检查受试天线是否有物理损伤,测量受试天线的驻波比,测量受试天线回路是否短路、开路,检查负载是否受损或者发生阻值变化相关的雷电效应现象,并作记录;
(5)逐级增大雷击电流试验,直到出现雷电效应或者达到雷击电流发生器的最大电流,并记下最后试验的电流峰值。

说明书

说明书机载天线雷击测试系统与方法
技术领域
本发明涉及天线雷击测试领域,具体涉及一种机载天线雷击测试系统与方法。
背景技术
闪电是放电路径长度为千米计的瞬时大电流放电。当大气中某些部分的电荷及相应的电场强度大到足以使空气击穿时便产生闪电。闪电可以发生在云内、云间、云地间或云与云周围空气之间。自然界发生的雷电放电电流最高可达200kA以上,如果飞机在雷暴云中飞行正好被雷电击中,会造成非常严重的后果。飞机上的天线一般都是伸出机身外面,很容易被雷电击中。为了研究飞机天线被雷电击中后的雷电效应,有必要用雷电模拟器进行雷击试验,对其效应进行测试和评估,为飞机的天线防雷设计提供重要的数据。现有的飞机天线雷电效应的测试方法,往往采用电缆连接,强大的雷击电流会产生强大的电磁辐射,对测量结果产生严重的干扰,甚至还有可能损坏测量系统。
发明内容
针对目前机载天线雷电效应测试中所存在的问题和不足,本发明的目的是提供一种安全可靠、抗干扰能力强的机载天线雷电效应测试系统和方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:包括雷击电流发生器,脉冲电压电流测量装置,飞弧放电棒,受试天线,铝板制试验箱体,屏蔽柜,光缆传输系统,所述铝板制试验箱体内装有模拟接受机,所述屏蔽柜内装有光接收机,示波器,所述光接收机与所述示波器相连,所述雷击电流发生器与飞弧放电棒连接,所述飞弧放电棒通过铜导线与受试天线连接,所述受试天线置于铝板制试验箱体上,所述受试天线的芯线通过同轴电缆与所述模拟接受机相连,所述模拟接收机与大地相连,所述脉冲电压电流测量装置用于测量所述受试天线和模拟接收机的输入、输出脉冲电压、电流信号并通过所述光缆传输系统将所述信号传输到所述光接收机中。
所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述雷击电流发生器包括高压变压器,自耦变压器,高压硅堆,限流电阻,储能电容,气动控制装置,气体开关,调波电阻,所述 自耦变压器与高压变压器连接,所述高压变压器依次连有高压硅堆、限流电阻,所述限流电阻还分别与储能电容、气体开关连接,所述气体开关还与调拨电阻连接,所述气体开关还连有气动控制装置;所述自耦变压器将工频电源电压从0逐渐升高,控制所述高压变压器进一步将电压升至100KV以上,经过所述高压硅堆和限流电阻给所述储能电容充电,当电压充到预定值时,由所述气动控制装置控制所述气体开关放气,所述储能电容的电荷经所述气体开关和调波电阻向所述受试电线放电。
所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述调波电阻由硫酸铜水溶液构成。
所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述飞弧放电棒包括不锈钢圆棒和尼龙球,所述不锈钢圆棒与尼龙球连接,所述不锈钢圆棒与尼龙球连接处通过铜导线与所述受试天线连接,所述铜导线为直径不大于0.1mm的纤细铜导线。
所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:还包括面板,所述面板置于所述铝板制试验箱体上,所述受试天线通过所述面板与所述铝板制试验箱体相连。
所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述脉冲电压电流测量装置包括具有水阻分压器,第一光发射机用于测量所述受试天线电压的第一脉冲电压电流测量装置,具有第一罗氏线圈,第二光发射机用于测量所述受试天线电流的第二脉冲电压电流测量装置,具有第二罗氏线圈,第三光发射机用于测量所述模拟接收机共模电流的第三脉冲电压电流测量装置。
所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述模拟接收机内装有负载。
所述的机载天线雷电效应测试系统,其特征在于:所述脉冲电压电流测量装置包括具有高压探头,第四光发射机用于测量所述负载电压的第四脉冲电压电流测量装置。
所述的机载天线雷电测试系统,其特征在于:还包括所述光缆传输系统,所述光缆传输系统包括光缆、光纤波导管,所述光缆通过所述光纤波导管穿出或穿入所述铝板制试验箱体和屏蔽柜,与所述光接收机相连,所述屏蔽柜装有电源滤波器并与大地相连。
机载天线雷电效应测试方法,其特征在于:包括上述的机载天线雷电测试系统,还包括网络分析仪,具体包括以下步骤,
(1)在对受试天线进行试验之前,用一根材料特性与受试天线相近的导电条替代受试天线,对机载天线雷电测试系统进行试运行,确定示波器输出波形符合试验要求,并预估测试电流的等级,如果波形不符合要求,通过调整调波电阻的硫酸铜溶液浓度进行调节,直到符合要求。
(2)用网络分析仪测量受试天线的驻波比,记录驻波比后取下导电条换上受试天线。
(3)雷击电流从小到大逐级试验;每一级电流试验时,在模拟接收机内分三种情况测试: A.接上50Ω负载,B.负载短路,C.负载开路;三种测试情况都测量受试天线的输入、输出脉冲电压电流。
(4)在每一级电流试验后都检查受试天线是否有物理损伤,测量受试天线的驻波比,测量受试天线回路是否短路、开路,检查负载是否受损或者发生阻值变化相关的雷电效应现象,并作记录。
(5)逐级增大雷击电流试验,直到出现雷电效应或者达到雷击电流发生器的最大电流,并记下最后试验的电流峰值。
本发明机载天线雷电效应测试系统和方法与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明机载雷电效应测试系统结构简单,便于实施,安全可靠,抗干扰能力强,采用光缆传输系统将脉冲电压电流测量装置所述输出的电压、电流信号传输给屏蔽柜中的光接收机,隔离了冲击雷电流对后续测量仪器的影响,提高安全性,并消除了用电缆传输信号所存在的电磁干扰,机载天线雷电效应测试方法安全可靠。
雷击电流发生器中的调拨电阻由硫酸铜水溶液构成,当受试对象阻抗发生变化引起雷击波形不符合要求时,可以通过调整硫酸铜水溶液浓度来调整放电回路阻抗即可使雷击电流波形符合要求,调整非常方便快捷。
增加了雷击受试天线时的输入电压测量,相当于测量了受试天线的残余电压,为进一步研究天线的雷击物理特性提供有效数据。
附图说明
图1为本发明的机载天线雷电效应测试系统的结构示意图。
图2为本发明的机载天线雷电效应测试系统中雷击电流发生器的电路示意图。
其中,1-雷击电流发生器,2-水阻分压器,3-第一罗氏线圈,4-飞弧放电棒,5-尼龙球,6-铜导线,7-受试天线,8-面板,9-铝板制试验箱体,10-模拟接收机,11-屏蔽柜,12-光接收机,13-示波器,14-第一光发射机,15-第一光缆,16-第二光发射机,17-第二光缆,18-第三光发射机,19-第三光缆,20-第四光发射机,21-第四光缆,22-高压探头,23-负载,24-第二罗氏线圈,25-光纤波导管,26-自耦变压器,27-高压变压器,28-高压硅堆,29-限流电阻,30-储能电容,31-气体开关,32-调拨电阻,33-气动控制装置。
具体实施方式
如图1所示,本发明机载天线雷电效应测试系统,包括雷击电流发生器1,飞弧放电棒4,受试天线7,铝板制试验箱体9,模拟接收机10,屏蔽柜11,示波器13,脉冲电压电流测试 装置,模拟接受机10设置在铝板制试验箱体9内,屏蔽柜11内装有光接收机12,示波器13,光接收机12与示波器13相连,雷击电流发生器1与飞弧放电棒4连接,飞弧放电棒4通过铜导线6与受试天线7连接,受试天线7置于铝板制试验箱体9上,受试天线7的芯线通过同轴电缆与模拟接受机10相连,模拟接收机10与大地相连,给雷击放电构成放电回路,优选地铝板制试验箱体9的尺寸为80cm*80cm*50cm,离地约60cm,脉冲电压电流测量装置用于测量受试天线7和模拟接收机10的输入、输出脉冲电压、电流信号并通过光缆传输系统将信号传输到光接收机12中,与光接收机12相连的示波器13为数字存储示波器,用于记录各种脉冲电压电流波形和峰值。
优选地,飞弧放电棒4包括不锈钢圆棒和尼龙球5,不锈钢圆棒与尼龙球5连接,安装在木质结构支撑上,不锈钢圆棒与尼龙球5连接处通过铜导线6与受试天线7连接,以便产生放电飞弧,铜导线6为直径不大于0.1mm的纤细铜导线。
优选地,机载天线雷电效应测试系统还包括代表飞机设置的面板8,面板8置于铝板制试验箱体9上,受试天线7通过面板8与铝板制试验箱体9相连。
优选地,光缆传输系统包括光缆、光纤波导管25,光缆通过光纤波导管25穿出或穿入铝板制试验箱体9和屏蔽柜11,与光接收机12相连,屏蔽柜11装有电源滤波器并与大地相连。
优选地,模拟接收机10内装有负载23,用于评估真实接收机雷电效应。该负载23被当作模拟天线的负载时为50Ω,用于评估真实接收机雷击效应,当需测量模拟接收机10内部短路电流时将负载23换成1Ω,由1Ω负载上的电压计算出近似短路电流。
优选地,机载天线雷电效应测试系统中的脉冲电压电流测量装置包括具有水阻分压器2,第一光发射机14用于测量受试天线7电压的第一脉冲电压电流测量装置,其中水阻分压器2的输入为受试天线7的注入电压,输出与第一光发射机14相连。具有第一罗氏线圈3,第二光发射机16用于测量受试天线7电流的第二脉冲电压电流测量装置,其中第一罗氏线圈3的输入为受试天线7的注入电流,输出与第二光发射机16相连。具有第二罗氏线圈24,第三光发射机18用于测量所述模拟接收机10共模电流的第三脉冲电压电流测量装置,其中第二罗氏线圈24的输入为流入模拟接收机10的共模电流,输出与第三光发射机18相连。具有高压探头22,第四光发射机20用于测量负载23电压的第四脉冲电压电流测量装置,其中高压探头22的输入为负载23上的电压,输出与第四光发射机20相连。
优选地,第一光缆15的一端与第一光发射机14相连,另一端通过光纤波导管25穿入屏蔽柜11与光接收机12相连,第二光缆17的一端与第二光发射机16相连,另一端通过光纤波波导管25穿入屏蔽柜11与光接收机12相连,第三光缆19的一端与第三光发射机18相连, 另一端通过光纤波导管25穿出铝板制试验箱体9,并通过光纤波导管25穿入屏蔽柜11与光接收12相连,第四光缆21的一端与第四光发射机20相连,另一端通过光纤波导管25穿出铝板制试验箱体9,并通过光纤波导管25穿入屏蔽柜11与光接收12相连,优选地光接收机12为四路光接收机。
如图2所示机载天线雷电效应测试系统中的雷击电流发生器1包括高压变压器27,自耦变压器26,高压硅堆28,限流电阻29,储能电容30,气动控制装置33,气体开关31,调波电阻32,自耦变压器26与高压变压器27连接,高压变压器27依次连有高压硅堆28、限流电阻29,限流电阻29还分别与储能电容30、气体开关31连接,气体开关31还与调拨电阻32连接,气体开关31还连有气动控制装置33;自耦变压器26将工频电源电压从0逐渐升高,控制高压变压器27进一步将电压升至100KV以上,经过高压硅堆28和限流电阻29给储能电容30充电,当电压充到预定值时,由气动控制装置33控制气体开关31(充电前已预先充好数个大气压)放气,储能电容30的电荷经气体开关31和调波电阻32向受试天线7放电。优选地,调波电阻32由硫酸铜水溶液构成。
机载天线雷电效应测试方法,其特征在于:包括上述的机载天线雷电测试系统,还包括网络分析仪,网络分析仪用于测量受试天线7受雷击后的驻波比,并评估受试天线7性能参数的变化,具体包括以下步骤,
(1)在对受试天线7进行试验之前,用一根材料特性与受试天线7相近的导电条替代受试天线7,对机载天线雷电测试系统进行试运行,确定示波器13输出波形符合试验要求,并预估测试电流的等级,如果波形不符合要求,通过调整调波电阻32的硫酸铜溶液浓度进行调节,直到符合要求。
(2)用网络分析仪测量受试天线7的驻波比,记录驻波比后取下导电条换上受试天线。
(3)雷击电流从小到大逐级试验;每一级电流试验时,在模拟接收机10内分三种情况测试:A.接上50Ω负载,B.负载短路,C.负载开路;三种测试情况都测量受试天线7的输入、输出脉冲电压电流。
(4)在每一级电流试验后都检查受试天线7是否有物理损伤,测量受试天线7的驻波比,测量受试天线7回路是否短路、开路,检查负载23是否受损或者发生阻值变化相关的雷电效应现象,并作记录。
(5)逐级增大雷击电流试验,直到出现雷电效应或者达到雷击电流发生器1的最大电流,并记下最后试验的电流峰值。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其进行限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的普通技术人员来说,依然可以对前述实施例所记载 的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

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机载 天线 雷击 测试 系统 方法
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