[发明专利]一种利用爆炸驱动电磁辐射高精度时钟同步的装置及方法

权利要求书

1.一种利用爆炸驱动电磁辐射提高精度的时钟同步装置，对位于爆炸区域内的每一个传感器节点的单片机内的时钟计数器进行同步，其特征在于，所述时钟同步装置包括接收天线、分压电容、滤波电路、运算放大器、门控开关和电源；其中，门控开关包括阳极、阴极和门级；接收天线采用全向型接收天线；接收天线连接至分压电容；分压电容的两端并联至滤波电路的输入端；滤波电路的输出端连接至运算放大器的输入端；运算放大器的输出端连接至门控开关的门极；门控开关的阳极串联至电源；门控开关的阴极连接至传感器节点的单片机；滤波电路、运算放大器、门控开关和单片机构成后端阻抗匹配电路作为天线的匹配负载；等效于后端阻抗匹配电路并联分压电容，分压电容再与接收天线串联；由于瞬态的电磁脉冲具有电场强度大、上升沿陡和频谱范围宽的特点，为此接收天线串联了分压电容，并且在分压电容上并联后端阻抗匹配电路，后端阻抗匹配电路中采用运算放大器，运算放大器具有高输入阻抗，从而使得接收天线获得宽频带的测量范围，并且通过调整接收天线的几何尺寸和分压电容的容值能够调节天线的灵敏度，从而调节接收天线的量程适应不同的爆炸场，并且由于接收天线为全向型接收天线，能够测量任意极化方向的电磁脉冲；化学爆炸或核爆炸产生瞬态的电磁脉冲，瞬态的电磁脉冲由接收天线接收；由于电磁感应，电磁脉冲使得接收天线产生高频振荡电流，高频振荡电流在时域图上体现为一瞬时突变的电流波峰及后续振荡衰落的曲线，高频振荡电流输入至滤波电路，滤波电路滤除高频振荡电流中的杂散频段的电流，只通过由电磁脉冲电磁感应产生的高频振荡电流信号，输入至运算放大器；运算放大器对电流信号进行放大，输入至门控开关的门极；当电磁脉冲转换的电流信号大于门控开关的开启电流，门控开关导通，即阳极与阴极之间导通，单片机的输入引脚输入一个高电平信号，该电平信号即为最终的时钟同步信号，从而每一个传感器节点的单片机内的时钟计数器实现同步。

2.如权利要求1所述的时钟同步装置，其特征在于，所述分压电容的容值为1～1000pF。

3.如权利要求1所述的时钟同步装置，其特征在于，所述接收天线的等效电容的容值为1～500pF。

4.如权利要求1所述的时钟同步装置，其特征在于，所述电源的电压为2～3.6V。

5.一种如权利要求1所述的利用爆炸驱动电磁辐射提高精度的时钟同步装置的时钟同步方法，其特征在于，所述时钟同步方法包括以下步骤：

1)装置搭建：

a)接收天线连接至分压电容；

b)分压电容的两端并联至滤波电路的输入端；

c)滤波电路的输出端连接至运算放大器的输入端；

d)运算放大器的输出端连接至门控开关的门极；

e)门控开关的阳极串联至电源；

f)门控开关的阴极连接至传感器节点的单片机；

g)滤波电路、运算放大器、门控开关和单片机构成后端阻抗匹配电路作为天线的匹配负载；等效于后端阻抗匹配电路并联分压电容，分压电容再与接收天线串联；由于瞬态的电磁脉冲具有电场强度大、上升沿陡和频谱范围宽的特点，为此接收天线串联了分压电容，并且在分压电容上并联后端阻抗匹配电路，后端阻抗匹配电路中采用运算放大器，运算放大器具有高输入阻抗，从而使得接收天线获得宽频带的测量范围，并且通过调整接收天线的几何尺寸和分压电容的容值能够调节天线的灵敏度，从而调节接收天线的量程适应不同的爆炸场，并且由于接收天线为全向型接收天线，能够测量任意极化方向的电磁脉冲；

2)化学爆炸或核爆炸产生瞬态的电磁脉冲，瞬态的电磁脉冲由接收天线接收；

3)由于电磁感应，电磁脉冲使得接收天线产生高频振荡电流；

4)高频振荡电流在时域图上体现为一瞬时突变的电流波峰及后续振荡衰落的曲线，高频振荡电流输入至滤波电路，滤波电路滤除高频振荡电流中的杂散频段的电流，只通过由电磁脉冲电磁感应产生的高频振荡电流信号，输入至运算放大器；

5)运算放大器对电流信号进行放大，输入至门控开关的门极；

6)当电磁脉冲转换的电流信号大于门控开关的开启电流，门控开关导通，即阳极与阴极之间导通，单片机的输入引脚输入一个高电平信号；

7)单片机将此电平信号作为时钟同步信号，启动时钟同步程序；

8)单片机接收到时钟同步信号后，时钟计数器复位，此时，位于爆炸区域内所有传感器节点的时钟均从同一起点开始计时；利用时钟计数器的同步信号，使计数器从同一零基准开始计时，从而每一个传感器节点的单片机内的时钟计数器实现精准稳定同步。