[发明专利]放电通道多波段光学同步测量装置及其运行方法

说明书

本发明涉及一种放电通道多波段光学同步测量装置及其运行方法，包括：多波段信号调理单元的输入端通过光缆与信号捕捉单元的输出端相连，多波段信号调理单元的输出端通过同轴电缆与信号数字化存储单元的输入端相连；所述多波段信号调理单元与供电单元通过导线相连，并置于屏蔽腔体内。放电通道的辐射光透过光学镜头被光纤阵列平面上的光纤捕捉，输入至不同波长光探测器件组，根据热传导方程和能量守恒定律，不同波段的光信号可以反推通道温度和电导率；不同波段光信号波形的峰值代表了相应波段的光学强度。本发明能够同时测量放电通道不同通道段的温度、电导率和强度，成本低且抗电磁干扰能力强。

技术领域

本发明属于光学观测设备技术领域，特别是一种能够同时测量放电通道不同通道段温度、电导率和强度，成本低且抗电磁干扰能力强的放电通道多波段光学同步测量装置及其运行方法。

背景技术

雷电是云与大地之间的一种超长间隙击穿放电，具有电压高、电流强、功率高等特点，其产生的高温和热效应是森林火灾、建筑物损毁、飞机表皮蚀穿等众多灾害的主要根源。为了对雷电进行科学防护，研究雷电放电通道的电荷结构及电流与能量传输特性的意义不言而喻，其中放电通道温度和电导率等物理参数是探索上述特性的基础参数。

实际上，雷电中的大电流及其强电磁辐射在放电通道内形成的高温环境，可使通道内部粒子解离成原子或电离成离子，从而产生自由电荷；粒子会高速运动发生碰撞，从而辐射出光子，形成紫外到红外的光辐射。因此，通过观测放电通道的多波段光学特性，并基于热传导方程和能量守恒定律，可以有效诊断放电通道的物理特性，如通过可见波段的特征谱线，可以计算通道的平均温度和通道的电导率等。目前，关于雷电放电通道多波段光学特性的观测主要通过光谱仪或者在其基础上改造的高速摄谱仪实现，价格昂贵，且在光传输过程中的能量损耗较大。另外，现有的高速光学观测装置如中国发明专利申请“一种高速光学测速装置”(申请号：201510144476.7，公开日：2015-06-10)和“亚微秒级二维光学观测装置”(申请号：201810425514X，公开日：2018-10-19)，受观测机制和原理的限制，虽可以测量放电通道的发展速度和强度等，但不能测量温度和电导率。

目前，集信号捕捉、多波段信号调理、信号数字化存储以及供电于一体，抗电磁干扰能力强，能够同时测量放电通道不同通道段温度、电导率和强度，且成本低的放电通道多波段光学同步测量装置，未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种放电通道多波段光学同步测量装置及其运行方法，能够同时测量放电通道不同通道段的温度、电导率和强度，且成本低、抗电磁干扰能力强。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种放电通道多波段光学同步测量装置，包括：

信号捕捉单元，用于在平行于阵列平面的维度捕捉放电通道激励的不同波段的辐射光；

多波段信号调理单元，用于实现不同波段光信号的光电转换、非线性校正及放大；

信号数字化存储单元，用于完成信号的数字化同步采集存储；

供电单元，用于实现电源管理，并给多波段信号调理单元进行供电；

所述多波段信号调理单元的输入端通过光缆与信号捕捉单元的输出端相连，多波段信号调理单元的输出端通过同轴电缆与信号数字化存储单元的输入端相连；所述多波段信号调理单元与供电单元通过导线相连，并置于屏蔽腔体内。

放电通道多波段光学同步测量装置的运行方法，放电通道的辐射光透过光学镜头被光纤阵列平面上的光纤捕捉，输入至不同波长光探测器件组，经过非线性波形校正及放大，驱动数字化存储单元进行信号同步记录；根据热传导方程和能量守恒定律，不同波段的光信号可以反推通道温度和电导率；不同波段光信号波形的峰值代表了相应波段的光学强度。具体过程如下：