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1、磁天线的工作原理、应用及其标定11磁天线的工作原理磁天线的结构简单，最基本的结构就是在磁芯上绕上环形线圈，如下图(1) 所示。工作原理是法拉第感应定律，当磁力线通过绕在磁芯上的环形线圈时，必 然会在线圈上产生感应电动势，磁天线就是通过检测信号磁场分量的感应信号来 实现对信号的检测、接收。磁天线接收到信号后，将信号传输到信号调节电路上， 最后将处理过的信号传输到系统终端的处理器上，将数据进行保存，以便Z后分 析处理。图(1)1.1.1无磁芯时的电斥信号输出原理From Tumaiiski 2007图(2)我们设线圈的圈数为N,线圈的横截面积为A,磁通量为0,磁场强度为B。 由法拉第电磁感应定律可
2、知，导体回路(单个线圈)中感应电动势V的大小与穿 过该回路的磁通量的时间变化率K成正比。此定律可以表示为：V = -K(l)所以当线圈圈数为N时，产生的感应电动势为：V = -N K (2)又有：K罟罟可以得到：U =(4)at在频率响应分析时，我们假设：Bg = Boej2nft =B肿(5)所以有：V = -jNA3B = -jN 4 s Bo 加(6)最后得：1. 1. 2有磁芯时的电压信号输出原理铁氧体磁芯的影响：1. 在线圈中当作一个磁通屋集中器。2. 高磁导率，提高感应线圈的感应系数。(由铁氧体磁芯的有效磁导率的一个参 数决定)3. 低电导率，可以阻止涡流减小被测量磁场。由于磁芯的
3、出现，感应线圈的比例因数变为：=71 4 3 .他(8)bq上式中最后一项为磁芯的有效磁导率。1.1.3信号调节电路信号调节电路如下图所示：Rl=390 kQR1IC1,图(3)1. 2磁天线的应用磁天线一般用來进行磁场强度的测星。利用两个正交环形天线感应电压的比 值，可以得到入射电磁波的方位角/tan0 =驴(9)UNS式中，血“和如S分别为两个正交环形天线上的感应电压。基于两站DF确定的方 位角，利用三角汇交法可以确定雷电发生的位置P,如下图(4)所示。但是两 站基线方向上发生的雷电无法利用三角汇交法来确定，因此至少利用三站DF才 能确定所有方位放生的雷电。即使是采用三站DF得到的雷电定位
4、误差仍然相对 较大，必须利用多站定位，并经过优化处理后才能获得较为精确的雷电发生位置。图(4)在人工引雷实验中当闪电未击中引雷装置时，近距离磁场测量可以用來对雷 电流的反演。根据电磁学中的毕奥-萨伐尔定律，携带电流为I的长直导线周闱 产生的磁感应强度B与电流I之间满足关系：式中，厂为导线的距离：“为真空磁导率。因此在一定的近似条件假定下，利用 地而附件的磁场测最可以反演地闪回击的放电电流。13磁天线的标定标定方法如下图(5)所示。需要的仪器为：信号发生器一台，需要用的磁棒若 干，示波器一台，调节电路，电阻，电子平台，绕上线圈的一定规格的塑料管。 信号发生器的输出与塑料管一端上的线圈相连，将磁棒
5、放到塑料管里面的中间位 置，并将磁棒的输出接口接到调节电路输入端上，最后将调节电路的输出端与示 波器连接。每一次标定过程中，信号发生器的输出电压不变，通过公式(10)计 算塑料管内部的磁场大小，改变信号发生器输出信号的频率，同时观察示波器上 而输出信号的变化，并做相应的记录。将记录的数据用MATLAB处理，就可以得 到磁棒的频响曲线。B =字(cos/?2 - cos心)(10)由公式(10),当澈料管的长度很长，直径较小时，管内中心处的B为：B =两皿Function generator530 nT at 1.0 V inputR 二 4.644 kil (including the coil)n 980 turns/meterrrvYYYYYYYYrVVYYYYYYrYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYVYYYYYYY,rid_anwkT58.3cmOscilloscope00000二G亠Ei bttrt.A
