自旋平台双球型电场仪数据校正方法

双球型电场仪通过测量两探针的电势差和间距获得空间电场.当电场仪应用于自旋平台时,因柔性伸杆扰动带来的双球位置偏差会影响电场计算结果.本文提出一种利用自旋平台上两个电探针的电场探测自洽特性对探针位置进行校正的方法,实现了对双球型电场仪在轨数据的校正.对探空火箭电场仪的实测数据处理过程是在消除平台对电场仪的干扰后,使用所提出的校正方法对测量电场的矢量大小和方向进行校正.通过将修正结果与未校正数据和理论模型数据进行对比,验证了方法的有效性.      

基于有限元方法的场磨式电场传感器标定装置优化设计

场磨式电场传感器常被用来测量特高压直流(HVDC)输电线路下地面合成电场强度.传统对其标定的方法存在标定装置体积较大、户外标定移动不方便的缺点.针对此问题研究了一种应用于特高压直流输电线路下地面合成电场测量的电场传感器便携式缩尺标定装置.基于有限元方法建立了传感器的三维电场模型,基于该模型对便携式标定装置的尺寸、结构等关键参数做出了模拟分析,在此基础上进行了便携式标定装置的结构参数的优化设计.将便携式缩尺标定装置与标准的标定装置进行了实验比较.仿真及实验结果表明该标定装置能够方便、准确地对场磨式电场传感器进行标定.      

磁层电场仪前端信号处理电路研究

针对磁层稀薄等离子体环境中的电场测量,设计了一种电场仪前端信号处理电路方案.双探针电场仪通过向等离子体输出驱动电流,测量两探针间的电位差,从而测量空间电场的探测仪器.在磁层稀薄等离子体环境下,等离子体阻抗较高,电场仪探针将工作在较高的工作电压上.若探针电压接近或超过电路耐压值,则可能会影响探测结果,甚至损坏电场仪.本文结合低偏置电流的电压跟随方案和反馈悬浮电源控制方案,解决了稀薄等离子体环境中电场测量的弱电流采样和高动态电位处理问题,并采用低噪声元件和特殊电路设计,控制电路噪声.测试结果显示,本方案可使探针适应±100V的悬浮电位,实现150kHz带宽的电场信号测量,且噪声小于14nV·mHz-1/2,满足目前空间电场仪测量精度需求.      

大气电场综合观测设备的设计

大气电场反映了地球近地表大气对气象活动、太阳活动与地质活动的综合响应。实现大气电场与气象参数及地磁活动指数等参数的综合测量,对雷电活动、地质灾害和磁暴活动等的研究具有重要意义。 设计开发了一种大气电场综合观测设备,能够同时测量包含温度、相对湿度、风速和大气电场等多个参数,在大气电场探测原理的基础上给出了大气电场综合观测设备的详细设计和电场标定过程。 通过对该设备在北京市十三陵台站实测数据的分析,与中国科学院国家空间科学中心FAMEMS-DF02电场仪以及中国气象网发布的气象数据进行对比,结果表明各气象参数99%的时刻对应误差不超过±10%,平均误差不超过±3%,而电场数据的平均误差为±0.166 kV·m–1。      

青海省柴达木盆地大气电场随高度的变化特征

大气电场强度是大气电学的重要参数.大气电场的准确测量及其时空特性对研究空间天气活动、气象活动以及大型地质活动具有重要意义.2019年8月26日和28日,中国科学院鸿鹄专项团队在青海省海西蒙古自治州大柴旦镇地区放飞搭载模式电场仪的探空气球,测量了不同高度的大气电场强度.利用互相关函数法和主成分分析法研究了此次气球实验得到的电场数据.结果表明,尽管通常情况下决定大气垂直电场大小的主要因素是高度,但是该地区风场对大气电场强度的影响也比较显著.晴天大气条件下,有无薄云的存在对大气电场测量存在一定影响,有云条件下,风速会通过影响云的形成间接影响到大气电场.此外,柴达木盆地存在一个易受下垫面影响的大气电场边界层,分析表明这个边界层厚度在3km以上.对边界层大气电场变化以及晴天无云时3600m以上的大气电场分布进行了分析和拟合.      

地面双臂式电场仪

本文描述了一种地面双臂式电场仪的原理、结构和性能,分析了典型记录数据所代表的大气电状态;提出了等分频率的概念;从典型测量数据中分析计算出了特征阻抗值。根据与转轮式电场仪的联测记录的分析,本文提出了区分局地电状态波动和来自高空的电状态波动的影响的方法.     

空中电场仪

叙述了空中电场仪的基本测量原理，采用双电场仪结构可以解决仪器自身带电对测量的影响，仪器结构设计成上下开感应窗的光滑圆柱体。介绍了该仪器的电性原理，最后叙述了初步观测试验情况。     

锡林浩特市火山地质公园平台山顶近地面大气电场变化特征

大气电场强度是大气电学的重要参数.大气电场的准确测量对雷暴和地震的监测、预警等具有重要的意义.利用2015年8月27日气球搭载大气电场仪测量近地面大气电场实验得到的电场数据，分析在特殊地形表面近地面500m高度内大气电场强度随高度的变化特征.结果表明:晴天条件下，火山喷发形成的熔岩平台山顶上空近地面大气电场强度随高度增加呈指数递减，大气电场的数值和变化范围均较大，尤其是近地面100m高度内，大气电场值达到1kV·m-1以上.此外，还通过经验公式得出了近火山灰石地表的大气电导率.受空气中重离子的影响，其电导率远小于全球大气电导率的平均值.实验结果丰富了在特殊地形下大气电场的测量结果，揭示了中国内蒙古锡林浩特地区火山山顶近地面大气电场强度随高度的变化特征.      

带电云对大气电场随高度变化特征的影响

大气电场与雷暴活动、气候变化、大气污染、太阳活动密切相关,在特殊地形上探测大气电场的高度分布对于大气电学的相关研究具有重要意义。2020年9月12日,中国科学院鸿鹄专项团队将大气电场仪搭载在探空气球上,在青海省海西蒙古族藏族自治州大柴旦地区进行了大气电场高度分布的探测实验。本文分析讨论了此次实验中用到的电场仪、实验过程及实验结果。大气电场曲线中间凸起的部分对应电场仪穿过带电云层,因此将其分为三段并分别进行拟合。探测实验及分析结果表明:在不同高度处大气电场的主要影响因素不同,其分布规律会存在差异。此外,带电云会使大气电场强度整体增大,但云层中大气电场的高度分布仍能较好地符合指数变化规律。      

西藏阿里地区的晴天大气电场特征

晴天大气电场是一个区域大气电场变化的基准场,是大气电场特性的研究基础。对于具有不同地质条件、地理环境和地形特点的区域,晴天大气电场特征具有明显区别。利用在西藏阿里地震台（80.12°E,32.51°N）安装的一台场磨式大气电场仪于2021年10月10日至2021年11月10日观测到的数据,通过对大气电场数据建模与分析,结合气象条件,得到西藏阿里地区23天晴天条件下的平均卡耐基曲线。经过平滑处理去除仪器噪声的波动,得到西藏阿里地区的晴天条件下的标准卡耐基曲线,进而与北京市昌平区十三陵观测台站（116.23°E,40.25°N）同期的晴天大气电场特征进行对比,并对其电场特性差异和原因进行了讨论。研究结果对分析高原地区晴天大气电场特征具有重要的参考价值和科学意义。      

静电场仪校准系统的设计及仿真研究

静电场仪的精确校准对提高卫星在轨电场探测精度、保障卫星安全发射升空、精确预测雷电等具有重要意义。针对电场仪校准的需要,设计了平行极板电容式静态电场仪校准装置。利用三维电磁场仿真软件CST对标准静电场发生装置进行数值仿真,研究了校准箱内部及边缘处的静电场分布特点,分析标准极板直径和间距对边缘效应的影响,结合极板平行度对电场均匀性的影响分析,确定了校准过程中电场仪探头的最佳位置,实现静电场仪校准装置的最优化设计。     

静电场仪校准系统的设计及仿真研究

静电场仪的精确校准对提高卫星在轨电场探测精度、保障卫星安全发射升空、精确预测雷电等具有重要意义。针对电场仪校准的需要，设计了平行极板电容式静态电场仪校准装置。利用三维电磁场仿真软件CST对标准静电场发生装置进行数值仿真，研究了校准箱内部及边缘处的静电场分布特点，分析标准极板直径和间距对边缘效应的影响，结合极板平行度对电场均匀性的影响分析，确定了校准过程中电场仪探头的最佳位置，实现静电场仪校准装置的最优化设计。     

临近空间大气压力传感器现场校准装置研究

本文针对临近空间大气压力传感器现场校准需求,介绍了临近空间大气压力传感器现场校准装置工作原理, 进行理论分析与仿真,提出需突破的关键技术,给出了不确定度预估。     

The importance of restoration of the atmospheric electrical environment in closed Bioregenerative Life Supporting Systems.

Earth based Bioregenerative Life Supporting Systems (BLSS) are subject to 4 main physical factors: gravity, light, temperature and electrical environment. The first 3 are obvious to everyone, the Electrical Environment (EE) is not under the majority of prevailing conditions perceived directly by our senses. The EE is one of the important physical factors directly influencing some plants and in a less obvious way also the majority of plants. There are only two long range forces in nature: the electromagnetic and the gravitational forces. Gravity is very much weaker than the electromagnetic forces FG/FEL=10(-38), where FG is the gravitational Force and FEL are the electromagnetic Forces. The atmospheric electric field prevails all the time over the entire Earth with a mean intensity of 130 V/m. It is therefore a potent factor which may be used by some plants exposed throughout their entire life time to the atmospheric electric field. What effect should the normal atmospheric electric field have on plants? All living plants are good electrical conductors for electrostatic fields. The plants distort the normally vertical field lines, which have to be perpendicular to the plant tissue everywhere in order to avoid the extraction of energy from the field. The meristems concentrate the field lines, thus the electrically charged nutrients are supplied to the growing parts of the plant exposed to the field. This results in electrotropism in some plants. It is very well known that plants do have adaptive capabilities as compared to animals, it is important for their survival, because they cannot run away from trouble. It is found by careful observations of the behaviour of different plants that some plants do respond to the presence of the atmospheric electric field while other plants exposed to the same environment are indifferent to the atmospheric electric field. The plants growing in the Biosphere II were shielded by the metal structure of the Biosphere II. Because these plants which do make use of the atmospheric electric field are also to be found in the Biosphere II and must be deprived of this natural atmospheric electric field and in consequence of some of their natural nutrients. I have experimental evidence that at least some plants do respond to the atmospheric electric field. This effect is the most likely cause of the oxygen depletion and of the carbon dioxide accumulation in Biosphere II. Under the micro gravity encountered in space habitats the restoration of electric fields is even more important for plant growth than it is on the Earth.     

A model for calculating the vertical distribution of the atmospheric electric potential in the exchange layer in a maritime clean atmosphere

A theoretical model is developed for calculating the vertical distribution of atmospheric electric potential in exchange layer of maritime clean atmosphere. The transport of space charge in electrode layer acts as a convective generator in this model and plays a major role in determining potential distribution in vertical. Eddy diffusion is the main mechanism responsible for the distribution of space charge in vertical. Our results show that potential at a particular level increases with increase in the strength of eddy diffusion under similar conditions. A method is suggested to estimate columnar resistance, the ionospheric potential and the vertical atmospheric electric potential distribution in exchange layer from measurements of total air-earth current density and surface electric field made over oceans. The results are validated and found to be in very good agreement with the previous aircraft measurements. Different parameters involved in the proposed methodology can be determined either theoretically, as in the present work, or experimentally using the near surface atmospheric electrical measurements or using some other surface-based measurement technique such as LIDAR. A graphical relationship between the atmospheric eddy diffusion coefficient and height of exchange layer obtained from atmospheric electrical approach, is reported.