1. Q值-選擇合適羅氏線圈的重要參數
Q值是表征轉移電荷量能力的參數,在羅氏線圈中也可解釋為線圈達到磁飽和前能夠裝載的電荷量能力。Q值的單位是庫侖(C)也可是安秒積(A?s),在計算中我們通常使用安秒積(A?s)這個單位,更直觀便于運算。 Q值-選擇合適羅氏線圈的重要參數!
2.羅氏線圈的Q值選用。
每只羅氏線圈會給出一個Q值,
(1)例如:優測型號RS-55-400KA,Q=6.5(A?s),那么該線圈可以測試:
10/350μs的13kA,
200ms方波歸零時間200ms測到65A,
5/320μs歸零時間0.9ms,約15kA,
10/1000μs歸零時間3ms,約4kA,以此計算類推。
(2)例如:優測型號RS-25-50KA,Q=60(A?s),那么該線圈可以測試:
10/350μs的120kA,
200ms方波歸零時間200ms測到600A,
5/320μs歸零時間0.9ms,約130kA,
10/1000μs歸零時間3ms,約40kA,以此計算類推。
3.超出羅氏線圈Q值的波形表現。
如果被測波形超出了羅氏線圈自身轉移電荷量Q的能力,將會出現磁芯飽和的現象。如下圖
圖:波形超過線圈自身的Q值能力出現拐點歸零
該波形在680μs左右出現拐點并快速歸零,證明此時線圈達到磁飽和。如果線圈磁飽和,會出現磁芯磁化現象,那么隨后即使在Q值能力內的測試也會有可能持續出現次飽和的現象,如下圖,這是在磁飽后,降低峰值,原本在能力內的波形也持續地飽和。
圖:降低峰值到Q能力內,波形依然顯示飽和。
所以,我們給出一個解決方案:只要進行一次小幅值反向沖擊電流,即可將磁化的磁芯消磁,測量恢復正常。
4.對于未知波形的測量判斷是否畸變
在雷電學領域,現在更多的是對自然界雷電接閃并引流進行測量,許多情況下選擇羅氏線圈并沒有對其轉移電荷量能力進行要求,只是一味地看測量峰值是不是滿足,這是最極端的錯誤。
首先,對雷電流的采樣峰值是非常簡單的技術了,使用分流器、偏振器、磁互感等都可以準確測量,但是研究自然雷電,更重要的是對波形的研究,也就是對雷電電荷能量的研究。筆者看到過一些研究采集到的自然界雷電流波形,作為羅氏線圈的研究者看來,這些波形都是畸變之后的,也就是說之前選用羅氏線圈出現了錯誤。常見的皮爾遜羅氏線圈,采購時需要自己對著參數表格選型號,很多大孔徑的線圈,看著峰值200-400kA,實則轉移電荷量能力只有幾庫侖,造成這個問題的原因有兩個,一是大孔徑在技術上很難實現很高的轉移電荷量能力,二是,皮爾遜的型號太多,更適合專波專用,如果要盲測(未知波形)就推薦一條線路串入2-3只不同能力的線圈。
那么如何判斷波形是不是真實的雷電波,是不是有畸變呢?按以下兩步:
一步放大波形,進行Q值計算,如果得出采集到的電流波Q值約等于所用線圈的轉移電荷量能力Q那么我們可以判斷該波形存疑,進行第二步排查。
這里說一下在沒有計算機軟件的情況下,異形波Q的計算方法。
我們可以按中學幾何分割的方法進行異形平面面積分割計算,如圖,我們可以將其分割成A、B、C三部分分別計算后相加。如何不規則的波形都可以分割成許多規則的幾何形狀進行面積計算,也就是簡單的積分。
第二步看是否在波尾有拐點并快速歸零,如上一節展示的波形。因為在電流波尾階段,是一個放電過程,放電通道阻抗沒有大的變化時,是不可能突變的。
如果以上兩步都達到了肯定的答案,那么該波形判定為畸變,不可采納,需要更換羅氏線圈。