應用筆記

介紹 這個實驗使用了關鍵階段5Charles Wenzel 在互聯網上發(fā)布的一個電路，他非常友好地允許它在這里復制。該電路的構建并不復雜，但需要一些構建高阻抗放大器的經驗。 實驗顯示由于各種影響導致的電荷變化，包括接近陣雨，雷暴以及帶電云通過頭頂的影響。 它還會顯示煙霧顆粒上的電荷，并且已經觀察到檢測到附近工作的柴油拖拉機的排氣煙霧。這個實驗不適合課堂環(huán)境 天氣是不可預測的，但可能會繼續(xù)運行 延長期間，以及記錄中可以看到的事件的記錄。 ? 他設備留在筆者的Radio Shack的永久運行，貼在操作臺一米，如果 觀察到的有趣的條件都在制定之外，或者如果電表表現“異常”，然后將數據記錄器連接，注意事項制作，并記錄跟蹤。

目的 該實驗的主要目的是監(jiān)測地球的磁場，但次要目標是利用設備數據表的簡單方法，并計算元件值。

所需設備
ADC-16數據記錄器 云電荷檢測器電路，構建和測試 合適的天線

實驗設置 首先，應該構建和測試如圖3所示的云電荷檢測器電路。在英國，可以從Copper Islands獲得用于形成連接的合適銅墊。 可能需要進行三次小的修改，以便為ADC-16數據記錄器提供額外的輸出，并使電路適應在此模式下使用它。他們是：

輸出衰減器 這是必需的，并通過從輸出到地的電阻鏈降低云電荷檢測器的輸出電壓，該電阻鏈由兩個電阻組成，用作分壓器，以確保ADC-16的電壓不超過+2.5 V的限值。 電阻器鏈由一個470kΩ電阻器組成，該電阻器連接到云電荷表的輸出端，串聯一個100kΩ電阻器接地。ADC-16的一個通道連接到電阻和地的結點。根據建議調整電表的此點電壓約為1伏，但根據大氣條件和天線連接，電壓會略有變化。

靈敏度 此修改是可選的，取決于當地條件。它包括修改反饋環(huán)路中電容器C5（1000 pF）的值。這可以減少以增加儀器的靈敏度。在英國，56 pF的值似乎適用于當前的條件，但在雷暴更頻繁或更嚴重的地區(qū)可能需要更高。

輸入過濾器 可能需要進行第三次修改以“重新調諧”前端的濾波器以拒絕50 Hz而不是設計用于的60 Hz美國電源。 參考電路圖，C1和C2由330 pF電容代替，C3代替680 pF電容（優(yōu)化值：660 pF）。電阻R1和R2為10MΩ（優(yōu)化值：9.64MΩ），R3為4.7MΩ（優(yōu)化值：4.32MΩ）。使用非最佳值會產生48 Hz的陷波頻率，如果需要，可以通過修整元件值來優(yōu)化。 計算值的公式為： Fc = 1 /2πRC，其中Fc是赫茲，R是歐姆，C是法拉。

指標單位 進一步的修改是將窗口比較器連接到驅動一對LED的設備的輸出。 LM393可以使用應用筆記中所示的電路進行配置，并且能夠驅動一對高效LED，以指示條件比平時更嘈雜。 LED沒有提供任何有意義的條件指示，但它們往往會引起人們注意活動的事實，并且當尖峰持續(xù)時間太短以驅動儀表時，它也會響應系統(tǒng)上的尖峰而發(fā)光針。 我把LED安裝在收音機棚的視線水平處，以引起我注意這樣一個事實，即天氣狀況可能會讓我將敏感設備從主電源和天線上斷開。壓電蜂鳴器也可以連接到設備上以提供可聽見的“唧唧聲”，但是應該配備一個開關來靜音。

天線 設備的靈敏度還取決于用于實驗的天線。該文章建議使用鋁箔“餡餅盤”，但在實踐中，發(fā)現這有點不敏感，所以20英尺長的電線用方形螺旋膠帶粘在窗戶內部，用酒精清潔。 用酒精清潔是必不可少的，因為它可以去除隨時間累積的略微導電的表面膜，并降低設備的靈敏度。 在小蜘蛛將天線固定到天線上時也遇到了問題，并且在潮濕條件下，腹板降低了靈敏度，可能是通過提供到當地地面的略微導電的路徑。

外置天線 使用外部天線是完全可行的，但是，即使沒有明顯的電氣活動，也應該極其謹慎，因為可能會產生相當大的電壓。如果采用這種方法，可以將氖燈從天線連接到地，以通過將天線傳導到地來降低天線上的電壓，并指示存在潛在的危險電壓。 通過插座連接天線將允許進行各種配置的實驗。它還允許在暴風雨條件下斷開天線以保護電荷檢測設備。該設備沒有強大的輸入保護，可能超出設備的限制并將其銷毀。 在任何情況下，設備在不使用時應始終與ADC-16斷開連接，以避免對ADC-16或PC主板施加大電壓并造成永久性損壞的風險。

功率 該設備應由優(yōu)質的穩(wěn)定電源供電，但如果要在“現場”使用，或遠離主電源，則可以采用電池驅動。如果電源電壓低于建議的標稱值12V，則可能需要重新調整偏移量。

進行實驗 該器件設計為自零，具有長時間常數，因此無法進行校準以進行絕對測量，但會指示短期事件，例如與遠程雷擊相關的變化，或作為帶電云發(fā)生的變化通過頭頂。 設置云電荷檢測器，并連接到ADC-16，如圖1所示，并根據需要設置參數。在安靜的條件下，輸出可以每秒采樣一次，但是當條件更加活躍時，可以將采樣率設置為更頻繁地采樣。可以選擇的最短樣本將是所需精度的函數。 在使用中，將注意到儀表運動充當低通濾波器，并且隱藏觀察到的尖峰的大小，但是短期事件傾向于具有相對緩慢的恢復，因此可以觀察到。 可以觀察到四種趨勢： 1.短途旅行的規(guī)模。 在安靜的條件下，讀數不會變化很大，并且以相當隨機的方式變化。在使用中，此處設置的探測器以750 mV為中心，在一個安靜的夏日午后，顯示的變化高達±50 mV。 2.游覽的極性。 探測器是一個逆變器，所以正偏移實際上表示負電荷，通常即將到來的淋浴將驅動儀表向左移動，并且如果觀察到，則在圖表上顯示較小的值，降雨將傾向于驅動設備另一個辦法。閃電罷工往往表現出積極和消極的偏離。 3.事件的形狀，即攻擊和衰減時間。 攻擊階段由事件驅動，但衰減階段是探測器自定心功能的函數，除非事件以檢測到閃電的方式反向驅動探測器。 4.收費的一般趨勢 在大雨或冰雹期間，儀表經常顯示在淋浴期間持續(xù)的穩(wěn)定增加，僅在相當長的時間內回落到靜止位置。如果天線連接到窗戶并且窗玻璃的表面是濕的，則充電可能會保持一段時間，因為窗戶上的雨水將被充電。可以在較小程度上觀察到在露天的線天線上的相同效果。

意見 將示波器連接到電路輸出可能是有益的，因為可能存在來自本地源的高頻尖峰，這導致誤導結果。 在我的無線電小屋中已經觀察到這種尖峰，并且已經證明是由于該設備靠近許多其他設備，例如看起來異常“嘈雜”的便宜的熒光燈單元，以及舊的PC監(jiān)視器。沒有努力過濾輸出，因為這樣做會降低設備的靈敏度，但它確實意味著如果要獲得任何有意義的信息，應采取預防措施來消除或減少已知的噪聲源。 如果添加窗口比較器電路，則尖峰將是明顯的，因為兩個LED將點亮而沒有相應的儀表偏轉。