应用笔记

介绍 这个实验使用了关键阶段5Charles Wenzel 在互联网上发布的一个电路，他非常友好地允许它在这里复制。该电路的构建并不复杂，但需要一些构建高阻抗放大器的经验。 实验显示由于各种影响导致的电荷变化，包括接近阵雨，雷暴以及带电云通过头顶的影响。 它还会显示烟雾颗粒上的电荷，并且已经观察到检测到附近工作的柴油拖拉机的排气烟雾。这个实验不适合课堂环境 天气是不可预测的，但可能会继续运行 延长期间，以及记录中可以看到的事件的记录。 Ť 他设备留在笔者的Radio Shack的永久运行，贴在操作台一米，如果 观察到的有趣的条件都在制定之外，或者如果电表表现“异常”，然后将数据记录器连接，注意事项制作，并记录跟踪。

目的 该实验的主要目的是监测地球的磁场，但次要目标是利用设备数据表的简单方法，并计算元件值。

所需设备
ADC-16数据记录器 云电荷检测器电路，构建和测试 合适的天线

实验设置 首先，应该构建和测试如图3所示的云电荷检测器电路。在英国，可以从Copper Islands获得用于形成连接的合适铜垫。 可能需要进行三次小的修改，以便为ADC-16数据记录器提供额外的输出，并使电路适应在此模式下使用它。他们是：

输出衰减器 这是必需的，并通过从输出到地的电阻链降低云电荷检测器的输出电压，该电阻链由两个电阻组成，用作分压器，以确保ADC-16的电压不超过+2.5 V的限值。 电阻器链由一个470kΩ电阻器组成，该电阻器连接到云电荷表的输出端，串联一个100kΩ电阻器接地。ADC-16的一个通道连接到电阻和地的结点。根据建议调整电表的此点电压约为1伏，但根据大气条件和天线连接，电压会略有变化。

灵敏度 此修改是可选的，取决于当地条件。它包括修改反馈环路中电容器C5（1000 pF）的值。这可以减少以增加仪器的灵敏度。在英国，56 pF的值似乎适用于当前的条件，但在雷暴更频繁或更严重的地区可能需要更高。

输入过滤器 可能需要进行第三次修改以“重新调谐”前端的滤波器以拒绝50 Hz而不是设计用于的60 Hz美国电源。 参考电路图，C1和C2由330 pF电容代替，C3代替680 pF电容（优化值：660 pF）。电阻R1和R2为10MΩ（优化值：9.64MΩ），R3为4.7MΩ（优化值：4.32MΩ）。使用非最佳值会产生48 Hz的陷波频率，如果需要，可以通过修整元件值来优化。 计算值的公式为： Fc = 1 /2πRC，其中Fc是赫兹，R是欧姆，C是法拉。

指标单位 进一步的修改是将窗口比较器连接到驱动一对LED的设备的输出。 LM393可以使用应用笔记中所示的电路进行配置，并且能够驱动一对高效LED，以指示条件比平时更嘈杂。 LED没有提供任何有意义的条件指示，但它们往往会引起人们注意活动的事实，并且当尖峰持续时间太短以驱动仪表时，它也会响应系统上的尖峰而发光针。 我把LED安装在收音机棚的视线水平处，以引起我注意这样一个事实，即天气状况可能会让我将敏感设备从主电源和天线上断开。压电蜂鸣器也可以连接到设备上以提供可听见的“唧唧声”，但是应该配备一个开关来静音。

天线 设备的灵敏度还取决于用于实验的天线。该文章建议使用铝箔“馅饼盘”，但在实践中，发现这有点不敏感，所以20英尺长的电线用方形螺旋胶带粘在窗户内部，用酒精清洁。 用酒精清洁是必不可少的，因为它可以去除随时间累积的略微导电的表面膜，并降低设备的灵敏度。 在小蜘蛛将天线固定到天线上时也遇到了问题，并且在潮湿条件下，腹板降低了灵敏度，可能是通过提供到当地地面的略微导电的路径。

外置天线 使用外部天线是完全可行的，但是，即使没有明显的电气活动，也应该极其谨慎，因为可能会产生相当大的电压。如果采用这种方法，可以将氖灯从天线连接到地，以通过将天线传导到地来降低天线上的电压，并指示存在潜在的危险电压。 通过插座连接天线将允许进行各种配置的实验。它还允许在暴风雨条件下断开天线以保护电荷检测设备。该设备没有强大的输入保护，可能超出设备的限制并将其销毁。 在任何情况下，设备在不使用时应始终与ADC-16断开连接，以避免对ADC-16或PC主板施加大电压并造成永久性损坏的风险。

功率 该设备应由优质的稳定电源供电，但如果要在“现场”使用，或远离主电源，则可以采用电池驱动。如果电源电压低于建议的标称值12V，则可能需要重新调整偏移量。

进行实验 该器件设计为自零，具有长时间常数，因此无法进行校准以进行绝对测量，但会指示短期事件，例如与远程雷击相关的变化，或作为带电云发生的变化通过头顶。 设置云电荷检测器，并连接到ADC-16，如图1所示，并根据需要设置参数。在安静的条件下，输出可以每秒采样一次，但是当条件更加活跃时，可以将采样率设置为更频繁地采样。可以选择的最短样本将是所需精度的函数。 在使用中，将注意到仪表运动充当低通滤波器，并且隐藏观察到的尖峰的大小，但是短期事件倾向于具有相对缓慢的恢复，因此可以观察到。 可以观察到四种趋势： 1.短途旅行的规模。 在安静的条件下，读数不会变化很大，并且以相当随机的方式变化。在使用中，此处设置的探测器以750 mV为中心，在一个安静的夏日午后，显示的变化高达±50 mV。 2.游览的极性。 探测器是一个逆变器，所以正偏移实际上表示负电荷，通常即将到来的淋浴将驱动仪表向左移动，并且如果观察到，则在图表上显示较小的值，降雨将倾向于驱动设备另一个办法。闪电罢工往往表现出积极和消极的偏离。 3.事件的形状，即攻击和衰减时间。 攻击阶段由事件驱动，但衰减阶段是探测器自定心功能的函数，除非事件以检测到闪电的方式反向驱动探测器。 4.收费的一般趋势 在大雨或冰雹期间，仪表经常显示在淋浴期间持续的稳定增加，仅在相当长的时间内回落到静止位置。如果天线连接到窗户并且窗玻璃的表面是湿的，则充电可能会保持一段时间，因为窗户上的雨水将被充电。可以在较小程度上观察到在露天的线天线上的相同效果。

意见 将示波器连接到电路输出可能是有益的，因为可能存在来自本地源的高频尖峰，这导致误导结果。 在我的无线电小屋中已经观察到这种尖峰，并且已经证明是由于该设备靠近许多其他设备，例如看起来异常“嘈杂”的便宜的荧光灯单元，以及旧的PC监视器。没有努力过滤输出，因为这样做会降低设备的灵敏度，但它确实意味着如果要获得任何有意义的信息，应采取预防措施来消除或减少已知的噪声源。 如果添加窗口比较器电路，则尖峰将是明显的，因为两个LED将点亮而没有相应的仪表偏转。