This paper is focused on the measurement and analysis of an atmospheric electric field which is caused by thunderclouds. The electric field due to thunderclouds changes very slowly. For this reason, the extremely low frequency E-field sensor needs to be used for measuring the atmospheric electric field strength. The balloon-carried E-field sensor system with the time constant of 1sec was designed and fabricated. The electric field sensor consists of $100mm{\times}100mm$ copper plate, active integrator, high pass and low pass filters and batteries. The measurements of atmospheric electric fields were made by the balloon-carried E-field sensor and radiosonde, which sends the data back to ground in real time. From the calibration experiments, the response sensitivity of the E-field sensor was 0.154mV/kV/m in the frequency range of less than 1kHz. As a result from the actual experiment of the atmospheric electric field, the electric field signals were observed from the altitude of about 2.5km. Also, as the altitude was increased, the detected electric field wave oscillated with the fluctuation of sensing plate. The proposed method seems suitable for measurements of atmospheric electric fields, because it is inexpensive, simple to use and launch.
We proposed an optical modulator of reflective type to compose the electric field sensor, and theoretically analyzed the performance and characteristics. For the high sensitivity of the sensor, a method to improve the modulation index of the modulator was presented. The electric field sensor using Ti:LiNbO$_{3}$ waveguide was fabricated and qualitatively investigated the characteristics by measuring the low frequency electric field. Even though the sensor showed relatively low modulation index, the electric filed strength of 10$^{-2}$V/m was measured. The experimental results revealed the utilities of this type electric field sensor.
전자계계측 센서를 구성하기에 편리한 반사간섭형 광변조기를 제안하고, 그 동작원리와 기본특성을 이론적으로 해석하였다. 센서의 고감도화를 위하여 반사간섭형광변조기의 변조도 개선방법을 제시하였으며, $LiNbO_3$ 기판으로 반사간섭형 광변조기를 제작하여 센서를 구성하고, 저주파 전자계 측정실험을 실시하여 센서의 정성적 특성을 평가하였다. 실험에서 5% 정도의 낮은 변조도에서도 5 V/cm 의 계측결과를 얻어 전계계측센서로서 활용 가능성을 확인하였다.
This paper proposes a method to calibrate the electrode misplacement in underwater electric field sensor arrays (EFSAs) for accurate measurements of underwater electric field signatures. The electrode misplacement of an EFSA was estimated by measuring the electric field signatures generated by a known electric source and by comparing the measurements with the theoretical calculations under similar measurement conditions. When the EFSA measured the electric field signatures induced by an unknown electric source, the electric properties of the unknown electric source were approximated by considering the optimized estimation of the electrode misplacement of the EFSA. Finally, the measured electric field signatures were calibrated by calculating the theoretical electric field signatures to be measured with an ideally installed EFSA without electrode misplacement; the approximated electric properties of the unknown electric source were also taken into account. Simulations were conducted to test the proposed calibration method. The results showed that the electrode misplacement could be estimated. Further, the electric field measurements and the electric field-based localization of underwater vessels became more accurate after the application of the proposed calibration method. The proposed method will contribute to applications such as the detection and localization of underwater electric sources, which require accurate measurements of underwater electric field signatures.
As a key component of lighting location system (LLS) for lightning warning, the atmospheric electric field measuring is required to have high accuracy. The Conventional methods of the existent electric field measurement meter can only detect the vertical component of the atmospheric electric field, which cannot acquire the realistic electric field in the thunderstorm. This paper proposed a three dimensional (3D) electric field system for atmospheric electric field measurement, which is capable of three orthogonal directions in X, Y, Z, measuring. By analyzing the relationship between the electric field and the relative permittivity of ground surface, the permittivity is calculated, and an efficiency 3D measurement model is derived. On this basis, a three-dimensional electric field sensor and a permittivity sensor are adopted to detect the spatial electric field. Moreover, the elevation and azimuth of the detected target are calculated, which reveal the location information of the target. Experimental results show that the proposed 3D electric field meter has satisfactory sensitivity to the three components of electric field. Additionally, several observation results in the fair and thunderstorm weather have been presented.
Based on the linear electro-optic (EO) effect of lithium niobite (LiNbO3, LN) crystal, an intense two-dimensional (2D) electric field sensor was analyzed, fabricated and experimentally demonstrated. The linear polarized light beam transmits along the optical axis (z-axis) of the LN crystal, and the polarization direction of the polarized light is 45° to the y-axis. The sensor can detect the intensity of a 2D electric field that is perpendicular to the z-axis. Experimental results demonstrated that the minimum detectable electric field of the sensor is 10.5 kV/m. The maximum detected electric field of the sensor is larger than 178.9 kV/m. The sensitivity of the sensor is 0.444 mV/(kV·m-1). The variation of the sensitivity is within ±0.16 dB when the sensor is rotated around a z-axis from 0° to 360°. The variation of the sensor output optical power is within ±1.4 dB during temperature change from 19 ℃ to 26 ℃ in a day (from 7:00 AM to 23:00 PM) and temperature change from 0 ℃ to 40 ℃ in a controllable temperature chamber. All theoretical and experimental results revealed that the fabricated sensor provides technology for the direct detection of intense 2D electric fields.
For the measurement of time-varying electric fields and related quantities, a field sensor should be sensitive to the field to be measured, and also designed having an accurate transfer function. In this paper, a theoretical model which adequately describes the operation principle and design of the sensor is presented. A calibration and/or correction technique of the sensor is also studied which enables a precise determination of the response of the sensor to an electric field. As a result, the developed electric field sensor and measuring system are known to be accurate within a bandwidth from a few Hz to 200 MHz. It is found that the sensor can be used directly in the measurement of very fast transient voltages and time-varying electric fields occurring during disconnector operations in a gas-insulated substation. It may be useful also for the study on the electromagnetic environmental parameters.
For measuring the transient electromagnetic fields and related quantities created by disconnector operations in GIS, one needs the wide bandwidth sensors with simple transfer functions. This paper describes a new developed electric field sensor to measure the very fast transient electric fields and voltages, and the measuring principle, design and construction of planar electric field sensor are described. A calibration and/or correction technique of the sensor is investigated which enables an accurate determination of the sensor response to the time-changing electric fields. As a consequence, the low voltage calibrations certify that a rise time of 1.7 [ns] is achieved for the planar electric field sensor and a total bandwidth extending from several Hz to 200 MHz for the measuring system which presents the constant division ratio as a function of frequency.
It is very difficult and dangerous to measure PD(Partial Discharges) from high voltage equipments in outdoor situation. But that is very important thing for preventing them from more serious accident by defects made by insulating degradation. This paper provides useful method to detect PD signals easily without any dangerous situation. Electric field sensor by the principle of capacitor can detect PD signals without direct connection between sensor and high voltage equipment and has very wide frequency range suitable for noise rejection. Electric field sensor and related circuit for processing PD signal show good performance as a PD sensor when it is applied to simulated high power equipment generating PD pulses.
This paper explains the effects of the weak signal of a rotating-type electric field mill sensor fabricated for measuring the intensity of the electric field generated by high-voltage direct current (HVDC) power transmission lines. The fabricated field mill consists of two isolated electrode vanes, a motor driver, and a ground part. The sensor plate is exposed to and shielded from the electric field by means of a rotary shutter consisting of a motor-driven mechanically complementary rotor/stator pair. When the uncharged sensor plate is exposed to an electric field, it becomes charged. The rotating electrode consists of several conductive vanes and is connected to the ground part, so that it is shielded. Determining the appropriate design variables such as the speed of the vane, its shape, and the distance between the two electrodes, is essential for ensuring optimal performance. By varying the speed, the weak signal characteristics which is used to signal processing and calibration experiment are quite different. Each weak signal pattern was analyzed along with the output voltage characteristics, in order to be able to determine the intensity of the electric field generated by HVDC power transmission lines with accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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