Устройство для регистрации молний Советский патент 1984 года по МПК G01W1/16 

1 Изобретение относится к метеорологическим приборам и может быть использовано для регистрации молниевых разрядов на землю. Известны устройства для регистрации молний, содержащие последователь но соединенные антенну, фильтр, пороговое устройство, расширитель импульсов, подключенные параллельно цепи фильтр-пороговое устройство две аналогичные цепи, каждая из которых содержит фильтр и пороговое устройство, а также согласующее устройство и схему совпадения, включенные первое на входе, а второе на выходе трех параллельных цепей с разли ными полюсами пропускания, лежащими в спектре частот, характерных для на земных разрядов у . Данные устройства регистрируют на ряду с наземными и часть междуоблачных разрядов. Точность селекции грозовых разрядов по дальности невысокая, так как в этих устройствах используется указанный выше метод амплитудной селекции. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регистрации молний, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, преобразуюпщй фильтр первый блок вьзделения нулевого перехода и первую схему совпадения, а также первую и вторую ортогонально направленные магнитные антенны, вЫ ход каждой из которых соединен соответственно через второй и третий блоки выделения нулевых переходов с первым и вторым входами первой схе мы Ш1И, выход которой соединен через первый однрвибратор с вторым входом первой схемы совпадения, выход которой через второй одновибратор соединен с регистрирующим устройством 2 Использование известного устройства для регистрации всех типов разрядов вносит существенные поляризационные ошибки в измерение дальности. Цель изобретения - повышение точности селекции молний по дальности до источника. Поставленная цель достигается тем, что устройство для регистрации молний, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, преобразующий фильтр, первый блок выделения нулевого перехода и пер02вую схему совпадения, а также первую и вторую ортвгонально направленные магнитные антенны, выход каждой из которых соединен соответственно через второй и третий блоки выделения нулевых переходов с первым и вторым входами первой схемы ИЛИ, выход которой соединен через первый одновибратор с вторым входом первой схемы совпадения, выход которой через второй одновибратор соединен с регист- , рирующим устройством, снабжено пороговым устройством, первым и вторым дифференциаторами, четвертым и пятым блоками выделения нулевых переходов, формирователем строб-импульса,второй схемой ИЛИ, второй схемой совпадения и третьим одновибратором, причем входы порогового устройства и первого и второго дифференциаторов соединены соответственно с выходами первой и .второй магнитной антенн, выходы первого и второго дифференциаторбв через четвертый и пятый блоки выделения нулевых переходов соответственно соединены с входами второй схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым входом второй схемы совпадения, второй вход которой через формирователь строб-импульса соединен с выхо-. дом порогового устройства, а выход второй схемы совпадения через третий одновибратор соединен с третьим входом первой схемы совпадения. На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит магнитные 1,2 и электрическую 3 антенны, преобразующий фильтр 4, блоки 5-9 выделения нулевых переходов, пороговое устройство 10, дифференциаторы 11 и 12, схемы ИЛИ 13 и 14, формирователь строб-импульса 15, одновибраторы 16 18, схемы 19 и 20 совпадения, регистрирующее устройство 21. При этом электрическая антенна 1 через преобразующий фильтр 4, блок 7 вьщеления нулевых переходов соединена с первым входом схемы 20 совпадения, первая 1 и вторая 2 магнитные антенны соответственно через второй и третий блоки вьоделения нулевых переходов 5 и 6 соединены с первым и вторым входами первой схемы ИЛИ 13, выходом связанной через одновибратор 16 с вторым входом схемы 20 совпадения, первая Г и вторая 2 магнитные антенны соедийены с пороговым устройством 10 и соответственно через дифференциаторы 11, 12 и блоки 8, 9 выделения нулевых переходов - с первым и вторым входами второй схемы ИЛИ 14, выходом подключенной к первому входу второй схемы 19 совпадения, выход порогового устройства 10 соединен через формирователь строба-импульса 15 с вторым входом второй схемы 19 совпадения, выход которой соединен через вторрй одновибратор 17 с третьим входом первой схемы 20 совпадения, выход схемы 20 связан через третий одновибратор . 18 с регистрирующим устройством 21.

Резистор определяет коэффициент .усиления, а элементы ,L С находят из следующих соотношений:

P c|Ro--,

где с - скорость света в пустоте, Rg - дальность настройки фильтра. Пороговое устройство 10 включает два компаратора, выход каждого компаратора подключен к одной из магнитных антенн, а выходы через схему ИЛИ соединены с формирователем строб-импульса 15. При превьшении хотя бы одного из сигналов магнитных антенн заданного порогового уровня компаратора они срабатывают и выходной сигнал, пройдя через схему ИЛИ, вызывает срабатывание формирователя строб-импульса 15, Формирователь строб-импульса, так же как и одновибраторы 16 - 18 представляет собой ждущий мультивибратор.Дифференциатор выполнен на осйове классической дифференцирующей цепи, для улучшения точностных характеристик в качестве согласующей цепи может быть применен операционный усилитель.Блок вьщеления нулевых переходов может быть выполнен на усилителе-ограничителе, выходные сигналы которого соответствуют нулевым переходам.входных сигналов с последующим формированием импульсов по фронтам.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал грозового разряда в виде резкого изменения электронагнитного поля принимается антеннами магнитными 1, 2 и электрической 3. Применение двух ортогонально направленных магнитных антенн, каждая из которых имеет восьмерочную диаграмму направленности, обеспечивает прием магнитной составляющей со всех направлений

действия электромагнитного поля грозового разряда. Сигналы магнитных антенн 1 и 2 поступают на пороговое устройство 10. При превышении хотя бы одним из этих сигналов порогового уровня срабатывает пороговое устройство 10 и запускает формирователь строб-импульса 15. Формирователь вырабатывает импульс длительностью 58 МКС, который поступает на первый вход схемы совпадения 19.

Сигналы магнитных антенн поступают также на дифференциаторы 11 и 12. Блоки 8 и 9 эьщеления нулевых переходов выделяют первые нулевые переходЬ первой производной сигналов магнитных антенн, т.е. моменты достижения этими сигналами своего максимума. Сигналы первых, нулевых переходов, пройдя через схему ИЛИ 14, поступают на второй йход схемы 19 совпадения, которая своим выход нын сигналом заставляет срабатывать одновибратор 17, дающий разрешение на регистрацию разряда.

Таким образом, если на антенное устройство воздействует электромагнитное поле разряда облако-земля, то сигнал с вьпсода схемы ИЛИ 14 поступает на вход схемы 19 совпадения в момент нахождения на втором ее входе разрешающего строб-импульса и тем самым проходит через схему 19 на вход одновибратора 17. Если же произошел межоблачный разряд, то выходной сигнал схемы ИЛИ 14 поступает на вход схемы 19 совпадения после окончания строб-импульса и поэтому схема 19 не пропускает его.

Селекция грозовых разрядов по дальности осуществляется следующим образом.

Преобразующий фильтр 4 производит преобразование входного сигнала электромагнитной антенны 3, т.е. трансформирует сигнал во временной области на величину.расхождения Е и составляющих поля, соответствующей дальности настройки грозорегистратора . Блок 7 вьщеления нулевого перехода формирует импульс, соответствующий первому нулевому переходу выходного сигнала преобразующего фильтра 4, который поступает на первый вход схемы 20 совпадения. Для оценки дальности используются первые нулевые переходы сигналов антенн, поскольку на них еще не сказывается влияние сигнала, отраженного от ионосферы. Аналогично выделяются первые нулевые переходы сигналов магнитных антенн 1 и 2 блоками 5, 6 вьщеления нулевых переходов, выходные импульсы которых через схему ИЛИ 13 запускают одновибратор 16. После срабатывания одновибратор 16 устанавливает на втором входе схемы 20 совпадения раз решающий импульс стандартной амплитуды и длительности. Длительность импульса равна 100 мкс. и определяется максимальной вероятностью расхождения нулевых переходов сигналов маг нитных антенн 1 и 2 и преобразующего фильтра Д. Длительность импульса селекции разряда на землю, поступающего с одновибратора 17 на третий вход схемы 20 совпадения, равна практически возможной максимальной длительности первой полуволны атмосфериков нормал ного типа 250 МКС плюс длительность временного интервала максимальной вероятности расхождения нулевых переходов сигналов магнитных антенн и преобразующего фильтра 100 мкс. В случае прихода сигнала от разряда облако-земля, находящегося на расстоянии R« Rjrt) (фиг.2а), одновибратор 17 вырабатывает импульс-раз решение, а блок выделения нулевых пе реходов 7 формирует импульс первого нулевого перехода из выходного сигна ла преобразующего фильтра 4, который проходит через схему 20 совпадения на одновибратор 18, вызывая его срабатывание. Регистрирующее устройство 21 производит регистрацию сигнала одновибратора 18. В случае прихода сигнала от разряда облако-земля, находящегося на расстоянииН Кэ;| (фиг.2б), импульс первого нулевого перехода выходного сигнала преобразующего фильтра 4 появляется раньше импульса нулевого перехода сигналов магнитных антенн 2, .1 и импульса одновибратора 16. Следовательно, схема 20 совпадения не пропускает импульс блока 7 на одновибратор 18 и Гем самым не производится регистрация грозового разряда. Если на вход устройства регистрации поступает сигнал от межоблачного разряда или промьш1ленная помеха, то одновибратор 17 не срабатывает и регистрация также не выполняется. Таким образом, используя особенность грозового разряда на землю, который имеет вертикальный характер и фронт нарастания сигнала такого разряда на удалении до 100 км составляет 8 мкс, можно построить грозорезистратор с более высокими точностными характеристиками селекции разрядов по дальности по сравнению с прототипом. Предлагаемое устройство позволяет повысить точность регистрации грозовых разрядов в пределах эффективного радиуса действия благодаря вьщелению грозовьрс разрядов вертикального характера.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МОЛНИЙ, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, преобразующий фильтр, первый блок вьщеления нулевого перехода и первую схему совпадения, а также первую и вторую ортогонально направленные магнитные антенны,выход каждой из которых соединен соответственно через второй и третий блоки вьщеления нулевых переходов с первым и вторым входами первой схемы ИЛИ, выход которой соединен через первый одновибратор с вторым входом первой схемы совпадения, выход которой через вто- рой одновибратор соединен с регистрирующим устройством, отличающееся тем, ч-то, с целью повышения точности селекции молний по дальности до источника, оно снабжено пороговым устройством, первым и вторым дифференциаторами, четвертым и пятым блоками вьщеления нулевых переходов, формирователем строб-импульса, второй схемой ИЛИ, второй схемой совпадения и третьим одновибратором, причем входы порогового устройства и первого и второго дифференциаторов соединены соответственно с выходами первой и второй магнитной антенны, выходы первого и второго дифференциаторов через четвертый и пятый блоки вьщеления нулевых переходов i соответственно соединены с входами (Л второй схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым входом второй схемы совпадения, второй вход которой через формирователь строб-импульса соединен с выходом -порогового устройства, а выход второй схемы совпадения через третий одновибратор соединен с третьим входом первой схемы совпадения. эо