Устройство для регистрации грозовых разрядов Советский патент 1977 года по МПК G01W1/16 

1

Изобретение относится к метеорологическим приборам, в частности к устройствам для регистрации грозовых разрядов.

Известны устройства для регистрации грозовых разрядов, реагирующие на резкое изменение электромагнитного поля, вызванное грозовым разрядом. Такие устройства состоят из аптениы, детектора, фильтра, усилителя, порогового устройства, одновибратора, усилителя, регистрирующего устройства и устройства контроля (1, 2).

Частотная характеристика (1,6-40 кГц) этого счетчика молний такова, что он наряду с разрядами облако - земля регистрирует также часть междуоблачных разрядов и реагирует на электромагнитное излучение, вызванное не грозовыми разрядами (промышленные по.мехи и т. д.).

Известен также счетчик молний, который состоит из последовательно соединенных антенвы, фильтра, порогового устройства, одновибратора, усилителя и регистрирующего устройства (3). Для проверки работоспособности прибора имеется устройство контроля. Частотная характеристика (0,1-2,5 кГц) этого счетчика такова, что он преимущественно реагирует па электростатическую составляющую электромагнитного поля разряда молнии, которая уменьщается обратно пропорционально

кубу расстояния. Хотя этот счетчик предпазначен для регистрации грозовых разрядов облако - земля, однако он регистрирует также часть междуоблачных разрядов и реагирует на электромагнитное излучение, вызванное не грозовыми разрядами.

Для улучшения селекции наземных разрядов и повышения помехоустойчивостп предлагаемого устройства в нем параллельно цепи, содержащей последовательно соединенные фильтр и пороговое устройство, подсоедппе1п 1 еще две аналогичные цепи, каждая из которых содержит фильтр со своей частотной характеристикой, выбранной из спектра частот, характерных для наземных разрядов, и порого вое устройство. На входе трех этих параллельных цепей введено согласующее устройство, а на выходе - схема совпадения. Сигнал о наличии грозового разряда облако - земля на выходе предлагаемого устройства появится только в том случае, если одновременно из всех трех каналов па схему совпадения поступят сигналы, превышаюигие их пороговые уровни.

На чертеже представлена структурная схема описываемого устройства, содержащего антенну 1, устройство контроля 2, согласующее устройство 3 и три параллельных канала 4, 5, 6, каледый из которых соответственно состоит из фильтра, детектора, усилителя и порогового устройства. В канал 4 входят фильтр 7, детектор 8, усилитель 9, пороговое устройство 10. Канал 5 состоит из фильтра И, детектора 12, усилителя 13, порогового устройства 14. Канал 6 содержит фильтр 15, детектор 16, усилитель 17, пороговое устройство 18. Кроме указанных каскадов прибор содержит схему совпадения 19, расширитель импульсов 20, усилитель 21 и регистрирующее устройство 22. При разрядах молнии облако - земля в окружающем пространстве появляется переменное электромагнитное поле в очень широком диапазоне частот. Эти электромагнитные колебания воспринимаются антенной 1 и поступают на согласующее устройство 3, которое предназначено для согласования высокого выходного сопротивления антенны 1 с входными сопротивлениями каналов 4, 5, 6. Каждый из трех параллельных каналов 4, 5, 6 работает в нужном диапазоне частот. Канал 4 с помощью фильтра 7 чувствителен к электромагнитным колебаниям очень низкой частоты от 200 до 2000 Гц, которые поступают на вход фильтра 7 из согласующего устройства 3. Далее указанные сигналы детектируются так, что сигнал на выходе канала 4 появляется как при положительных, так и при отрицательных импульсах, поступающих на его вход. С выхода детектора 8 сигналы поступают на усилитель 9, и если их амплитуда превосходит заданный уровень, то на входе порогового устройства 10 появляется сигнал, который воздействует па первый вход схемы совпадения 19. Канал 5 по своей структуре аналогичен каналу 4, но его фильтр 11 пропускает более высокие частоты от 5 до 10 кГц. С выхода канала 5 сигнал поступает на второй вход схемы совпадения 19. Фильтр 15 канала 6 имеет резонансную частоту на 465 кГц, которая используется в качестве промежуточной частоты в радиовещательных приемниках. В остальном построение канала 6 аналогично построению каналов 4, 5. С выхода канала 6 сигнал поступает на третий вход схемы совпадения 19; В том случае, если происходит грозовой разряд из облака на землю на выходах каналов 4, 5, 6 одновременно появляются импульсы, что приводит к появлению сигнала на выходе схемы совпадения 19, который noctynacT на схему расщирения импульсов 20. Схема расширения импульсов 20 предназначена для выработки импульса длительностью 1 с, что исключает регистрацию многокомпонентного разряда молнии в виде нескольких импульсов. С выхода расширителя 20 сигнал поступает на усилитель 21, и, усиливаясь до необходимого уровня, подается на вход регистрирующего устройства 22. Так как спектральная плотность электромагнитного поля, вызванного междуоблачными грозовыми разрядами и помехами не грозового происхождения, имеет свои особенности по сравнению со спектральной плотностью грозовых разрядов облако - земля, то междуоблачные грозовые разряды и помехи не грозового происхождения не могут одновременно привести к появлению сигналов на вы.ходах каналов 4, 5, 6. Следовательно, схема совпадения 19 не сработает и указанные сигналы не будут зарегистрированы. Для проверки работоспособности прибора служит устройство контроля 2, которое при своем срабатывании подает на вход согласующего устройства 3 импульс, соответствующий по своей форме и частотному спектру тем импульсам, которые реально наводятся в антенне при грозовых разрядах облако - земля. Наличие трех параллельных каналов, каждый из которых содерл ит фильтр со своей частотной характеристикой, детектор, усилитель и пороговое устройство, и работа этих трех каналов на одну схему совпадения приводит к улучшению селекции разрядов на зем;по и повышению помехоустойчивости устройства за счет наиболее полного использования особенностей спектральной плотности грозовых разрядов облако - земля. Частотные характеристики и чувствительности каналов 4, 5, 6 подобраны таким образом, что при грозовых разрядах облако - земля в радиусе нескольких десятков километров на выходах каналов 5, 4, 6 одновременно ноявляются сигналы. Это приводит к срабатыванию схемы совпадения 19 и регистрации указанных разрядов. При междуоблачных грозовых разрядах возможно появление сигналов на выходе канала 4 (0,2-2 кГц) и на выходе канала 6 (465 кГц), такие разряды регистрироваться пе будут. От промышленных помех возможно появление сигналов на выходе канала 4 и канала 5 (5-10 кГц), так как, как правило, максимум спектральной плотности подобных помех лежит на низких частотах. Такие сигналы в предлагаемом устройстве также регистрироваться не будут. Формула изобретения Устройство для регистрации грозовых разрядов, содержащее последовательно соединенные антенну, фильтр, пороговое устройство, расширитель импульсов и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и улучшения селекции наземных разрядов, оно снабжено подключенными параллельно цепи фильтр-пороговое устройство двумя аналогичными цепями, кажДая из которых содержит фильтр и пороговое устройство, а также согласующим устройством и схемой совпадения, включенными первое на входе, а второе - на выходе трех параллельных цепей, полосы пропускания которых выбраны различными, но лежащими в спектре частот, характерных для наземных разрядов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Авт. свид. № 138078, М. Кл. G 01W 1/00, 1960.

2. W. W. Seemuller and F. H. Segel. Amodern lightning discharge counter Journal of Applied Meteorology, 1968, 7, № 4, c. 679-683.

3. S. A. Prentice. Compteur de coups de fourde CIGRE «Electra, 1972, № 22, c. 149-171 (прототип).