Устройство для регистрации молний Советский патент 1980 года по МПК G01W1/16 

1

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

Известны устройства для регистрации грозовых разрядов, воспринимающие изменение электромагнитного поля, обусловленного этими разрядами fl. Одним из основных методов фиксации изменений электромагнитного поля является метод амплитудной селекции.

Основной характеристикой таких устройств регистрации является эффективный радиус действия Кэф , который определяется но результатам наблюдения за длительный период времени.

Грозорегистраторы дают количественную оценку грозовой активности в виде числа импульсов, зарегистрированных в пределах эффективного радиуса действия.

Принцип действия этих устройств один и тот же: амплитудная селекция сигналов электрической антенны на определенной частоте. Устройства регистрации грозовых разрядов включают антенну, детектор, фильтр, усилитель, пороговое устройство, одновибратор и регистрирующее устройство.;

Недостатком рассматриваемых устройств для -регистрации молний является низкая точность селекции грозовых разрядов но дальности до источника излучения, обусловленная значительной погрешностью используемого метода амплитудной селекции сигналов ввиду вариаций свойств источника.

Наиболее близким к изобретению но существу решаемой задачи является устройство для регистрации молний, содерл ащее электрическую антенну, фильтр, усилитель,

10 одновибраторы, схему совпадения и регистрирующее устройство 2.

Устройство работает следующим образом. Сигналы молниевого разряда воспринимаются электрической антенной и нрохо15 дят через последовательно соединенные фильтр, усилитель, ностунают на первый одновибратор, являющийся одновременно пороговым устройством. При превышении входным сигналом заданного порогового

20 уровня срабатывает первый одновибратор и задним фронтом выходного импульса запускает второй одновибратор, который устанавливает разрешающий сигнал на первом входе схемы совпадения для прохождения второй компоненты молниевого разряда. Вторая компонента молниевого разряда проходит последовательно фильтр,, делитель, первый одновибратор, через второй вход схемы совпадения на третий од30 новибратор, запускает его, и он вырабатывает импульс для регйетраций регистриру ющим устройством. Однако это устройство также имеет низкую точность селекции грозовых разря дов. Целью изобретения является повышение точности селекции грозовых разрядов по дальности до источника. Это достигается тем, что устройство снабжено двумя ортогонально направленными магнитными антеннами, преобразующим фильтром, тремя блоками выделения нулевых переходов и схемой ИЛИ, причем выход электрической антенны соединен через последовательно связанные преобразующий фильтр и первый блок выделения нулевого перехода с первым входом схемы совпадения, а выход каждой из магнитных антенн соединен соответственно через второй и третий блоки выделения нулевых переходов с первым и вторым входом схемы ИЛИ, выход которой связан со входом первого одновибратора. Для устройства характерно применение фильтра, преобразующего электрическую EZ (t) составляющую в магнитную Н .; (t) составляющую поля. Сущность изобретения заключается в использовании различных зависимостей электрической и магнитной составляющих поля от расстояния. Грозовой разряд рассматривается как вертикальный электрический диполь. В терминах преобразования Лапласа выражения для вертикальной составляющей электрического поля Е и горизонтальной составляющей магнитного поля Н.; можно записать: (р2 + ар-|-сх2)Р{р)е Н,(р) -.- (рЧар)Р(р) е где Р-;(р) -дипольный момент источника; а r/R; с - скорость света, R - расстояние до источника. Если подать напряжение электрической антенны Е(р) на преобразующий фильтр с коэффициентом передачи. рг+рр Ко(р) p2+pp + то при на выходе получим сигналы U(p) (p)(p2+,pp) Н .р, совпадающие с точностью до постоянного множителя с магнитной составляющей поля. Таким образом, если производить сравнения нулевых переходов выходных сигналов преобразующего фильтра и магнитной антенны, то можно указать, с большего или меньщего расстояния относительно Ro прищел атмосферик. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема преобразующего фильтра электрической составляющей в магнитную составляющую поля с приведенным выше коэффициентом передачи; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит магнитные 1 и 2 п электрическую 3 антенны, преобразуюп;нй фильтр 4, блоки выделения нулевых переходов 5, 6 и 7, схему ИЛИ 8, одновибраторы 9 и 10, схему совпадения 11 и регистрирующее устройство 12. При этом электрическая антенна 3 через преобразующий фильтр 4 и первый блок выделения нулевого перехода 7 соединена с первым входом схемы совпадения 11, магнитные антецны 1 и 2 через соответствующий блок выделения нулевого перехода 6 и 5 соединены с первым и вторым входом схемы ИЛИ 8, выход которой подключен к одновибратору 9, выходом связанному с вторым входом схемы совпадения 11, выход которой через второй одновибратор 10 соединен с регистрирующим устройством 12. Устройство работает следующим образом. Сигнал грозового разряда в виде резкого изменения электромагнитного поля принимается антеннами (электрической 3 и магнитными 1, 2) и поступает соответственно на преобразующий фильтр 4 и блокн выделения нулевых нереходов 6 и 5. Преобразующий фильтр 4 производит преобразование входного сигнала, т. е. транспортирует сигнал во временной области на величину расхождения Е и Н составляющих поля, соответствующей дальности настройки устройства Кэф . Блок выделения нулевого перехода 7 формирует импульс, соответствующий первому нулевому переходу выходного сигнала преобразующего фильтра 4 и подает его на первый вход схемы совпадения 11. Для оценки дальности используются первые нулевые переходы сигналов антенн, поскольку на них не сказывается влияние сигнала, отраженного от ионосферы. Аналогично выделяются первые нулевые переходы сигналов магнитных антенн 1 и 2 блокамн выделения нулевых переходов 6 и 5, выходные импульсы которых через схему ИЛИ 8 запускают одновибратор 9. Применение двух ортогонально направенных магнитных антенн, каждая из которых имеет восьмерочную диаграмму наравленности, обеспечивает прием магнитой составляющей со всех направлений дейтвия электромагнитного поля грозового азряда. Одновибратор 9 срабатывает и усанавливает на втором входе схемы совпаДенйя 11 разрешающий импульс стандартной амплитуды и длительности. Длительность импульса равна 100 мкс и определяется максимальной вероятностью расхождения нулевых переходов сигналов магнитных антенн 1 и 2 и преобразующего фильтра 4.:

В случае прихода атмосферйка от источника грозового разряда, находящегося на расстоянии (см. фнг. 3, а), импульс нулевого перехода выходного сигнала преобразующего фильтра 4 приходит позже импульса нулевого перехода сигналов магнитных антенн 1 и 2 и, следовательно, проходит через схему совпадения 11 на второй одновнбратор 10. Одновибратор срабатывает, формируя импульс определенной амплитуды и длительности, который регистрирЗется регистрирующим устройством 9.

Если атмосферик принадлежит источнику излучения, удаленному на расстояние (см. фиг. 3, б), то имйульс первого нулевого перехода выходного сигнала преобразующего фильтра 4 появляется рапьще импульсанулевого перехода сигналов магнитных антенн 1 и 2 и импульса одновибратора 9. Следовательно, схема совпадения 11 не нронускает импульс блока 7 на Одновибратор 10 и тем самым не производится регистрация грозового разряда.

Таким образом, используя различную зависимость Е и Н. составляющих поля от расстояния в ближней зоне излучения (100-150 км) и применяя преобразующий фильтр электрической Е (t) составляющей в магнитную Н р (t) составляющую поля, можно построить устройство с

более высокой точностью селекции грозовых разрядов в ближней зоне по сравнению с прототипом.

Фо.р,мула изобретения

Устройство для регистрации молний, сЬдержащее электрическую антенну и последовательно соединенные нервый одновибратор, схему совпадения, второй одновибратор и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности селекции молний по дальности до источника, опо снабжено двумя ортогонально направленнымн магнитными антеннами, преобразующим фильтром, тремя блоками выделения нулевых переходов и схемой ИДИ, при этом выход электрической антенны соединен через последовательно связанные преобразующий фильтр и первый блок выделения нулевого перехода с первым входом схемы совпадения, а выход каждой из магнитных антенн соединен соответственно через второй н третий блокн выделения ну-Левых переходов с первым и вторым входом схемы ИДИ, выход которой связан со входом первого одновибратора.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Александров М. С. Флуктуации элетромагнитного ноля Земли в диапазоне СЫЧ. М.: Наука, 1972, с. 28.

2. Авторское свидетельство СССР 569995, кл. G 01 W 1/16, 1976 (прототип).

Р1/г. /

)i-

1

(t

tNKC