Счетчик молний Советский патент 1983 года по МПК G01W1/16 

(54) СЧЕТЧИК МОЛНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике в метеорологии и может быть и пользовано на метеостанциях для определения числа наземных грозовых разрядов в пределах его радиуса.действия.

Известно устройство для регистрации грозовых разрядов, достигающих земной поверхности, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, фильтр, пороговое устгройство, расширитель импульсов и регистратор, а также три параллельные цепи, каждая из которых содержит фильтр и пороговое устройство. На входе трех параллельных цепей, полосы пропускания кс торых различны, включено согласующее устройство, а на выходе - схема совпадения. К выходу фильтра, пропускающего низкие частоты, присоединен дифференцирующий блок, а к выходу фильтра, пропускающего средние частоты, интегрирующий блок. Выходы дифференцирующего и интегрирующего блоков соединены с входами амплитудного различителя, выход которого через формирующее устройство связан с одним из входов схемл совпадения El.

Данное устройство облгодает тем недостатком, что радиус его действия зависит от спектральной плотности сигналов, генерируемых Амолнией, т.е. от характеристик источника, и поэтому может изменяться в зависимости от формы импульса электромагнитного поля генерируемого каждой-конкретной мСшнией.

10

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является счетчик молмий, содержащий электрический канал, выполненный в виде последовательно соединенных электри15ческой антенны, фильтра электрического канала, первого пикового детектора и регистрирующего устройства, магнитный канал, выполненный в виде 2Q последовательно соединенных первой антенны петлевого типа,первого фильтра магнитного канал Г7 сумматора, блока извлечения квадратного корня и второго пикового детектора, последовательно соединенные вторую антен25ну петлевого типа и второй фильтр магнитного канала, а также первый одновибратор 2.

Однако подсчет числа молний в пределах определенного радиуса с помощью

30 названного устройства является достаточно трудоемким процессом, так KciK требуется зафиксировать дальност до каждого разряда и произвести выбо ку в пределах заданного радиуса, а также обладает погрешностью в определении расстояния до грозового раз тряда,обусловленной неравномерностью диаграммы направленности двух взаимно перпендикулярных антенн петлевого типа и вследствие этого зависимостью величины сигнала на выходе устройства от направления прихода электромаг нитного сигнала молнии. Цель изобретения - регистрация газовых разрядов в пределах заданного радиуса, не зависящего от направления на разряд. Для достижения указанной цели счетчик молний, содержащий электрический канал, выполненный в виде последовательно соединенных электрической антенны, фильтра электрического канала, первого пикового детектора и регистрирующего устройства, магнитный канал, выполненный в виде последовательно соединенных первой антенны петлевого типа, первого филы ра магнитного канала, сумматора, блока извлечения квадратного корня и второго пикового детектора, последовательно соединенные вторую ан- . теину петлевого типа и второй магнитного канала, а также первый одновибратор, снабжен двумя блоками возведения в квадрат, каждый из входов которых подключен к выходам соответственно первого и второго фильт ров магнитного канала, а выходы - к входам сумматора,компаратором, подключеннь1М к выходам каждого из пиковых детекторов через введенные схе мы совпадения, при этом выход компаратора подключен к входу регистрирующего устройства, а также снабжено вторым одновибратором, вход которого подключен к выходу первого одновибратора, а выход - к вторым входам каждой из схем совпадения и к управляющим входам каждого из пиковых дцетекторов, при этом вход первого одновибратора подключен к выход фильтра электрического канала, На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство содержит электрический канал, включающий в себя последовательно соединенные электрическую антенну 1, фильтр 2 электрического канала, первый пиковый детектор 3, первую схему совпадения 4, компаратор 5 и регистрирующее устройство б магнитный канал, включающий в себя последовательно соединенные первую антенну 7 петлевого типа, первый . фильтр 8 магнитного канала, первый блок 9 возведения в квадрат, сумматор 10,.блок 11 извлечения квадратного корня, .второй пиковый детектор 12 и вторую схемусовпадення 13, выход которой подключен к одному из входов компаратора 5, последовательно соединенные вторую гштенну 14 петлевого типа, второй фильтр 15 магнитного -канала и второй блок 16 возведения в квадрат, выходом подключенный к одному из входов сумматора 10, а также последовательно соединенные первый 17 и второй 18 одно.вибраторы, причем вход первого одновибратора 17 соединен с выходом фильтра 2 электрического канала, а выход второго Одновибратора 18 - с вторыми входами каждой из схем совпадения 4 и 13 и с управляющими входгиии каждого. из пиковых детекторов 3 и 12. Устройство работает следующим образом. При газовом разряде в окружающем пространстве возникает электромагнитное поле, электрическая составляющая его принимается электрической антенной 1, имеющей равномерную диаграмму направленности, так что величина наводимого в антенне напряжения не зависит от направления прихода электромагнитного сигнала молнии. Этот сигнал проходит через фильтр 2 электрического канала, настроенный на определенную частоту, например 1 кГц, первый пиковый детектор 3, выделяющий максимальную амплитуду отфильтрованного сигнала, и поступает на один из входов схемы совпадения 4. Одновременно с появлением сигнала на выходе фильтра 2 запускается первый одновибратор 17, выполняющий роль порогового элемента и расширителя импульсов, который вырабатывает прямоугольный импульс длительностью порядка 1 с. Задним фронтом этого импульса запускается второй одновибратор 18, вырабатывающий прямоугольный импульс длительностью порядка десятков микросекунд, который воздействует на второй вход схемы совпадения 4, В течение времени действия этого импульса информация с выхода пикового детектора 3 поступает на один из входов компаратора 5. Задним фронтом импульса второй одновибратор 18 разряжает пиковый детектор 3, тбМ самым подготавливая электрический канал к приему нового сигнала. Магнитная составляющая поля грозового разряда принимается двумя взаимно перпендикулярными антеннами 7 и 14 петлевого типа суммарная диаграмма направленности которых не являе тся равномер- ной, так что величина наводимого в каждой из антенн напряжения зависит от направления приходг1 электромагнитного сигнала молнии и прямо пропорциональна cos ct для одной из антенн и sin о - ДЛ5Г другой, где а угол между направлениями на разряд и пло костью одной из антенн петлевого типа. .Далее сигналы проходят через фил ры 8 и 15, настроенные на ту же частоту, что и фильтр 2 электрического канала. На выходе каждого из фильтр 8 и 15 получают сигнал, пропорциональный величине магнитной составля щей поля грозового разряда: UH 120 h(jH cos oC- сигнал на выходе первого фильтра, Оuq 120 s i nd СИГНАЛ на выходе второго фильтра, (без учета коэффициентов передачи фильтров), где iiij - действующая высота каждой из. антенн петлевого типа, Н- магнитная составляющая поля грозового разряда. С выходов фильтров 8 и 15 сигналы подаются на входы решающего устройства, которое включает в себя первый 9 и второй 16 бло ки возведения в квадрат, сумматор 10и блок 11 извлечения квадратного корня. На выходе блока 11 извлечения квадратного корня появляется си нал, который можно представить в ви ® H - O UJ VtaOKV, qH г Ссо€Г Л «и о1). Поскольку co, Л i поЕ 1, то Un 1204trhqH. Таким образом, на выходе блока 11извлечения квадратного корня получают сигнал прямо пропорциональный величине магнитной составляющей поля грозового разряда и не зависящий от направления прихода электромагнитного сигнала молнии. Пиковый детектор 12 и схема совпадения 13 магнитного канала выполняют ту же роль и работают таким же образом, что и аналогичные блоки электрического кангша. Таким образом,- на входах компара тора 5 получают сигналы, пропорциональные величинам электрической и магнитной составляющих поля грозового разряда, причем до определенного расстояния, задаваемого параметрами фильтров, величина электрической сос тавляющей всегда превышает величину магнитной составляющей. Компаратор5 работает таким образом, что если величина магнитной составляющей мень шё величины электрической составляющей , то с выхода компаратора 5 на. вход регистрирующего блока 6 поступает сигнал, приводящий к срабатыванию последнего. В противном случае на выходе компаратора 5 не будет никакого сигнала и данная молния не будет зарегистрирована ярегистрирующем блоке б, так как. она произоьша за пределами заданного расстояния. Таким образом, в регистрирующем устройстве сразу имеется информация о числе грозовых разрядов в пределах заданного радиуса действия устройства. Таким образом, предложенное устройство позволяет ускорить процесс получения информации о числе грозо вых разрядов в пределах заданного радиуса и повысить достоверность этой игформации за счет исключения зависимости величины этого радиуса от направления на разряд. Формула изобретения Счетчик молний, содержащий электрический канал, .выполненный в виде последовательно соединенных электрической антенны, фильтра электрического канала, первого пикового детек тора и регистрирующего устройства, магнитный канал, выполненный в виде последовательно соединенных первой антенны петлевого типа, первого фильтра магнитного канала, сумматора, блока извлечения квадратного корня и второго пикового детектора, последовательно соединенные вторую антенну петлевого типа и второй фильтр магнитного канала, а также первый одновибратор, отличаю щийс я тем, что, с целью регистрации грозовых разрядов в пределах заданного радиуса, не зависящего от направления на разряд, он снабжен двумя блоками возведения в квадрат, ; каждый из входов которых подключен к выходам соответственно первого и второго фильтров-магнитного канала, а выходы - к входам сумматора, компаратором, подключенным к выходам каждого из пиковых детекторов через введенные схемы совпадения, при этом выход компаратора подключен к входу,регистрирующего устройства, а также снабжено вторым одновибратором, вход которого подклю чен к выходу первого одновибратора, а выход - к вторым входам каждой, из схем совпадения и к управля1Шцим входам каждого из пиковых детекторов при этом вход первого одновибратора подключен к выходу фильтра электрического канала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 679906, кл. 1G 01 W 1/16, 15.08.79. 2.Патент США 3715660, кл. 324-72, 06.02.73 (прототип).