Устройство для регистрации грозовых разрядов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ, содержащее электрическую антенну, первую схему выделения нулевых переходов, схему совпадения , одновибратор, счетчик и вторую схему вьщеленйя нулевых переходов. G . IS I S MEsfjJv i выход которой соединен с первым входом схемы совпадения, выходом подключенной к входу счетчика, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно снабжено фильтром верхних частот, пороговым устройством и двумя селективными усилителями , причем выход электрической антенны соединен 4ерез последовательно соединенные первый селективный усилитель , первую схему выделения нулевых переходов и одновибратор со вторым входом схемы совпадения, а через последовательно соединенные фильтр верхних частот, пороговое устройство, второй селективный усилитель подклюУ чен к входу второй схемы вьщеленйя нулевых переходов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) 01 Ч 1 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3647122/24-10 .(22) 27.09 ° 83 (46) 15.02.85. Бюл. Ф 6 (72) Г.Ф.Павлюченков и Б.К.Иньков (71) Ордена Трудового Красного Знамени главная геофизическая обсерватория ии.А.И.Воейкова (53) 621.317.39:531.7(088.8)

-. (56) 1. Авторское свидетельство СССР . Ф 777612, кл. G 01 W 1/16, 1980 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ГРОЗОВЫХ РАЗРЯДОВ, содержащее электрическую антенну, первую схему выделения нулевых переходов, схему совпадения, одновибратор, счетчик и вторую схему выделения нулевых переходов, „„SU„„1140083 А выход которой соединен с первым входом схемы совпадения, выходом подключенной к входу счетчика, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно снабжено фильтром верхних частот, пороговым устройством и двумя селективными усилителями, причем выход электрической антенны соединен 4ерез последовательно соединенные первый селективный усилитель, первую схему выделения нулевых переходов и одновибратор со вторым входом схемы совпадения, а через последовательно соединенные фильтр верхних частот, пороговое устройство, второй селективный усилитель подклю- ч» чен к входу второй схемы выделения нулевых переходов.

1140083

Изобретение относится к метеорологическому приборостроению, в частности к приборам для наблюдений за грозами, и может быть использовано в подразделениях гидрометеослужбы.

Известно устройство для регистрации молний, воспринимающее изменения электромагяйтного поля, обусловленные грозовыми разрядами. Это устройство состоит из одной электрической 10 и двух магнитных антенн, преобразующего фильтра, трех блоков выделения нулевых переходов, схемы ИЛИ, двух одновибраторов схемы совпадения и регистратора 11.

Однако устройство характеризуется способностью регистрировать только те атмосферики, источники которых расположены в ближней зоне, ограниченной некоторым предельным расстоя- щ нием. Данное устройство имеет две магнитные антенны, что вызывает необходимость коммутации сигналов, поступающих с блоков вьделения нулевых переходов, связанных с магнитными 25 антеннами с помощью схемы ИЛИ. Выходной сигнал этих блоков выделения . нулевых переходов для обеспечения работы схемы ИЛИ должен иметь достаточный уровень, однако эффективность магнитных антенн очень низка; высота магнитных антенн составляет доли миллиметра, что предъявляет высокие требования к усилитепям каналов магнитных антенн.

Цель изобретения — упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регистрации грозовых разрядов, содержащее электричес- 4о кую антенну, первую схему вьделения нулевых переходов, схему совпадения, одновибратор, счетчик и вторую схему выделения нулевых переходов, выход

\ которой соединен с первым входом схе-45 мы совпадения, выходом подключенной к входу счетчика, снабжено фильтром верхних частот, пороговым устройством и двумя селективными уснлителями,причем выход электрической антенны сое- 50 динен через последовательно соединенные первый селективный усилитель, первую схему выделения нулевых переходов и одновибратор со вторым входом схемы совпадения, а через последова- 55 тельно соединенные фильтр верхних частот, пороговое устройство, второй селективный усилитель подключен к входу второй схемы вьделения нулевых переходов.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Изобретение основано на использовании зависимости набега фазы спект-, ральной составляющей атмосферика от расстояния ° Величина этого набега фазы (связана с отношением Р/ h выражением

R ctgtg+4-ctgW

44 где R — расстояние до источника, — длина волны, соответствующая выбранной спектральной составляющей атмосферика.

При (R/ ) >1 фаза Cg стремится к нулю, поэтому атмосферик, прошедший через фильтр верхних частот с достаточно высокой частотой среза Г, =(С/Ф > ), обеспечивающей использование относительно малых 3 и относительно больших величин (R/Я), практически может применяться в качестве опорного сигнала (С вЂ” скорость света). В естественных условиях крайне важно избавиться от помех, создаваемых многочисленными далекими атмосфериками, приходящими с расстояний больше 100-200 км. Для этого сигнал, формируемый из атмосферика на выходе фильтра верхних частот, поступает в пороговое устройст- во. Из прямоугольного импульса, вырабатываемого пороговым устройством, выделяется опорная гармоника с частотой Й„=(С/ р подходящей для рабочей зоны, где нужно соблюдать условие (Р/h p ) а1, С опорной гармоникой сравнивается гармоника с точно такой же частотой f, но вьделяемая непосредственно из,самого атмосферика, Разность фаз этих двух гармоник дает величину (после поправки на постоянный аппаратурный сдвиг). По результатам непосредственных измерений < можно найти значение R пользуясь приведенной выше формулой. Осуществляя сортировку принятых атмосфериков в зависимости от выбранного граничного значения Cfо, можно выделить атмосферики, генерируемые источниками, расположенными на расстояниях, не превышающих некоторого значения R . Счетчик устройства зафиксирует число разрядов, показывающее сколько молний имело место в круге фиксированного радиуса R . С помо3 1140083 щью устройства имеется возможность н определить число (n ) молний, отме- л ченных грозорегистратором в круге С фиксированного радиуса R, а затем е определить отношение этого числа к 5 в полному числу - молний, принятых

llo в грозорегистратор)м. Величина найден. — . ного отношения связана с величиной р эффективного радиуса действия Кр гро. и зорегистратора. Величина Ry находит- 1ð и ся как корень трансцендентного урав- д нения м — -=(— )2 (1-ф(4-Яп R ) — Ф (Хпа2н»Ro а Э э

-2)+1, где ф(х). — известный табулированный интеграл вероятности с нормировкой P (оо)=1.

Практическое решение этого уравнения заменяется легко выполнимым расчетом таблицы значений функции (2п„ /И)иа

=f(R>), так как вид функции f указан выше. При наличии такой вспомогатель- 5 ной таблицы нахождение нужного значения аргумента R при наличии ве3 личины 2пб/М не представляет труда.

Эффективный радиус определяет величину с размерностью (км), необходимую для перевода показаний счетчиков молний с размерностью (число разрядов/год) в среднее количество разрядоз на единицу площади (число разрядов/год км ). .Среднее число разрядов на единицу площади является климато35 логической характеристикой грозовой . деятельности,рекомендовакнбй Всемирной метеорологической организацией.

Устройство содержит соединенные с электрической антенной 1 две парал- .лельные цепи, одна из которых включа ет в себя последовательно соединенные

: первый селективный усилитель 2, первую схему вьщеления нулевых переходов

"3 и одновибратор 4, а вторая-фильтр 45 верхних частот 5, пороговое устройство 6, второй селективный усилитель 7, вторую схему выделения нулевых пере.ходов 8, выходы которых соединены с входами схемы совпадения 9, соединен-5О ной со счетчиком 10.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал атмосферика, наведенный в электрической антенне 1, поступает 55 а вход первого селективного усилигея 2, настроенного на частоту 1,5 кГц. выхода усилителя 2 сигнал поступат на первую схему 3 выделения нулеых переходов. Короткие импульсы, озникающие на выходе схемы 3, расширяются до значения 1/8 периода абочей частоты одновибратором 4 и одаются на второй вход схемы 9 совадения. На первый вход схемы 9 совпаения поступают короткие (несколько кс) импульсы с выхода второй схемы

8 выделения нулевых переходов, на вход которой поступает выходной сигнал второго селективного усилителя

7, аналогичного усилителю 3. Вход усилителя 7 связан с электрической антенной через фильтр 5 верхних частот, служащий для подавления спектральных составляющих атмосферика ниже 30 кгц, а также пороговое устройство 6, обеспечивающее прием только тех атмосфериков, источники которых расположены на удалении не более 100200 км. На выходе схемы 9 совпадения сигнал может появиться только в том случае, когда разность фаз выходных сигналов усилителей 2 и 7 не превосо ходит значения go =45, что и является условием отбора атмосфериков с удаленностью источников не более расстояния Ео, причем для выбранной частоты Ко=20 км. Таким образом, счетчик

10 устройства зафиксирует число разрядов по, показывающее сколько молний имело место в круге фиксированного радиуса R0.

Использование устройства совместно с простейшими счетчиками молний (грозорегистраторами)р основанными на амллитудном методе ограничения дальности приема, позволяет решить задачу по определению значения эффективного радиуса действия этих приборов, что является большой трудностью, препятствующей как интерпретации данных, получаемых с помощью простейших грозорегистраторов — получению данных о числе разрядов на единицу площади, так и сопоставимости результатов, получаемых различными типами счетчиков молний. Это обстоятельство является определяющим в оценке технико-экономической эффективности.

ВНИНПИ Заказ 259/36 Тираж 748 Подписное

Филиал ШШ Патент, г.Уиторол, ул.Проектная, 4