Устройство для регистрации молний

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 119) 01) НИЕ ИЭОБРЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1.Авторское свидетельство СССР Н 546834, кл. С 01 Ч 1/ 16, 19. 11.75,2.Авторское свидетельство СССР Ф 777612, кл. С 01 У 1/16, 22.02.79, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МОЛНИЙ, содержащее последовательно соединенные электрическую антенну, преобразующий фильтр, первый блок вьделения 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 вьделения 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, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности селекции молний по дальности до источника, оно снабжено пороговым устройством, первым и вторым дифференциаторами, четвертым и пятым блоками вьделения 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 вьделения нулевых переходов д соответственно соединены с входами Е 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,1 1084Изобретение относится к метеорологическим приборам и может быть использовано для регистрации молниевых разрядов на землю.Известны устройства для регистрации молний, содержащие последовательно соединенные антенну, фильтр, пороговое устройство, расширитель им- пульсов, подключенные параллельно цепи Фильтр-пороговое устройство 1 О две аналогичные цепи, каждая из которых содержит фильтр и пороговое устройство, а также согласующее уст" ройство и схему совпадения, включенные первое на входе, а второе на выходе трех параллельных цепей с различными полюсами пропускания, лежащими в спектре частот характерных для наземных разрядов 11 .Данные устройства регистрируют наряду 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, содержащееЗО последовательно соединенные электрическую антенну, преобразующий фильтр, первый блок выделения 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 выделения нулевых переходов с первым и вторым входами первой схемы ИЛИ, выход которой соединен черезпервый одновибратор с вторым входом первой схемы совпадения, выход которой через второй одновибратор соединен с регистрирующим устройством 21 .Использование известного устрой-ства для регистрации всех типов разрядов вносит существенные поляризационные ошибки в измерение дальности.Цель изобретения - повышение точ Оности селекции молний по дальностидо источника.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для регистрации молний, содержащее последовательно 55 соединенные электрическую антенну, преобразующий фильтр, первый блок выделения нулевого перехода и пер 710 2вую схему совпадения, а также первуюи вторую ортогонально направленныемагнитные антенны, выход каждой изкоторых соединен соответственно через второй и третий блоки вьщелениянулевых переходов с первым и вторымвходами первой схемы ИЛИ, выход которой соединен через первый одновибратор с вторым входом первой схемысовпадения, выход которой через второй одновибратор соединен с регист-,рирующим устройством, снабжено пороговым устройством, первым и вторымдифференциаторами, четвертым и пятымблоками вьщеления нулевых переходоврформирователем строб-импульса,второй схемой ИЛИ, второй схемой совпадения и третьим одновибратором,причем входы порогового устройства ипервого и второго дифференциаторовсоединены соответственно с выходамипервой и .второй магнитной антенн, выходы первого и второго дифференциаторбв через четвертый и пятый блокивыделения нулевых переходов соответственно соединены с входами второйсхемы ИЛИ, выход которой соединен спервым входом второй схемы совпадения,второй вход которой через формирователь строб-импульса соединен с выхо-,дом порогового устройства, а выходвторой схемы совпадения через третийодновибратор соединен с третьим входом первой схемы совпадения,На фиг.1 представлена структурнаясхема предлагаемого устройства, наФиг.2 - диаграммы, поясняющие работуустройства.Устройство содержит магнитные 1,2и электрическую 3 антенны, преобразующий фильтр 4, блоки 5 - 9 выделения нулевых переходов, пороговоеустройство 10, дифференциаторы 11 и12, схемы ИЛИ 13 и 14, формировательстроб-импульса 15, одновибраторы 16 -18, схемы 19 и 20 совпадения, регистрирующее устройство 21. При этомэлектрическая антенна 1 через преобразующий фильтр 4, блок 7 вьщелениянулевых переходов соединена с первымвходом схемы 20 совпадения, первая 1и вторая 2 магнитные антенны соответственно через второй и третий блокивыделения нулевых переходов 5 и 6соединены с первым и вторым входамипервой схемы ИЛИ 13, выходом связанной через одновибратор 16 с вторымвходом схемы 20 совпадения, первая 1 и вторая 2 магнитные антенны соеди108 3нены с пороговым устройством 10 и соответственно через дифференциаторы11, 12 и блоки 8, 9 вьщеления 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, 10 выход которой соединен через второй одновибратор 17 с третьим входом пер- вой схемы 20 совпадения, выход схемы 20 связан через третий одновибратор 18 с регистрирующим устройством 21, 15Резистор определяет коэффициент ,усиления, а элементы г , С находят из следующих соотношений:Г1=.,;1 =-, =-где с - скорость света в пустоте;Р - дальность настройки фильтра.Пороговое устройство 10 включает два компаратора, выход каждого компаратора подключен к одной из магнитных 5 антенн, а выходы через схему ИЛИ соединены с формирователем строб-импульса 15. При превышении хотя бы одного из сигналов магнитных антенн заданного порогового уровня компаратора они 30 срабатывают и выходной сигнал, пройдя через схему ИЛИ, вызывает срабатывание формирователя строб-импульса 15. формирователь строб-импульса, так жекак и одновибраторы 16 - 18 представ=35 ляет собой ждущий мультивибратор.Дифференциатор выполнен на основе классической дифференцирующей цепи, для улучшения точностных характеристик в качестве согласующей цепи может быть 40 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 50резкого изменения электромагнитногополя принимается антеннами магнитными1, 2 и электрической 3. Применение двух ортогонально направленных магнитных антенн, каждая из которых 55имеет восьмерочную диаграмму направленности, обеспечивает прием магнитной составляющей со всех направлений 4710 4действия электромагнитного поля грозового разряда. Сигналы магнитныхантенн 1 и 2 поступают на пороговоеустройство 10, При превышении хотябы одним из этих сигналов пороговогоуровня срабатывает пороговое устройство 10 и запускает формировательстроб-импульса 15. формирователь вырабатывает импульс длительностью 58 мкс, который поступает на первыйвход схемы совпадения 19.Сигналы магнитных антенн поступают также на дифференциаторы 11 и12. Блоки 8 и 9 выделения нулевыхпереходов вьщеляют первые нулевыепереходЬ 1 первой производной сигналовмагнитных антенн, т.е. моменты достижения этими сигналами своего максимума. Сигналы первых нулевых переходов, пройдя через схему ИЛИ 14,поступают на второй вход схемы19 совпадения, которая своим выход- ным сигналом заставляет срабатыватьодновибратор 17, дающий разрешениена регистрацию разряда,Таким образом, если на антенноеустройство воздействует электромагнитное поле разряда "облако-земля",то сигнал с выхода схемы ИЛИ 14 поступает на вход схемы 19 совпаденияв момент нахождения на втором ее входе разрешающего строб-импульса и тем ссамым проходит через схему 19 навход одновибратора 17, Если же произошел межоблачный разряд, то выходной сигнал схемы ИЛИ 14 поступает навход схемы 19 совпадения после окончания строб-импульса и поэтому схема19 не пропускает его.Селекция грозовых разрядов подальности осуществляется следующимобразом.Преобразующий фильтр 4 производитпреобразование входного сигнала электромагнитной антенны 3, т.е.трансформирует сигнал во временной области на величину. расхождения Е и Н, составляющих поля, соответствующей дальности настройки грозорегистратора кзр. Блок 7 выделения 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 вьщеляются первые нулевые переходы сигналов магнитных антенн 1 и 2 блоками 5, 6 вьщеления 5 нулевых переходов, выходные импульсы которых через схему ИЛИ 13 запускают одновибратор 16. После срабатывания одновибратор 16 устанавливает на втором входе схемы 20 совпадения раэ 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 ипреобразующего фильтра 4,Длительность импульса селекции разряда на землю, поступающего с одновибратора 17 на третий вход схемы 20 20 совпадения, равна практически возможной максимальной длительности первой полуволны атмосфериков нормального типа 250 мкс плюс длительность временного интервала максимальной 25 вероятности расхождения нулевых переходов сигналов магнитных антенн и преобразующего фильтра 100 мкс.В случае прихода сигнала от разряда "облако-земля", находящегося Ю на расстоянии 8 9 ур (фиг.2 а), одно- вибратор 17 вырабатывает импульс-разрешение, а блок выделения нулевых переходов 7 формирует импульс первого нулевого перехода из выходного сигна-35 ла преобразующего фильтра 4, который проходит через схему 20 совпадения на одновибратор 18, вызывая его срабатывание. Регистрирующее устройство21 производит регистрацию сигналаодновибратора 18,В случае прихода сигнала от раэряда облако-земля-", находящегосяна расстояниий)Р (фиг.2 б), импульс первого нулевого перехода выходного сигнала преобразующего фильтра 4 появляется раньше импульса нулевогоперехода сигналов магнитных антенн2, 1 и импульса одновибратора 16Следовательно, схема 20 совпаденияне пропускает импульс блока 7 наодновибратор 18 и тем самым не производится регистрация грозового разряда.Если на вход устройства регистрации поступает сигнал от межоблачного разряда или промьппленная помеха,то одновибратор 17 не срабатывает ирегистрация также не выполняется. Таким образом, используя особенность грозового разряда на землю,который имеет вертикальный характери фронт нарастания сигнала такогоразряда на удалении до 100 км составляет й 8 мкс, можно построить грозореэистратор с более высокими точностными характеристиками селекцииразрядов по дальности по сравнениюс прототипом,Предлагаемое устройство позволяетповысить точность регистрации грозовых разрядов. в пределах эффективного радиуса действия благодарявыделению грозовых разрядов вертикального характера.1084710 и,нв Составитель В. Агаповаедактор И, Ковальчук Техред А.Бабинец КорректорВ. Синицка каз 1991/40 н нного ко ений и о аушска ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ФуЩ риф У Ц Уу Ъ Тираж 71ВНИЦПИ Государстпо делам изобр13035, Москва, ЖПодп митета ССС крытий наб., д.