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Analog-/Mixed-Signal-ICs
Bild 1: Gewitter
und Blitze sind
faszinierend
– aber sie sind
gefährlich für
Leib und Gut.
Bild: Siemens/BLIDS
Sense the storm
Blitzdetektoren schützen Menschenleben
Gewitter und Blitze sind faszinierend – aber sie sind gefährlich für Leib und Gut. Deshalb ist es sinnvoll, sie
rechtzeitig zu erkennen, um sich zu schützen und für Geräte und Anlagen entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.
Ein winziger Gewittersensor-IC bietet jetzt völlig neue Einsatzmöglichkeiten. Autor: Siegfried W. Best
Innerhalb von Wolken findet eine Verschiebung der elektrischen
Ladungen statt. Damit baut sich je nach Wetterlage ein
Spannungspotenzial auf. Ist dieses hoch genug, wird es ausgeglichen
und es blitzt. Dabei gibt es Blitze zwischen Wolken
und zur Erde. Ein Wolke-zu-Erde-Blitz entsteht ab einer Mindestspannung
von einigen 100 Millionen Volt bis 1 GV. Die Erd-Blitzströme
erreichen Werte bis zu einigen kA, die Blitzdauer liegt im
Mikrosekundenbereich. Wolke-zu-Wolke-Blitze entstehen bei
niedrigeren Spannungen, der Blitzstrom erreicht hier nur einige
100 A. Blitze senden neben akustischen Schallwellen, dem Donner,
auch elektromagnetische Signale in Form von Licht und Radiowellen
aus. Diese elektromagnetischen Wellen können mit entsprechenden
Sensoren, auf die im Folgenden eingegangen wird, detektiert
und für Gewitterwarnungen herangezogen werden. Die Anzahl
der Blitze, die in Deutschland niedergehen und die von Wolke
zu Wolke springen, lag 2010 bei exakt 1.349.049. Dabei war der
blitzreichste Monat der Juli mit 686.000 Blitzen (Bilder 1 und 2).
Die Zahlen stammen von BLIDS, dem kommerziellen Blitz-Informationsdienst
von Siemens.
Kommerzielle Blitz-Detektion
In Deutschland und der Schweiz gibt es das Blitzortungssystem
von Siemens, das BLIDS. Der Blitz-Informationsdienst von Sie-
mens nutzt über 145 verbundene Messstationen in Europa. Auf
Basis des 1999 gegründeten zentraleuropäischen, und weltweit
einzigartigen, Netzwerkverbundes Euclid, zu dem BLIDS gehört,
werden Gewitterblitze landesweit auf bis zu 200 m genau geortet.
Der Auswertebereich von Euclid gehtvon 5,5 bis 15,5° Ost (von der
Biscaya bis Warschau) und von 47 bis 55° Nord (von Sizilien bis
Nordnorwegen). Um Mensch und Maschine vor Gewittern zu
schützen, werden die registrierten Blitze sofort analysiert und umgehend
Warnhinweise an sogenannte „Gewitteralarm-Kunden“
gesendet, zum Beispiel: „Gewitter in 15 km Umkreis“.
Ein Gewitterdetektor misst die Amplitude von Hochfrequenzwellen
einer bestimmten Frequenz. Aufgrund einer schnellen
und intensiven Änderung des Messwertes kann durch entsprechende
Signalaufbereitung auf einen Blitz geschlossen werden. Ein
Blitz sendet ein breites Spektrum an Frequenzen aus. Gemessen
wird normalerweise unter 1 MHz, da dort die erzeugten Feldstärken
am größten sind. Beim Siemenssystem liegt die Messfrequenz
zwischen 200 bis 500 kHz bei Frequenzen, die nicht von Funkdiensten
belegt sind (Rundfunk, Flugfunk). Der Siemens-Dienst
ist kostenpflichtig, gratis dagegen die Website www.blitzortung.
org, ein von Amateuren betriebenes Blitzortungssystem. Für die
kommerzielle Erfassung und Auswertung von Blitzeinschlägen
steht neuerdings das Lightning-Monitoring-System LM-S von
34 elektronik industrie 03/2013
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