detekcja i lokalizacja wyÅadowaÅ atmosferycznych - Instytut ...

More documents

Recommendations

Info

PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZACJA WYŁADOWAŃ ATMOSFERYCZNYCH dokładność lokalizacji) oraz fakt, że system nie wykrywa lub wykrywa bardzo małe ilości wyładowań chmurowych. 5.2.3. Systemy pracujące w paśmie ELF, bazujące na rezonansie Schumann’a Zjawiska elektryczne w atmosferze zachodzą w globalnym, sferycznym „kondensatorze ziemskim” składającym się z dwóch przewodzących okładek, którymi są: powierzchnia Ziemi i silnie przewodząca górna warstwa atmosfery – jonosfera. Rolę izolatora w tym specyficznym kondensatorze spełnia powietrze. Tego typu układ: powierzchnia Ziemi – jonosfera tworzy rezonator elektromagnetyczny zasilany głównie przez wyładowania atmosferyczne. W takim sferycznym układzie rozchodzą się fale elektromagnetyczne generowane przez wyładowania atmosferyczne towarzyszące burzom. Silne wyładowania atmosferyczne generują fale elektromagnetyczne m.in. w paśmie ELF (ekstremalnie niskie częstotliwości, z ang. Extreme Low Frequencies), czyli paśmie poniżej 3 kHz, które są w stanie rozchodzić się na bardzo duże odległości po całym globie. Dzięki dużemu zasięgowi mogą ze sobą interferować i zgodnie z zasadami fizyki tworzyć fale stojące, nazywane rezonansem Schumann’a lub rezonansem wnęki, czyli rezonatora powierzchnia Ziemi – jonosfera. [3] Pierwszym, który porównał kulę ziemską do rezonatora elektromagnetycznego był niemiecki fizyk W. Schumann. W 1952 roku opublikował rozwiązania równań Maxwella i wzór na częstotliwości własne tego osobliwego rezonatora. Dzięki temu okazało się, że elektryczne szumy atmosferyczne powinny mieć silne maksima dla ściśle określonych częstotliwości rezonansowych. W 1960 roku pomiary uczonych z Lincoln Laboratory wykazały, że rzeczywiste częstotliwości własne są niższe od tych przewidzianych przez Schumann’a [149]. Na podstawie pomiarów zidentyfikowali oni pierwszych pięć częstotliwości rezonansowych. Obecnie wyznaczono ich 7 i wynoszą one około: 8; 14; 20; 26; 33; 39 i 45 Hz, przy czym wartości te mogą się zmieniać o 0,5 Hz [3]. Jak się okazało Schumann w obliczeniach nie brał pod uwagę dużej stratności ziemskiego rezonatora spowodowaną głównie nieciągłościami w jonosferze. Nieciągłości jonosfery powstają z różnych przyczyn jak np.: ze względu na różną jej wysokość w różnych obszarach, różnym poziomem warstwy odbijającej w ciągu dnia (ok. 50 km) oraz nocy (ok. 90 km) i inne. Nieciągłości atmosfery powodują także to, że częstotliwości rezonansu mogą się zmieniać o 0,5 Hz. Częstotliwością podstawową, o największej intensywności jest częstotliwość 7,8 Hz - 95 -
PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZACJA WYŁADOWAŃ ATMOSFERYCZNYCH natomiast pozostałe są częstotliwościami harmonicznymi. Podstawowe dane pomiarowe dla rezonansu Schumann’a zostały podane w tabeli 2. Tab. 2 Parametry pomiarowe rezonansu Schumann’a w polu elektrycznym i magnetycznym. [3] Parametr Pionowe pole elektryczne Poziome pole magnetyczne Częstotliwości rezonansowe f r [Hz] 7,8; 14; 20; 26; 33; 39; 45 7,8; 14; 20; 26; 33; 39; 45 Dzienna zmienność f r [Hz] ± 0,5 ± 0,5 Amplituda ~100 – 200 [µV -1 m -1 Hz -1/2 ] ~0,5 – 1 [pT Hz -1/2 ] Dzienna zmienność amplitudy ± 50 – 100 [µV -1 m -1 Hz -1/2 ] ± 0,25 – 0,05 [pT Hz -1/2 ] Czas maksymalnej aktywności [UTC] 20.00-22.00 20.00-22.00 Polaryzacja Liniowa (pionowa) Liniowa (pozioma) Główne czynniki zakłócające Linie energetyczne, hałas (akustyczny), mgła, deszcz Linie energetyczne, hałas (akustyczny), zakłócenia powodowane przez materiały magnetyczne w pobliżu (samochody, pociągi) Pomiary sygnałów w paśmie ELF, pochodzących od piorunów są używane do wykrywania i lokalizowania poprzez triangulację wyładowań <strong>atmosferycznych</strong>. Kształt rejestrowanego sygnału i amplituda dostarczają informacji o prądzie w kanale wyładowania Dzięki niezbyt silnemu tłumieniu sygnałów w paśmie ELF mogą one osiągać znaczne odległości i dzięki temu dostarczać informacji o globalnej aktywności piorunowej. Sygnały związane z rezonansem Schumann’a są bardzo słabe, dlatego do ich rejestracji używa się specjalnych anten odbiorczych. Do rejestracji rezonansu Schumann’a stosuje się dwa rodzaje anten: elektryczne i magnetyczne [150]. Anteny elektryczne to zazwyczaj metalowe anteny sferyczne (sferyczne żeby zminimalizować efekty koronowe) podłączone do wzmacniacza o wysokiej impedancji. Montuje się je zazwyczaj na wysokościach od 1 do 10 metrów ponad powierzchnią gruntu, żeby osiągnąć większe wzmocnienie rejestrowanego sygnału. Magnetyczne to zazwyczaj anteny w postaci solenoidu, o bardzo dużej liczbie zwojów (10 000 do 100 000), nawiniętego na rdzeń (zazwyczaj stop metali) o dużej przenikliwości magnetycznej. W przypadku tego typu anten bardzo ważny jest wybór lokalizacji instalacji, - 96 -
Page 1 and 2:
PAWEŁ BODZAK DETEKCJA I LOKALIZACJ
Page 3 and 4:
PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZA
Page 5 and 6:
Page 7 and 8:
Page 9 and 10:
Page 11 and 12:
Page 13 and 14:
Page 15 and 16:
Page 17 and 18:
Page 19 and 20:
Page 21 and 22:
Page 23 and 24:
Page 25 and 26:
Page 27 and 28:
Page 29 and 30:
Page 31 and 32:
Page 33 and 34:
Page 35 and 36:
Page 37 and 38:
Page 39 and 40:
Page 41 and 42:
Page 43 and 44: PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZA
Page 93: PAWEŁ BODZAK - DETEKCJA I LOKALIZA
Page 145 and 146:
Page 147 and 148:
Page 149 and 150:
Page 151 and 152:
Page 153 and 154:
Page 155 and 156:
Page 157 and 158:
Page 159 and 160:
Page 161 and 162:
Page 163 and 164:
Page 165 and 166:
Page 167 and 168:
Page 169 and 170:
Page 171 and 172:
Page 173 and 174:
Page 175 and 176:
Page 177 and 178:
Page 179 and 180:
Page 181 and 182:
Page 183 and 184:
Page 185 and 186:
Page 187 and 188:
Page 189 and 190:
Page 191 and 192:
show all

detekcja i lokalizacja wyÅadowaÅ atmosferycznych - Instytut ...

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?

detekcja i lokalizacja wyÅadowaÅ atmosferycznych - Instytut ...