CH468647A

CH468647A - Verfahren und Einrichtung zur Feststellung von Nah- und Ferngewittern

Info

Publication number: CH468647A
Application number: CH1777566A
Authority: CH
Inventors: Heinz-Juergen Dr Fischer; Schmidt Walter
Original assignee: Fischer Heinz Juergen Dr; Schmidt Walter
Priority date: 1965-12-15
Filing date: 1966-12-08
Publication date: 1969-02-15
Also published as: ES334527A1; FR1522248A; GB1175518A; US3465245A; DE1698288A1

Description


  



  Verfahren und Einrichtung zur Feststellung von Nach und Ferngewittern
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung, die eine weiten Kreisen zugängliche praktische Verwendung zur Feststellung von Nach und Ferngewittern zur Aufgabe hat, um insbesondere die Gewitterneigung durch eine zusätzliche Information beurteilen und besonders gefährdete Stellen rechtzeitig warnen zu können.



   Eine Aussage über die Existenz von Nach und Ferngewittern erfolgt nach den augenblicklichen wissenschaftlichen Erkenntnissen vorzugsweise mit sogenannten Blitzzählern. Die bisher in der Literatur beschriebenen und für rein wissenschaftliche Anwendungen entwickelten Blitzzähler arbeiten nach folgendem Prinzip:  Über eine Langdrahtantenne von etwa 7 bis 50 m werden die bei der Blitzentladung entstehenden elektromagnetischen Wellenzüge empfangen. Der von der Blitzentladung ausgehende Signalimpuls wird dem Eingang eines Verstärkers zugeführt, in dessen Ausgangskreis ein Zählwerk liegt, das oberhalb eines gewissen Schwellwertes auf die empfangenen Impulse anspricht und diese zählt.



   Die Nachteile der bisher verwendeten Geräte im praktischen Betrieb bestehen in der aufwendigen Montage der Langdrahtantenne, der insbesondere in der Nähe industrieller Anlagen nicht ausreichenden Selektivität und dadurch bestehenden Störanfälligkeit gegen über hochfrequenten Einstreuungen und schliesslich darin, dass das Verfahren lediglich eine Zählung der Blitzentladungen vornimmt, die keinerlei Schlüsse auf Intensität und Zeitdauer zulässt und der jeweils abgelesene Zählwerkstand ausserdem nur bei laufender Registrierung und nach deren Auswertung ein Mass für die empfangene Blitzzahl gibt.



   Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Einrichtung vorzuschlagen, welche diese Nachteile vermeidet. Die Einrichtung soll eine technische Konzeption aufweisen, die auf eine einfache Aufstellung oder Anbringung des Gerätes, eine weitgehende Ausschaltung von fremden Störungen, eine mehrfache Auswertung der empfangenen Blitzsignale und auf Anzeigeverfahren ausgerichtet ist, die unmittelbar eine Ablesung des Grades der Gewitterwahrscheinlichkeit ermöglichen.



   Das Verfahren ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die bei den Blitzentladungen entstehenden elektromagnetischen Signale in den Frequenzbereichen von 0,3 bis 30 kHz und 1 bis 10 MHz über eine selektive Antenne empfangen, selektiv verstärkt und gleichgerichtet werden und dass eine oder mehrere der charakteristischen Grössen der durch jede empfangene Blitzladung entstehenden Gleichstromimpulse registriert und/ oder auf einer Skala angezeigt werden.



   Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass diese eine abgestimmte Ferritantenne aufweist, die an einen selektiven Verstärker mit nachgeschaltetem Gleichrichter angeschlossen ist, dessen Ausgang über ein zur Integrierung dienendes RC-Glied und einen Widerstand an einen Kondensator angeschlossen ist, welcher über einen weiteren Widerstand mit einem ersten Anzeigeinstrument in Verbindung steht, ferner dass der Ausgang des Gleichrichters über einen regelbaren Widerstand an eine durch einen Impuls steuerbare Umschalteinrichtung angeschlossen ist, wobei in der Arbeitslage dieser Schalteinrichtung ein Speicherkondensator an eine Batterie und in der Ruhelage dieser Speicherkondensator über ein Dämpfungsglied und einen Widerstand an ein zweites Anzeige- und Registriergerät angeschlossen ist,

   und dass schliesslich der Ausgang des Gleichrichters über ein Potentiometer an den Steuereingang eines Thyristors angeschlossen ist, welcher eine Verbindung zwischen einer Batterie und einem Kondensator herstellt, welcher Kondensator noch über ein Dämpfungsglied und einen Widerstand an ein drittes Anzeige- und Registrierinstrument angeschlossen ist, wobei die Anzeige der gemessenen Intensität, Zahl und Dauer der empfangenen Blitzentladungen jeweils auf einer Skala erfolgt, die mit einer Gradskala versehen ist, um die zunehmende Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Nahgewitters anzuzeigen.



   Auf beiliegender Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der vorgeschlagenen Einrichtung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema des Gerätes gemäss der ersten Ausführung,
Fig. 2 eine Anzeigeskala des Gerätes,
Fig. 3 eine Einzelheit gemäss einer Variante und
Fig. 4 eine weitere Variante.



   Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird über eine abgestimmte Antenne A ein Teil aus dem Frequenzspektrum des von der Blitzentladung ausgehenden Signals empfangen. Nach dem Stand der wissenschaftlichen Forschung liegen die bei der Blitzentladung vorwiegend auftretenden Frequenzen in den Bereichen von etwa 0,5 bis 30 kHz und 1 bis 10 MHz. Als abstimmbare selektive Antenne bietet sich hier insbesondere eine Ferritantenne an, die in handlicher Form eingebaut oder auch beispielsweise drehbar montiert werden kann, um die Ortung des Gewitterherdes vornehmen zu können. Nach dieser Vorselektion über die Antenne wird das Signal über einen Resonanzverstärker V verstärkt, um eine weitere Unterdrückung von Störungen benachbarter Frequenzbereiche zu erreichen.



  Dann wird nach üblicher Gleichrichtung in der Stufe GL das Signal dreifach ausgewertet.



   Zunächst wird jeder Gleichstromimpuls durch eine RC-Kombination   R1C1R11C1, integriert.    Der Kondensator C1 lädt sich dabei auf eine Spannung auf, die ein Mass für die Gesamtintensität, d. h. Amplitude x Zeit der empfangenen Signale ist, während die Kombination   Rl'Cl'lediglich    der Glättung dient. Der Entladewiderstand   R1" wird    so dimensioniert, dass die Zeitkonstante   Rl"x cl'gross    gegen die Aufladekonstante R1C1 ist und in der Grössenordnung 5 bis 60 Minuten liegt. Dadurch kann man mit einem empfindlichen, in Serie zu   R1"liegenden    Stromanzeigegerät J1 den Speicherwert über dieses Zeitintervall jeweils ablesen und erhält damit ein Mass für die Intensität aller in dieser Zeitspanne vom Empfänger aufgenommenen Blitzentladungen.



   Gleichzeitig wird eine Zählung der empfangenen Blitzentladungen durchgeführt, wobei die Anzeige jedoch nicht durch ein Zählwerk vorgenommen wird, da dieses nach dem oben Gesagten keine unmittelbare Information darstellt. Vielmehr wird durch jeden Gleichstromimpuls oberhalb eines gewissen durch R2 einstellbaren Schwellwertes das Relais Rel angesteuert. Dieses Relais lädt während der Impulsdauer den Kondensator   C2    auf die Batteriespannung B auf.

   In der Ruhestellung des Relais wird die so aufgenommene konstante Ladungsmenge über den Kontakt   rl    und den Widerstand   R2, an    den Speicherkondensator   C2, abgegeben,    wobei   C > ' sehr    viel grösser ist als   C.    Die in   C2, gespeicherte    Energie ist in diesem Falle direkt ein Mass für die Zahl der empfangenen Blitzentladungen und wird entsprechend über einen Entladewiderstand   R-" im    Instrument J2 angezeigt oder registriert, wobei die Zeitkonstante   R-",      C2, ebenfalls    etwa 5 bis 60 Minuten beträgt, um auch hier eine Information über einen bestimmten Zeitraum zu erhalten.



   Anstelle des Relais kann sinngemäss auch ein monostabiler Multivibrator eingesetzt werden, der vom gleichgerichteten Impuls angestossen wird und während der begrenzten Zeit seiner Anregung über den Widerstand   Rr' den    Kondensator   C21 auflädt.   



   Schliesslich werden die empfangenen Signale in bezug auf die Zeitdauer ausgewertet, in der während eines Zeitintervalls insgesamt Blitzstörungen auftreten. Hierzu wird durch jeden Impuls oberhalb eines am Potentiometer P einstellbaren Schwellwertes ein Thyristor Th angesteuert. Dadurch fliesst während der Dauer des Empfangs des Blitzsignals ein von der Amplitude unabhängiger konstanter Ladestrom über den Widerstand R3 in den Speicherkondensator   CQ.    Über die Glättungskombination   R3,C3' wird    über den Widerstand   R8,, am    Instrument J3 ein Strom angezeigt, welcher ein Mass für die so definierte gesamte Blitzdauer darstellt. Die RC-Kombination ist dabei wieder so gewählt, dass die Zeitkonstante der Entladung, also der Zeitraum der Messung zwischen 5 bis 60 Minuten liegt.



   Die Ströme il, i2 und   i3,    die nach dem oben Gesagten jeweils ein Mass für die im Verlaufe der vergangenen 5 bis 60 Minuten vom Empfänger aufgenommenen Intensität, Zahl bzw. Zeitdauer von Blitzentladungen darstellen, werden auf Skalen angezeigt, die gemäss dem Ausführungsbeispiel Fig. 2 mit einer Gradeinteilung mit wachsenden Ziffern und/oder Symbolen, welche die zunehmende Gewitterneigung charakterisieren und/oder mit einem sich verbreiternden Keil und/oder zunehmender Intensität versehen sind, um die zunehmende Neigung zu Gewittern anzuzeigen.



   In einer vereinfachten Form kann das Gerät entweder nur zur Intensitätsmessung, zur Zählung, zur Zeitdauermessung von Blitzentladungen oder einer Kombination von zwei dieser Grössen aufgebaut werden.



   In einer erweiterten Form kann das Gerät benutzt werden zur Signalisierung und Vorwarnung im Falle von erhöhter Gewitterneigung. Hierzu sind im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 für die Instrumente J1,   J2    und   Jg    handelsübliche Kontaktinstrumente verwendet worden, die bei einem gewissen verstellbaren Schwellwert die Kontakte K1,   K2    und   K3    schliessen und hiermit eine optische und/oder akustische Alarmierung auslösen bzw. direkt einen Steuervorgang einleiten. Wichtig ist die Möglichkeit der Verstellbarkeit dieses Schwellwertes, da hierdurch für jedes Gerät eine individuelle Einstellbarkeit besteht und das Gerät damit an Besonderheiten der Empfangs anlage, der meteorologischen Bedingungen usw. angepasst werden kann.



   Anstelle der R-C-Speicherkombination gibt es als weitere Ausbildungsmöglichkeit für die Speicherung und Anzeige der Intensität, Zahl und/oder Zeitdauer von Impulsen die Verwendung eines Kalorimeters, bei dem, gemäss dem in Fig. 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel, die Impulse einer Heizwendel HW zugeführt werden, die sich in einem gasgefüllten Raum I befindet. Im ungeheizten Zustand herrschen im Raum I und einem zweiten, durch eine   quecksilbergefüllte    Kapillare verbundenen, ebenfalls gasgefüllten Raum II gleiche Temperatur und gleicher Druck. Die durch die Impulse der Heizwendel HW zugeführte Wärmeenergie erhöht die Temperatur des Raumes I und verschiebt dadurch den der Anzeige dienenden Quecksilberfaden QU in Richtung zum Gefäss II.

   Durch geeignete Ausbildung einer Wärmeisolierung WJ des Gefässes I wird erreicht, dass die Abkühlung und damit der Rückgang des Quecksilberfadens ebenfalls mit der angegebenen Zeitkonstante von etwa 5 bis 60 Minuten erfolgt.



   Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 erfolgt die Stromversorgung aus zwei in Serie geschalteten 1,5-Volt  Zellen Z1,   ZI    mit einer Kapazität von etwa 5 Ah. Hierdurch ist die ganze Anlage netzunabhängig und damit auch weitgehend unabhängig von allen Störungen, insbesondere Funkenstörungen, die über das Netz einstreuen können. Ausserdem ist das Gerät in dieser Form transportabel und kann beispielsweise im Gebirge und auf See eingesetzt werden - Anwendungsfälle, wo eine Gewitterprognose besonders notwendig ist.



   Stört der Nachteil der begrenzten Kapazität, so ist entweder eine Ausbildung der Zellen Z1 und   Z2    als wiederaufladbarer Akkumulator möglich, der beispielsweise durch einen lichtelektrischen Wandler W ständig im Pufferbetrieb aufgeladen wird; andernfalls ist das Gerät vom Netz aus zu speisen, wobei ausreichbare Sieb- oder Pufferglieder eine   Übertragung    hochfrequenter Störungen unterdrücken müssen.



   Nachdem das beschriebene Gerät zur Anzeige der Gewitterneigung und der Prognose von am Beobachtungsort zu erwartenden Gewittern dienen soll, ist es zweckmässig, und zur Erhöhung der Trefferwahrscheinlichkeit wichtig, weitere Informationen mit diesem Gerät zu koppeln. Dies ist beispielsweise möglich durch eine Kombination des beschriebenen Gerätes mit einem Barometer, um die für das Auftreten von Gewittern charakteristischen Vorbedingungen mit verfolgen zu können. Insbesondere ist im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 das Relais so ausgebildet, dass es über seinen Arbeitskontakt   rs    bei jeder Impulszählung einen Stromkreis schliesst und dabei auf einem Barographen mittels eines Markierungsrelais eine Marke schreibt.

   Hierdurch wird in sinnvoller Weise eine Registrierung des Luftdrucks mit einer gleichzeitigen und auf dem gleichen Streifen erfolgten Registrierung der Blitzzahlhäufigkeit kombiniert.



   Schliesslich besteht beispielsweise noch eine andere Möglichkeit der Blitzzahlregistrierung auf einem handelsüblichen Barographen nach folgendem, im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 dargestellten Verfahren:
Durch jeden Impuls wird ein Schrittmotor oder ein Schrittschaltwerk SM angesteuert, der Schrittmotor oder das Schrittschaltwerk trägt auf seiner Abtriebsachse eine Kurvenscheibe KS; auf dieser Kurvenscheibe liegt, drehbar gelagert um den Punkt DP, ein Schreibarm SA, der an seiner Spitze die auf der Barographentrommel BT schreibende Feder F trägt. Dabei ist die Kurvenscheibe so ausgebildet, dass bei einer vollen Umdrehung der Abtriebsachse die Schreibfeder F eine   Auf- und    Abwärts Registrierung vollführt.

   Diese Bewegung kann durch geeignete Ausbildung der Kurvenscheibe insbesondere so erfolgen, dass der Drehwinkel der Abtriebsachse und der Schwenkwinkel des Schreib arms zueinander linear proportional sind. Dies gestattet eine unmittelbare Registrierauswertung der Zahl der Blitzentladungen.



   Um dem Benutzer eines Gerätes zur Anzeige, Registrierung und Prognose von Nach und Ferngewittern eine Kontrolle über die Betriebsbereitschaft des Gerätes zu geben, wird gemäss Fig. 1 beispielsweise von der Hilfsbatterie B über den Widerstand   R4    und einen Taster T mit dem Gleichrichtereingang eine Verbindung hergestellt. Durch wiederholtes Betätigen der Taste können in einfacher Form Gleichstromimpulse simuliert und die Zunahme der Anzeigen an den Instrumenten J1,   J)    und   J5    kontrolliert werden.



   Bei dem Umfang der Verwendungsmöglichkeiten kann das Gerät sowohl für stationäre Aufgaben als   Wand- oder    Tischgerät ausgebildet oder zum mobilen Betrieb als transportables Taschengerät aufgebaut werden.

Claims

PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Feststellung von Nach und Ferngewittern, dadurch gekennzeichnet, dass die bei den Blitzentladungen entstehenden elektromagnetischen Signale in den Frequenzbereichen von 0,3 bis 30 kHz und 1 bis 10 MHz über eine selektive Antenne empfangen, selektiv verstärkt und gleichgerichtet werden und dass eine oder mehrere der charakteristischen Grössen der durch jede empfangene Blitzladung entstehenden Gleichstromimpulse registriert und/oder auf einer Skala angezeigt werden.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die durch jede empfangene Blitzladung entstehenden Gleichstromimpulse in einem RC Glied integriert und in einem Kondensator gespeichert werden, und dass während der Entladung des Kondensators über einen nachgeschalteten Entladewiderstand die Gesamtintensität registriert und/oder auf einer Skala angezeigt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleichstromimpuls dadurch gezählt wird, dass durch ihn eine Umschalteinrichtung angeregt wird, die in ihrer Arbeitslage aus einer Spannungsquelle einen Kondensator auflädt, wobei während ihrer Ruhelage die im Kondensator gespeicherte Ladungsmenge registriert und/oder auf einer Skala angezeigt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierung der Blitzzahl über einen Schrittmotor oder ein Schrittschaltwerk erfolgt, der über eine Kurvenscheibe die Bewegung einer Schreibfeder steuert.

4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schreibfeder auf einer Barographentrommel eine der Zuoder Abnahme der Blitzzahl entsprechend steigende oder fallende Kurve aufzeichnet.

5. Verfahren nach Patenanspruch I und Unteransprüchen 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe einen der Blitzzahl proportionalen Schwenkwinkel des Schreibarmes bewirkt.

6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdauer der empfangenen Blitzentladungen gemessen wird, indem durch jeden Gleichstromimpuls ein Thyristor angesteuert wird, der während dieser Zeit einen Kondensator auflädt, wobei die so gespeicherte Ladung auf einer Skala angezeigt und/oder registriert wird.

7. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit der Speicherung jeder Information 5-60 Minuten beträgt.

PATENTANSPRUCH II Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine abgestimmte Ferritantenne aufweist, die an einen selektiven Verstärker (V) mit nachgeschaltetem Gleichrichter (GL) angeschlossen ist, dessen Ausgang über ein zur Integrierung dienendes RC-Glied (R1, C1) und einen Widerstand (R1') an einen Kondensator (C1,) angeschlossen ist, welcher über einen weiteren Widerstand (R1") mit einem ersten Anzeigeinstrument (J1) in Verbindung steht, ferner dass der Ausgang des Gleichrichters über einen regelbaren Widerstand (R2) an eine durch einen Impuls steuerbare Umschalteinrichtung (Rel) angeschlossen ist, wobei in der Arbeitslage dieser Schalteinrichtung ein Speicherkondensator (C2) an eine Batterie (B)

und in der Ruhelage dieser Speicherkondensator über ein Dämpfungsglied (erz', Ce') und einen Widerstand (R") an ein zweites Anzeige- und Registriergerät (J2) angeschlossen ist, und dass schliesslich der Ausgang des Gleichrichters über ein Potentiometer (P) an den Steuereingang eines Thyristors (Th) angeschlossen ist, welcher eine Verbindung zwischen einer Batterie (Zt, Z2) und einem Kondensator (3) herstellt, welcher Kondensator noch über ein Dämpfungsglied (es', C3') und einen Widerstand (R3") an ein drittes Anzeige- und Registrierinstrument (J3) angeschlossen ist, wobei die Anzeige der gemessenen Intensität,

Zahl und Dauer der empfangenen Blitzentladungen jeweils auf einer Skala erfolgt, die mit einer Gradskala versehen ist, um die zunehmende Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Nahgewitters anzuzeigen.

UNTERANSPRÜCIfE 8. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Empfang der Signale atmosphärischen Ursprungs eingebaute Ferritantenne dreh- bar montiert ist, um die Richtung eines Gewitterherdes orten zu können.

9. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Speicherung und Anzeige der Intensität, Zahl und/oder Zeitdauer von Impulsen ein Kalorimeter vorhanden ist, das die von den Impulsen in einer Heizwendel erzeugte Wärmemenge misst.

10. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein monostabiler Multivibrator ist, der während der Zeit seiner Anregung über einen Widerstand (ru') einen Kondensator (cd') auflädt.

11. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bestimmten Schwellwert der Intensität, der Zahl bzw. der Gesamtdauer der empfangenen Blitzentladungen ein optisches und/oder akustisches Signal und/oder ein Steuervorgang ausgelöst werden.

12. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte einstellbar sind.

13. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung durch Netzbetrieb, gepuffertem Netzbetrieb und/oder durch Batteriebetrieb erfolgt.

14. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Stromversorgung dienende Batterie von einem lichtelektrischen Energiewandler im Pufferbetrieb aufgeladen wird.

15. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe ein Kontrollorgan aufweist, welches durch Eingabe von Impulsen eine Prüfung der Funktion der Anzeige- und Registrierorgane ermöglicht.

16. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät als ortsfestes Tisch- oder Wandgerät oder als transportables Taschengerät aufgebaut ist.