-
"Verfahren zur Gewitterwernung" Atmosphärische Entladungen haben
unerwünschte Detonationen von Sprengladungen bei elektrischer Zündung verursacht.
Um vor einem sich nähernden Gewitter tarnen zu können, hat man bisher verschiedene
Verfahren benutzt, wie z.B. Beobachtung der in einem Radioempfänger zu hörenden
Störungen; nicht atmosphärische Störquellen und die von subjektiven Faktoren abhängige
Beobachtung machen das Verfahren jedoch unsicher. man hat auch Spezialempfänger
benutzt, die eine Warnung geben, wenn das ankommende elektromagnetische Signal einen
gewissen Schwellenwert überschreitet.
-
Ein anderes Verfahren besteht darin, das luftelektrische Feld an
der betreffenden Stelle festzustellen. man kann entweder den Strom pro m2 oder die
Spannung pro m (den Gradienten) messen. Das luftelektrische Feld wird normalerweise
langsam variieren. An Tagen mit
Schauern und vor Gewittern wird
man eine gewisse Unregelmüßigkeit feststellen können, und normalerweise wird der
Gradient rasch ansteigen, wenn. eine geladene Wolke sich dem Gebiet nähert, wo sich
die meßausrüstung befindet. man hat davon Gebrauch gemacht und Geräte gebaut, die
Warnung geben, wenn der Gradient einen vorher festgelegten Wert von der Größenordnung
einiger Tausend V/m übersteigt.
-
Der Widerstand der Luft scheint unter normalen Wetterverhältnissen
höher zu sein als während und kurz nach einem Gewitter. Die Ursache scheint eine
gesteigerte Ionisierung der Luft während eines Gewitters zu sein. man bekommt also
den größten Meßwert, wenn man den Gradienten vor dem Gewitter und den Strom zwischen
der Atmosphäre und Erde während und nach einem Gewitter mißt.
-
-Die Absicht des hier erwähnten Gewitterwarnere istl ein Signal des
Gewitters zu erhalten, bevor das Gewitter an der Beobachtungsstelle in Tätigkeit
tritt, d. h. man wird bei der Gradientenmessung ein günstigeres Ergebnis als bei
Strommessung erhalten.
-
Wenn man den Gradienten im Laufe einer längeren Zeitspanne registriert,
wird man beobachten können, daß dieser in Gutwetter-Perioden langsam sich ändern
kann, während er bei Wind und Schauertätigkeit stark variieren wird. Die Schwingungezeit
für die Gutwetter-Variationen wird üblicherweise mehrere Stunden sein, während die
Schwingungsdauer für die schnellen Schauer-Variationen von der Größenordnung von
Sekunden bis einigen minuten sein wird. Während eines Gewitters werden die Änderungen
zunächst mit wesentlich größeren Ausschlägen auftreten und außerdem kann die Häufigkeit
vom Bruchteil einer Sekunde bis zu einer Stunde variieren. Der Anmelder hat
Registrierungen
mit graphischer Aufzeichnung des Verlaufs des Gradienten vorgenommen, und Fig0 1
zeigt eine typische Kurve des Gradienten als Funktion der Zeit vor und während eines
GewittersO Während des Gewitters selbst, oder nachdem die Gewitterwolken so nahe
der Beobachtungsstelle oder gleich über diese gekommen sind, werden die Variationen
unregelmäßig sein. Bei Analyse der Kurve wird man sehen, daß die vorherrschende
Frequenz üblicherweise unter einer Schwingungedauer von etwa einer halben Stunde
liegen wird.
-
Das Charakteristische ist jedoch, daß man eine verhältnismäßig gleichmäßige
Übergangskurve vom Ruhestand vor dem Gewitter bis die unruhigen Verhältnisse eintreten,
hat.
-
Dies ist wahrscheinlich auf folgendes zurückzuführen: Eine Gewitterwolke
enthält sehr häufig eine Reihe"Zellen" mit lokalen Potential-Unterschieden. Turbulenz
zusammen mit Änderungen der Ladungen der lokalen Zellen wird nach außen derart wirken,
daß man eine Gradientkurve mit zufälligen Variationen bekommen wird. Während die
Gewitterwolke sich verhältnismäßig weit entfernt befindet, wird wahrscheinlich nur
die Ladung der Front der Wolke auf die Meßausrüstung wirken. Wenn die Wolke sich
mit einer verhältnismäßig gleichmäßigen Geschwindigkeit bewegt, wird diese Frontladung11
die vorherrschende sein, die auf die Xeßausrüstung einwirkt, und die induzierte
Spannung wird den charakteristischen Kurventeil bilden (in Fig. 1 die Zeit t1 bis
t2 = 10 min). Dieser Kurventeil kann annähernd als ein Teil einer Sinus-Schwingung
mit Schwingungsdauer von etwa 40 min betrachtet werden. man kann also die Variationen
des elektrostatischen Feldes als eine Wechselspannung mit sehr niedriger Frequenz
betrachten. Die Schwingungsdauer
(Frequenz) ist von der Geschwindigkeit
einer geladenen Wolke im Verhältnis zur Beobachtungsstelle abhängig.
-
Erfahrungsgemäß wird eine Wolkenladung zwischen ca.
-
1 bis 60 min benötigen von dem Augenblick, in welchem sie in das Meßfeld
auf der einen Seite eintritt, bis sie -das Meßfeld auf der anderen Seite wieder
verläßt. Wenn eine Wolkenladung passiert, wird also das statische Erdfeld, der Gradient,
schwingen, als ob dem natürlichen Null-Wert eine Wechselspannung überlagert wäre,
deren Schwingungszeit gleich der Zeit ist, die die Wolke benötigt, um zu passieren.
-
Etwas Entsprechendes entsteht, wenn in einer Wolke gleich über der
Beobachtungsstelle eine Ladung entsteht. Zum Anfang wird eine Einzelladung vorherrschend
sein, und diese verursacht eine ähnliche Ubergangekurve zwischen dem Ruhezustand
und der unruhigen Periode.
-
Dieses Übergangsphänomen tritt ein eine Zeit bevor die kräftigen Ausschläge
der Gradientenkurve und eventuelle Blitzentladungen stattfinden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Ubergangskurve zur Warnung benutzt (während man früher die
Spitzen während der unruhigen Periode benutzte), wobei Zeit gewonnen wird. Die Reichweite
der Meßausrüstung ist jedoch begrenzt, da man statische Ladungen in über dem Horizont
nicht gut sichtbaren Wolken nicht feststellen kann. Um eine Warnung noch früher
erzielen zu können, kann man in bekannter Weise die elektromagnetischen Schwingungen
registrieren, die auf Blitzentladungen in größerem Abstande zurückzuführen sind.
-
Es ist erwünscht, eine selektive Warnung zu erhalten, d. h. daß man
aus der Art der Warnung sich ein Bild der Gefahrsituation machen kann. Dieses wird
durch die vorliegende Erfindung dadurch erreicht, daß elektromagnetische Schwingungen
und das erdelektrische Feld in je an und für sich bekannter Weise registriert werden,
welche Registrierungen gleichzeitig geschehen, und daß die Signale von den beiden
Registrierungsausrüstungen in einem gemeinsamen Warnungsorgan kombiniert werden.
-
Außerdem wird dadurch ein weiterer Vorteil erzielt, da die Zeit zwischen
der Warnung und der akuten Gefahrsituation verlängert wird, wenn die von dem Gradienten
beeinflußte Ausrüstung während der Übergangsperiode von Ruhe bis Unruhe Signal gibt.
Um dies zu erreichen, kann man eine Ausrüstung benutzen, die in Fig. 2 der beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist. Die Spannung zwischen der Antenne AE und Erde wird
in einem Breitbandverstärker A verstärkt, dessen Ausgangsspannung e einem Frequenzfilter
zugeführt wird, das aus einem Hochpassfilter HP und einem Tiefpassfilter LP zusammengesetzt
ist. Das Hochpassfilter läßt Frequenzen über etwa 0,0002 Hz und das Tiefpassfilter
Frequenzen unter etwa 0,003 Hz durch. Die charakteristische Schwingung beim Übergang
vom Ruhezustand vor einem Gewitter bis zum Unruhezustand während des Gewitters mit
der Eigenfrequenz von etwa 0,0008 Hz wird also durch das Filter passieren und eine
Spannung zwischen den Klemmen u1 und v2 geben. Diese Spannung'wird in bekannter
Weise zur Signalgebung benutzt.
-
Fig. 3 zeigt die prinzipielle Läsung, um die verschiedenen Verfahren
zur Alarmgebung zu kombinieren.
-
D1 ist ein Detektor, der den Gradienten registriert, entweder in bekannter
Weise durch Abgabe eines Signale (über Leitung L1) bei zahlenmäßig großer Abweichung,
oder, wie oben beschrieben (über Leitung L2), wenn der Gradient mit einer charakteristischen.
Frequenz schwankt.
-
D2 ist ein anderer Detektor, der in bekannter Weise ankommende elektromagnetische
Schwingungen registriert.
-
D2 kann dazu eingerichtet sein, Signal in mehreren Stufen zu geben,
und zwar je nach dem Pegel des ankommenden Signals (über Leitung L3 oder mehrere
Leitungen bis Leitung Lx bei x verschiedenen Schwellenwerten). Die Signale von D2
und D1 werden einem Signalorgan B zugeführt, in welchem sie kombiniert werden und
verschiedene Signalbilder geben, z.b. durch verschieden gefärbte Lampen, wie angedeutet.
-
Fig. 4 zeigt eine im Ruhezustand dargestellte Relais-Schaltung. Die
Vorwarnung wird in bekannter Weise durch Unterbrechung eines Kontaktes K1, welcher
von einem elektromagnetischen Registriorungsorgan (D2 in Fig. 2) gesteuert wird,
gegeben, so daß. das normalerweise eingeschaltete und sich über den eigenen Selbsthaltekontakt
92 in angezogenem Zustand gehaltene Relais G seinen Anker losläßt und Warnung durch
Einschaltung der Lampe B1 über den Kontakt g1 gibt. Bei Verwendung elektromagnetischer
Regietrierungsorgene mit verschiedener Empfindlichkeit und deren Verbindung mit
je eins. Rslais-meldekreis wird eine Vorwarnung erreicht, die innerhalb grober Grenzen
den Abstand zu Blitzentladungen in großer Entfernung von der Seobachtungestelle
angibt. Zum Beispiel
kann ein zweites elektromagnetisches Registrierungsorgan
mit niedrigerer Empfindlichkeit als das erste Registrierungsorgan einen Kontakt
K2 steuern, welcher also nach K1 ausgeschaltet wird, d.h. nachdem das Gewitter der
Beobachtungsstelle nähergekommen ist.
-
Der Kontakt K2 liegt in dem Haltekreis eines normalerweise angezogenen
Relais H, welcher Kreis auch den Selbsthaltekontakt h2 des Relais H und einen in
Ruhe geschlossenen Kontakt des Relais C enthält. Wenn K2 den Kreis unterbricht,
wird das Relais H abgeschaltet und schließt seinen Ruhekontakt h1, so daß die zweite
Lampe B2 aufleuchtet und konstant brennt. mit Hilfe des oben beschriebenen elektrostatischen
Registrierungsorganes, wird Alarm dadurch gegeben, daß die Ausgangsspannung e1 des
elektrostatischen melder (Fig. 2) nach Verstärkung, Gleichrichtung und Umwandlung
in eine Impulsreihe e ein Blinkrelais C beeinflußt, welches in bekannter Weise die
Stromzufuhr für die Signallampe 82 periodisch unterbricht und einschaltet.
-
Nach erfolgter Warnung werden die Relais G und H dadurch zurückgestellt,
daß ihnen mit Hilfe von puittungsschaltern T1 und T2 Spannung zugeführt wird.
-
Bei diesem Beispiel erhält man also die erste Vorwarnung durch Zünden
der Lampe B1, die zweite Warnung durch Zünden der zweiten Lampe B2, und die dritte
Warnung, wenn diese zweite Lampe B2 zum Blinken gebracht wird, d. h wenn die Gewitterwolke
sich innerhalb des Sichtbereiches
befindet. Sollte B1 nicht leuchten
und 82 allein blinken, ist dies ein Zeichen dafür, daß sich eine statische Ladung
nahe der Beobachtungsstelle befindet und daß man statisch geladenen Regen riskieren
kann, in welchem Falle der rechte Ruhekontakt des Relais C beim ersten Ansprechen
dieses Relais den Haltestromkreis des Relais H unterbricht und somit die Lampe 82
einschaltet, wonach sie von der Spannungsimpulsreihe e" zum Blinken gebracht wird.
-
Bei Arbeiten in Tunneln benötigt man lange Zeit, um von der Gefahrzone
fortzukommen. Wenn man über tag arbeitet, benötigt man dagegen kürzere Zeit, man
braucht dann aber auch eine Warnung, wenn die Gefahr eines statisch geladenen Regens
vorliegt. Bei den meisten größeren Tunnel-Baustellen wird man Arbeiten der beiden
oben genannten Typen haben. Die oben beschriebene Warnungsausrüstung, die die verschiedenen
Warnungsverfahren kombiniert, wird deshalb eine wesentlich erhöhte Sicherheit bieten.