SK288616B6 - Spôsob a zariadenie na indikáciu ohrozenia bleskom - Google Patents

Spôsob a zariadenie na indikáciu ohrozenia bleskom Download PDF

Info

Publication number
SK288616B6
SK288616B6 SK114-2013A SK1142013A SK288616B6 SK 288616 B6 SK288616 B6 SK 288616B6 SK 1142013 A SK1142013 A SK 1142013A SK 288616 B6 SK288616 B6 SK 288616B6
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
lightning
wavelengths
droplets
signal
signals
Prior art date
Application number
SK114-2013A
Other languages
English (en)
Other versions
SK1142013A3 (en
Inventor
Miroslav Kocifaj
Gorden Videen
Jozef Klačka
Original Assignee
Ústav Stavebníctva A Architektúry Sav
Univerzita Komenského v Bratislave
Gorden Videen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ústav Stavebníctva A Architektúry Sav, Univerzita Komenského v Bratislave, Gorden Videen filed Critical Ústav Stavebníctva A Architektúry Sav
Priority to SK114-2013A priority Critical patent/SK288616B6/sk
Priority to US15/105,560 priority patent/US10859694B2/en
Priority to PCT/SK2014/000024 priority patent/WO2015094130A1/en
Priority to EP14833297.6A priority patent/EP3105614B1/en
Publication of SK1142013A3 publication Critical patent/SK1142013A3/sk
Publication of SK288616B6 publication Critical patent/SK288616B6/sk

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/32—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water with artificial enrichment, e.g. by adding water from a pond or a river
    • E03B3/34—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water with artificial enrichment, e.g. by adding water from a pond or a river of underground water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0807—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by the application
    • G01R29/0814—Field measurements related to measuring influence on or from apparatus, components or humans, e.g. in ESD, EMI, EMC, EMP testing, measuring radiation leakage; detecting presence of micro- or radiowave emitters; dosimetry; testing shielding; measurements related to lightning
    • G01R29/0842—Measurements related to lightning, e.g. measuring electric disturbances, warning systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/16—Measuring atmospheric potential differences, e.g. due to electrical charges in clouds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Vynález opisuje spôsob monitorovania zvýšeného rizika bleskov na základe informácií o náraste elektrického náboja vodných kvapiek, ktoré sú získané meraním charakteristík rozptýleného EM žiarenia. Zmena týchto charakteristík súvisí so samotným elektrickým nábojom, ktorý kvapky získavajú. S cieľom normalizovať optické charakteristiky, ako aj koncentrácie kvapiek je potrebné merania realizovať na dvoch vhodne zvolených vlnových dĺžkach. Vlnové dĺžky sa dajú kombinovať, čo umožňuje použitie dvoch a viacerých vlnových dĺžok.

Description

Oblasť techniky
Technické riešenie sa týka oblasti aplikovanej meteorológie, hlavne využitia informácií o stave elektrického náboja vodných kvapiek na indikáciu ohrozenia bleskom v priemyselných aplikáciách.
Doterajší stav techniky
Pri predpovediach elektromagnetických výbojov počas búrok sa dajú v súčasnosti použiť metódy analyzujúce elektrický potenciál. Tieto metódy najčastejšie využívajú technológie založené na vyhodnocovaní radarových a teplotných údajov. Jedna z metód využívajúcich systém radaru pracuje napríklad na princípe koherentnej a nekoherentnej korelácie paralelne a priečne polarizovaných radarových echo-signálov. Elektrický náboj spôsobuje, že prijatý signál môže závisieť od tvaru kvapiek a tento sa môže meniť v dôsledku iných faktorov, ako je napr. strih vetra. Miera nesférickosti kvapiek môže byť odhadnutá na základe analýzy korelačného koeficienta a následne tak môže byť indikovaný potenciálny výskyt bleskov.
Iné patenty,ktoré súvisias detekciami bleskov, sú:
U.S. Patent 4,792,806,
U.S. Patent 5,140,523,
U.S. Patent 5,621,410,
Lightning positionand tracking method Neural network for predicting lightning Remote prediction of lightning hazards
U.S. Patent 6,405,134, Method and apparatus for predicting lightning threats based on radar and temperature data
U.S. Patent 6,586,920,
U.S. Patent 6,828,911,
U.S. Patent 7,069,258,
Lightning detector
Lightning detection and prediction alarm device
Weatherprediction method for forecasting selectedevents
U.S. Patent 4,792,806, Lightning positionand tracking method
Ďalšie riešenia zamerané na identifikáciu ohrozenia bleskom:
US2011090111 A1 20110421
Riešenie funguje na základe rozoznávania a klasifikácie tvarov hydrometeorov z polarimetrických radarových meraní -používajú sa signály s odlišnou polarizáciou.
JPH09329672 A 19971222
V riešení podľa tohto patentu sa využíva vertikálne a horizontálne polarizované vlnenie a na základe ich zmeny v prijatom radarovom echu sa usudzuje na tvar častíc a z toho na pravdepodobnosť búrok.
EP0186402 A2 19860702
Toto riešenie využíva anténu na detekciu E- a H-zložiek elektrického a magnetického poľa a rozsah búrkovej aktivity sa vyhodnocuje ako funkcia magnetického poľa na dvoch frekvenciách.
Nedostatky doteraz známych riešení spočívajú v tom, že sú do značnej miery závislé od externých faktorov, ako sú napríklad strih vetra, ktorý má vplyv na morfológiu častíc a môže tak ovplyvniť interpretáciu meraných dát. Nesprávna interpretácia meraných dát môže viesť k falošnej indikácii potenciálneho nebezpečenstva výboja, teda blesku, a tým zbytočne spôsobiť veľké ekonomické straty, napr. pri prevádzke letísk.
Podstata vynálezu
Vynález podľa navrhovaného riešenia predstavuje spôsob monitorovania zvýšeného rizika bleskov na základe informácií o náraste elektrického náboja vodných kvapiek, ktoré sú získané meraním charakteristík rozptýleného elektromagnetického (EM) žiarenia. Zmena týchto charakteristík súvisí so samotným elektrickým nábojom (ktorý kvapky získavajú) a nie s deformáciou kvapiek, čím sa do značnej miery riešia nedostatky doteraz známych riešení. Na účely normalizácie optických charakteristík, ako aj koncentrácie kvapiek treba merania realizovať na dvoch vhodne zvolených vlnových dĺžkach. Vhodné vlnové dĺžky možno ľubovoľne kombinovať, čo v sebe implicitne zahŕňa možnosť použitia dvoch a viacerých vlnových dĺžok.
Spôsob indikácie ohrozenia bleskom je založený na tom, že informácie o elektrickom náboji vodných kvapiek sú získavané meraním signálu spätného rozptylu elektromagnetického žiarenia na dvoch vlnových dĺžkach. Operačný rozsah vlnových dĺžok je 1 až 50 mm, rozmer monitorovaných častíc je minimálne o dva rády menší. Na zariadení na identifikovanie ohrozenia bleskom sú nastavené prahové hodnoty, potom sú monitorované a porovnávané dva signály na dvoch rôznych vlnových dĺžkach. Ak pomer týchto dvoch signálov zostáva konštantný, ide o situáciu bez rizika ohrozenia bleskom Ak sa zvýši pomer týchto dvoch signálov minimálne o 10 %, tak situácia je vyhodnotená ako riziková z hľadiska ohrozenia bleskom
Prahová hodnota prístroja na identifikovanie ohrozenia bleskom je nastavená tak, že sa vyberú ľubovoľné dve vlnové dĺžky z rozsahu 1 mm až 50 mm a z tabuliek sa zistia komplexné indexy lomu kvapiek na oboch vlnových dĺžkach. Následne je vypočítaný teoretický odstup medzi signálom bez elektrického náboja a signá
S K 288616 B6 lom s elektrickým nábojom. Ak je odstup (N) menší ako 10 %, tak sa musia zvoliť iné vlnové dĺžky. Ak je odstup N väčší ako 10 %, tak zvolené vlnové dĺžky sú použiteľné pre dané zariadenie a prítomnosť elektricky nabitých kvapiek bude indikovaná odstupom s ignálov na úrovni minimálne 0,75N.
Vhodné vlnové dĺžky možno ľubovoľne kombinovať, čo v sebe implicitne zahŕňa možnosť použitia dvoch a viacerých vlnových dĺžok.
Zariadenie, ktoré slúži na indikáciu ohrozenia bleskom podľa tohto vynálezu, sa skladá z vysielača, prijímača, riadiacej jednotky, počítačového systému a jednotky na uskladnenie dát. Vpočítačovom systéme, ktorý je dátovo obojsmerne prepojený s riadiacou jednotkou a s jednotkou na uskladnenie dát, sú spracované dáta a vykonávané výpočty, pričom výstupnou informáciou z počítačového systému je vygenerovanie a odoslanie signálu s upozornením na riziko blesku.
Vysielač vysiela na dvoch rôznych vlnových dĺžkach, vlna je vysielaná smerom k oblaku, v ktorom dochádza k rozptylu na jednotlivých kvapkách, rozptýlené vlny sa šíria všetkými smermi a vlny, ktoré smerujú naspäť k vysielaču, sú detegované prijímačom nachádzajúcim sa blízko vysielača. Zložky signálu sú oddelené použitím elektronického obvodu alebo počítačovým programom Po získaní intenzity signálov na oboch vlnových dĺžkach je pomer týchto signálov vyhodnotený počítačovým systémom: ak pri monitorovaní tohto pomeru dôjde k zaregistrovaniu zmeny s hodnotou minimálne O,75N, zmena bude interpretovaná riadiacou jednotkou ako hroziace riziko bleskov, a riadiacou jednotkou bude automaticky vygenerovaný a odoslaný signál s upozornením na riziko blesku.
S nárastom elektrického náboja vodných kvapiek v atmosfére narastá aj pravdepodobnosť výskytu bleskov. Ako bolo ukázané v prácach [J. Klačka and M. Kocifaj, “Scattering of electromagnetic waves by charged spheres and some physical consequences,” J. Quantitative Spectrosc. and Radiative Transfer 106,170183 (2007) a J. Klačka and M. Kocifaj, “On the scattering of electromagnetic waves by a charged sphere,” Progress In Electromagnetics Research, Vol. 109, 17-35 (2010)], elektrický náboj ovplyvňuje aj optické charakteristiky svetla a iného elektromagnetického (EM) žiarenia.
Nedávno publikovaná teoretická práca [J. Klačka and M. Kocifaj, “Scattering o f electromagnetic waves by charged spheres and some physical consequences,” J. Quantitative Spectrosc. and Radiative Transfer 106, 170-183 (2007)] ukázala, že elektrický náboj na kvapkách môže ovplyvniť charakteristiky rozptýleného EM signálu. Zmeny tohto signálu súvisia s niekoľkými parametrami. V prvom rade, výrazné zmeny vo vlastnostiach signálu možno očakávať len pri kvapkách, ktoré sú oveľa menšie, ako je vlnová dĺžka dopadajúceho žiarenia. Taktiež materiálové vlastnosti kvapiek sú veľmi dôležité. Kvapky s vlastnosťami blížiacimi sa dielektrikám majú väčší vplyv na EM žiarenie než tie, ktoré majú metalické vlastnosti.
Obrázok 1 ukazuje pomer účinnosti spätného rozptylu pre nabitú sférickú kvapku Qbk(c) v porovnaní s nenabitou kvapkou Qbk a to v závislosti od veľkostného parametra x = 2πα/λ, kde a je polomer vodnej kvapky a A je vlnová dĺžka dopadajúceho žiarenia.
Krivky sú zobrazené pre dve rôzne vlnové dĺžky, pri ktorých majú vodné kvapky rôzne indexy lomu. Rôzne hodnoty náboja sú tiež uvážené. Z kriviek je evidentné, že rozptýlený EM signál je v prevažnej miere ovplyvnený práve elektrickým nábojom. V prípade veľkých kvapiek sa pomer účinností spätného rozptylu rovná jednej - teda je zhodný s asymptotickým priebehom, kedy sa nepozoruje žiadny vplyv náboja na rozptyl. Je však zrejmé, že hodnoty parametra x, pre ktoré možno pozorovať závislosť spätného rozptylu od elektrického náboja, sú ovplyvnené samotným množstvom elektrického náboja. Oblasť, v ktorej sa účinok náboja stáva „viditeľným“, sa nazýva prechodovou oblasťou. Pre spojité krivky na obrázku 1 je táto prechodová oblasť pozorovaná v rozsahu x ~ 0,002 až 0,01.
Na zvýraznenie zmien v priebehu spätného rozptylu sa použije hrubá a tenká čiara. Poloha prechodovej oblasti závisí od komplexného indexu lomu kvapiek a tiež od vlnovej dĺžky dopadajúceho žiarenia. V prípade menšieho indexu lomu a dielektrických vlastností kvapiek sa prechodová oblasť presúva smerom k väčším hodnotám parametra x.
Podľa Pruppachera a Kletta [H. R. Pruppacher, J. D. Klett, Microphysics of Clouds and Precipitation, Kluwer Academic Publishers, ISBN 0-79234409-X, pp. 930] je možné na vodnú kvapku umiestniť 1 až 108 elementárnych elektrických nábojov, v závislosti od veľkosti kvapky. Čím je kvapka väčšia, tým väčší môže byť náboj. Tento fakt treba brať do úvahy pri výpočtoch rozptylu žiarenia na nabitých kvapkách.
Obrázok 2 ukazuje veľkosť náboja ako funkciu polomeru kvapky. V prípade výbojov (bleskov) sa môžu očakávať podobné množstvá náboja.
Výpočty účinnosti spätného rozptylu sú prezentované na obrázku 3, pričom bol zohľadnený priebeh hodnôt elektrického náboja podľa obrázka 2. Polomer častíc sa menil v rozsahu od 0,01 do 100 mikrometrov a výpočty boli realizované pre tri vlnové dĺžky. Tieto tri diskrétne vlnové dĺžky boli zvolené tak, aby index lomu kvapiek vzrastal s rastúcou vlnovou dĺžkou. Pri najmenšej vlnovej dĺžke majú častice skôr dielektrické vlastnosti, a práve vtedy možno pri malých nabitých kvapkách pozorovať najväčšie zmeny v účinnosti spätného rozptylu. Pri najväčšej vlnovej dĺžke sú tieto zmeny najmenšie a častice majú skôr metalickejšie vlastnosti.
S K 288616 B6
Nech Α(α;λ\ : /b) je pomer účinností spätného rozptylu nabitých a nenabitých kvapiek na dvoch vlnových dĺžkach:
z:VÍ,': 'Μ:::ΊΟΜ') ' aľu)
Premenná a použitá v uvedenom vzťahu reprezentuje polomer kvapky. Keď sa analyzuje pomer A(a,: Ž2) ako funkcia polomeru kvapky, tak možno nájsť prechodovú oblasť, ktorá oddeľuje prvú časť závislú od elektrického náboja s hodnotami A > 1 od druhej časti s hodnotami A takmer nerozlíšiteľnými od jednotky. Záujem je o prvú oblasť a uvedený pomer sa označí ako A(ži : Ž2).
A(ži :ž2)A(a < : ž2)
Intenzita spätného rozptylu meraná detektorom je v podstate superpozíciou intenzít rozptýleného žiarenia generovaného všetkými kvapkami viditeľnými v zornom poli prístroja.
V aproximácii prvého rádu rozptylu je intenzita detegovaného žiarenia pre obe spomínané vlnové dĺžky určená elementárnym rozptylom na kvapkách, teda napr. celková intenzita je /(ž) = W), i
kde h, je intenzita spätného rozptylu na z-tej kvapke. Keďže kvapky sú omnoho menšie ako vlnová dĺžka, tak rozptyl na nenabitých kvapkách môže byť opísaný Rayleighovou aproximáciou rozptylu:
kde /0 je intenzita dopadajúceho žiarenia, a pre z-tu kvapku sa definuje: xí parameter veľkosti, cu polomer, mz komplexný index lomu, n vzdialenosť od detektora a Qbk,i účinnosť spätného rozptylu. Zopakuje sa, že parameter veľkosti je definovaný ako x< = 2παι/λ, kde Á je vlnová dĺžka dopadajúceho žiarenia.
Meraním intenzít spätného rozptylu na dvoch vlnových dĺžkach savie vypočítať hodnotu pomeru
ΜλΛΥ’ a. b Λύ,ιν ...CHbhlí η··3 . - L>ľ<cQ; .l-ŕzj
’......J tujyXHíiM' ? ’ ‘ (a ) + čo je konštanta, nezávislá od počtu a veľkosti kvapiek, keďže tieto sú omnoho menšie ako vlnová dĺžka. Keď sú kvapky nabité, tak tento pomer bude
Ak sa uvažuje oblak kvapiek, ktorých polomer zodpovedá prvej oblasti s A>1, tak sa vedia vybrať práve také vlnové dĺžky, pre ktoré je typická malá alebo žiadna závislosť od
Uj.v (ý J ” a tak sadostáva
Tento výsledok má nasledujúci význam: meraním signálov spätného rozptylu EM žiarenia na dvoch vlnových dĺžkach bolo zistené, že pomer týchto dvoch signálov zostáva pri bežnom vodnom oblaku konštantný, a to bez ohľadu na veľkosť alebo počet kvapiek. Ale od okamihu, v ktorom začne dochádzať k nabíjaniu kvapiek, až po okamih, v ktorom hrozí potenciálne riziko blesku, vzrastie pomer signálov rozptýleného žiarenia úmerne faktoru A (ži : Ž2).
S K 288616 B6
Prehľad obrázkov na výkresoch
Obrázok 1: Pomer účinností spätného rozptylu pri nabitých a neutrálnych kvapkách ako funkcia parametra veľkosti x.
Obrázok 2: Závislosť veľkosti elektrického náboja kvapky od jej polomeru. Podľa práce Pruppacher a Klett [3].
Obrázok 3: Pomer účinností spätného rozptylu pre nabité a nenabité kvapky ako funkcia ich polomeru.
Obrázok 4: A(a\ 1 mm : 5 mm) ako funkcia polomeru kvapky.
Obrázok 5: Možná konfigurácia zariadenia: jednoduchá konfigurácia zariadenia s vysielačom a prijímačom umiestnenými na tom istom mieste.
Obrázok 6: Príklad realizácie zariadenia pre 2 frekvencie (fi a fz).
Obrázok 7: Príklad realizácie pre mikrovlnný generátor, v ktorom prepínanie medzi operačnými frekvenciami fi a f2 je riadené kontrolórom.
Obrázok 8: Príklad realizácie pre riešenie s cirkulátorom.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Technológia opísaná v podstate vynálezu sa realizuje v praxi prostredníctvom zariadenia, ktoré meria intenzitu spätného rozptylu na dvoch vlnových dĺžkach. Na obrázku 4 je pre prípad Ai = 1 mm a Ž2 = 5 mm vypočítaný pomer A(1 mm : 5 mm) ako funkcia polomeru kvapky. Tento pomer je zhruba 1,6 pre častice s polomerom menším ako cca 5 μιη. Prechodovú oblasť možno pozorovať pri časticiach s polomermi 5-10 μιη. Pri väčších častíc sa hodnota funkcie A asymptoticky blíži k 1. V prvej oblasti s polomermi kvapiek menšími ako ~5 μιη je nárastpomeru signálov približne 60 %.
Príklad 1
Jednoduchá konfigurácia zariadenia s vysielačom 1 a prijímačom 2 umiestnenými na tom istom mieste je znázornená na obrázku 5. Vysielač 1 produkuje EM žiarenie dvoch frekvencií (alebo vlnových dĺžok) a generované žiarenie je smerované k oblaku vodných kvapiek. Zariadenie môže byť konštruované ako radar, pri ktorom je zdroj EM žiarenia nasmerovaný k oblakom Pri tradičnej konfigurácu sú vysielač 1 a prijímač 2 jednoduché zariadenia (parabola) alebo to môžu byť oddelené zariadenia. Vlna bude vysielaná smerom k oblaku, v ktorom dochádza k rozptylu na jednotlivých kvapkách. Rozptýlené vlny sa šíria všetkými smermi. Tie, ktoré smerujú naspäť k vysielaču 1, sú označované ako vlny spätného rozptylu a môžu byť detegované prijímačom 2 nachádzajúcim sa blízko vysielača ľ Detegovaný signál je superpozíciou zložiek rozptýleného žiarenia pre obe vlnové dĺžky.
Časť žiarenia rozptýleného na kvapkách smeruje späť a je registrovaná prijímačom 2. Jednotlivé zložky intenzít pre obe vlnové dĺžky sú rozpoznateľné počítačovým systémom 4. Pomer týchto intenzít je monitorovaný riadiacou jednotkou 3. Dáta sú uskladnené v jednotke 5 na uskladnenie dát.
Príklad 2
Druhá možnosť spočíva vo využití viacerých detektorov, z ktorých každý je naladený tak, aby zbieral len signál určitej frekvencie.
Na obrázku 6 je príklad realizácie pre 2 frekvencie (fi a f2), kde dva generátory, mikrovlnný generátor 6 a mikrovlnný generátor 7 generujú mikrovlnné žiarenia Ai = 1 mm a = 5 mm Signály sú privedené na ožarovač 8 a ožarovač 9 a žiarenie je následneemitované do atmosféry pomocou parabolického reflektora 10.
Príklad 3
Iný prístup treba zvoliť v prípade, že vysielač pracuje v pulznom režime. Vtedy je vhodné generovať a prijímať signál len jednej frekvencie a následne prepnúť zariadenie do druhého frekvenčného módu, a potom celý proces cyklicky opakovať. Prijímač bude spracovávať obdĺžnikový signál, pričom frekvencia bude zodpovedať frekvencii vysielača. Bez ohľadu na to, ako budú získané intenzity signálov na oboch vlnových dĺžkach, bude pomer týchto signálov daný podielom oboch zložiek. Ak pri monitorovaní tohto pomeru, A(Ai : A2), dôjde k zaregistrovaniu výraznej zmeny, tak táto bude interpretovaná ako dôsledok elektrického náboja v oblakoch a teda aj ako potenciálne riziko bleskov. Na obrázku 7 je znázornená realizácia pre mikrovlnný generátor 14, v ktorom prepínanie medzi operačnými frekvenciami fi a f2 je riadené kontrolórom JA.
S K 288616 B6
Príklad 4
Na obrázku 8 je znázornené riešenie s cirkulátorom 13, ktorý prepúšťa signál len v istom smere, a tak umožňuje jednak doviesť signál na ožarovač 8 (AF1) a odviesť detegovaný signál z atmosféry na detektor 12Prechod z MW zdroja - generátora 14 na detektor 12 je nemožný.
Priemyselná využiteľnosť
Blesky sú zvlášť nebezpečné pri pristávaní a vzlietam lietadiel, kde môžu spôsobiť stratu výkonu alebo 10 úplne znefunkčniť prístroje lietadla a spôsobiť leteckú katastrofu. Aby sa tomu predišlo, radšej sa v prípade nebezpečenstva výskytu bleskov zvolí v praxi cesta uzatvorenia letiska. Znefunkčnenie letísk je však finančne veľmi náročné, a preto je pre každé letisko ekonomicky výhodné mať zariadenie na presnú indikáciu výskytu nebezpečných bleskov.

Claims (7)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Spôsob indikácie ohrozenia bleskom, pri ktorom sú informácie o elektrickom náboji vodných kvapiek získané meraním signálu spätného rozptylu elektromagnetického žiarenia, na zariadení na indikáciu ohrozenia bleskom sú nastavené prahové hodnoty, potomsú sledované a porovnávané dva signály, pričom ak pomer týchto dvoch signálov zostáva konštantný, situácia sa vyhodnotí ako bez rizika ohrozenia bleskom, a ak pomer týchto dvoch signálov stúpne nad prahovú hodnotu, situácia sa vyhodnotí ako riziko ohrozenia bleskom, vyznačujúci sa tým, že informácie o elektrickom náboji kvapiek sa získajú meraním signálu spätného rozptylu elektromagnetického žiarenia na dvoch vlnových dĺžkach vytvárajúc tým dva signály, ktoré sú účinnosťou spätného rozptylu nabitých a nenabitých častíc vo forme kvapiek, odvodenou z intenzity spätného rozptylu na dvoch vlnových dĺžkach, kde operačný rozsah vlnových dĺžok je od 1 do 50 mm, rozmer sledovaných častíc je minimálne o dva rády menší a dva signály sú monitorované a porovnávané pri dvoch rôznych vlnových dĺžkach, pričom ak sa pomer týchto dvoch signálov zvýši minimálne o 10 %, situácia s a vyhodnotí ako riziko ohrozenia bleskom
  2. 2. Spôsob indikácie ohrozenia bleskom podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že prahová hodnota zariadenia na indikáciu ohrozenia bleskom je nastavená tak, že sú vybrané dve ľubovoľné vlnové dĺžky z rozsahu od 1 mm do 50 mm, z tabuliek sú určené komplexné indexy lomu kvapiek na oboch vlnových dĺžkach, následne je vypočítaný teoretický odstup medzi signálom bez elektrického náboja a signálom s elektrickým nábojom, a ak je teoretický odstup N menší ako 10 %, tak sa musia zvoliť iné vlnové dĺžky, ak je teoretický odstup N väčší ako 10 %, zvolené vlnové dĺžky sú použiteľné pre dané zariadenie, a prítomnosť elektricky nabitých kvapiek bude indikovaná odstupomsignálov na úrovni minimálne 0,75 N.
  3. 3. Spôsob indikácie ohrozenia bleskom podľa nárokov la 2, vyznačujúci sa tým, že zvolené vlnové dĺžky sú kombinované a sú použité dve vlnové dĺžky alebo viac vlnových dĺžok.
  4. 4. Zariadenie na indikáciu ohrozenia bleskom, vyznačujúce sa tým, že obsahuje vysielač (1), prijímač (2), riadiacu jednotku (3), počítačový systém (4) a jednotku (5) na uskladnenie dát, pričom počítačový systém (4) je dátovo obojsmerne prepojený s riadiacou jednotkou (3) a s jednotkou (5) na uskladnenie dát, a počítačový systém (4) je nakonfigurovaný na spracovanie dát a vykonávanie výpočtov podľa spôsobu na základe nárokov 1 - 3.
  5. 5. Zariadenie na indikáciu hrozby blesku podľa nároku 4, vyznačujúce sa tým, že ďalej obsahuje niekoľko samostatných prijímačov (2), z ktorých každý je naladený na príjem signálu len jednej špecifickej frekvencie.
  6. 6. Zariadenie na indikáciu hrozby blesku podľa nárokov 4 alebo 5, vyznačujúce sa tým, že zariadenie ďalej obsahuje mikrovlnný generátor (14) pracujúci v pulznom režime na generovanie a prijímanie signálu iba jednej frekvencie a mikrovlnný generátor (14) je nakonfigurovaný na následné prepnutie do druhého frekvenčného režimu a následné cyklické opakovanie tohto procesu.
  7. 7. Zariadenie na indikáciu hrozieb bleskom podľa jedného z nárokov 4 až 6, vyznačujúce sa tým, že zariadenie obsahuje cirkulátor (13) nakonfigurovaný na použitie medzi mikrovlnným generátorom (14) a detektorom (12), pričom je cirkulátor (13) ďalej nakonfigurovaný na uvoľnenie signálu iba v určitom smere, pričom prepojenie mikrovlnného generátora (14) na detektor (12) je zamedzené.
    5 výkresov
    S K 288616 B6 vodné kvapky Π -2 /3 Hl: q :: 40e / 30¾ (hrubá / iririkri krivka) plná krMw: υ·-I.123-0.259= (Ä-12,a quv yrerukavririá krivka j'ri:2.43? S ?3i (Λ*Π ruriú
    0.0001 0.001 0.01 0/1 parameter vaFkosh x H
    Obrázok 1
    tec· polomer kvapky (uml
    S K 288616 B6
    vodné kvapky (T“273 K?
    Povrchový náboí nnmotô od pc W:e
    ......... 1. S75-O.4 ? í (A ~ δ.2 mm) i-n~2 á - 1 p: p . ·. ; rniTÔ
    —. ríY'-'4..248-2,55i (Ä ~ δ-mm)
    0,1 T,..xrrtTrr^............?.,..7.....r7^,rf^..... r„rTrm^
    0.01 0 · : 10 WO polomer kvapky (pm| vodné kvapky fh*3.73 K)
    Povrchový náboj narastá od - i P po -10?e
SK114-2013A 2013-12-19 2013-12-19 Spôsob a zariadenie na indikáciu ohrozenia bleskom SK288616B6 (sk)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK114-2013A SK288616B6 (sk) 2013-12-19 2013-12-19 Spôsob a zariadenie na indikáciu ohrozenia bleskom
US15/105,560 US10859694B2 (en) 2013-12-19 2014-12-19 Method and apparatus for lightning threat indication
PCT/SK2014/000024 WO2015094130A1 (en) 2013-12-19 2014-12-19 Method and apparatus for lightning threat indication
EP14833297.6A EP3105614B1 (en) 2013-12-19 2014-12-19 Method and apparatus for lightning threat indication

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK114-2013A SK288616B6 (sk) 2013-12-19 2013-12-19 Spôsob a zariadenie na indikáciu ohrozenia bleskom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK1142013A3 SK1142013A3 (en) 2016-03-01
SK288616B6 true SK288616B6 (sk) 2018-11-05

Family

ID=53404990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK114-2013A SK288616B6 (sk) 2013-12-19 2013-12-19 Spôsob a zariadenie na indikáciu ohrozenia bleskom

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10859694B2 (sk)
EP (1) EP3105614B1 (sk)
SK (1) SK288616B6 (sk)
WO (1) WO2015094130A1 (sk)

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4792806A (en) 1982-01-15 1988-12-20 Atlantic Scientific Corporation Lightning position and tracking method
US4672305A (en) 1983-07-22 1987-06-09 Ernco Industries, Inc. Storm warning method and apparatus
US5140523A (en) 1989-09-05 1992-08-18 Ktaadn, Inc. Neural network for predicting lightning
US5621410A (en) * 1992-11-05 1997-04-15 New Mexico Tech Research Foundation Remote prediction of lightning hazards
JPH09329672A (ja) 1996-06-07 1997-12-22 Kansai Electric Power Co Inc:The 発雷予測方法
JP3266884B2 (ja) 1999-10-15 2002-03-18 義宏 平川 雷検知器
US6405134B1 (en) 2000-08-30 2002-06-11 Weatherdata, Inc. Method and apparatus for predicting lightning threats based on radar and temperature data
US7069258B1 (en) 2002-09-26 2006-06-27 Bothwell Phillip D Weather prediction method for forecasting selected events
US6828911B2 (en) 2003-03-20 2004-12-07 David E. Jones Lightning detection and prediction alarm device
US7242343B1 (en) * 2004-09-15 2007-07-10 Rockwell Collins, Inc. Directed sequential hazard assessment weather radar
US7307576B1 (en) * 2005-09-23 2007-12-11 Rockwell Collins, Inc. Hazardous and non-hazardous weather identification system and method
US7511467B2 (en) * 2005-10-14 2009-03-31 Nokia Corporation Detection of lightning
US8432306B2 (en) 2009-10-16 2013-04-30 Propagation Research Associates, Inc. Method and apparatus for the nowcast of lightning threat using polarimetric radar

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015094130A1 (en) 2015-06-25
EP3105614B1 (en) 2018-01-31
EP3105614A1 (en) 2016-12-21
US10859694B2 (en) 2020-12-08
SK1142013A3 (en) 2016-03-01
US20160320483A1 (en) 2016-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103782156B (zh) 结冰检测的装置和方法
US10207810B2 (en) Optically detecting cloud metrics using sampled analog measurements of light reflection
CN103072695A (zh) 确定云的水滴大小分布的方法
CN102005097A (zh) 一种红外激光周界防范方法
CN109633654A (zh) 一种用于太赫兹雷达的卷云微物理参数计算方法
Chiou et al. Attenuation of millimeter-wave in a sand and dust storm
CN113885022A (zh) 一种跌倒检测方法及雷达设备
JP5328976B2 (ja) 侵入物識別装置
SK288616B6 (sk) Spôsob a zariadenie na indikáciu ohrozenia bleskom
Williams et al. Identifying insects, clouds, and precipitation using vertically pointing polarimetric radar Doppler velocity spectra
Chen et al. A vertical reflection ionospheric clutter model for HF radar used in coastal remote sensing
Walsh et al. An analytical model for HF radar ionospheric clutter
Teng et al. Numerical simulation of raindrop scattering for C-band dual-polarization Doppler weather radar parameters
Khan et al. Foreign objects debris (FOD) identification: A cost effective investigation of FOD with less false alarm rate
RU2491574C1 (ru) Способ радиолокационного измерения заряда частиц облаков и осадков
Yanovsky et al. Doppler‐polarimetric radar meteorological applications
How et al. Radar detector performance analysis using EM simulations of targets' RCS
Vaid et al. A Computational Model for the estimation of IR Attenuation in Duststorm with varying visibility
Walsh et al. High frequency radar clutter power for mixed ionosphere-ocean propagation
CN112379349B (zh) 一种机场道面异物分类方法、装置、设备和存储介质
Zeng et al. Target detection method based on optical fiber fence
CN110927725B (zh) 一种基于气象雷达的雷电预警和监测方法
Pitertsev et al. Efficiency estimation for the parametric radar algorithm of detection of probable aircraft icing zones
CN109143227A (zh) 一种基于毫米波相控阵天线雷达的报警系统和方法
Ryan et al. A derivation of the radar cross section of an iceberg for a pulsed high frequency radar

Legal Events

Date Code Title Description
QA4A Licence offer for patent

Effective date: 20181106

TC4A Change of owner's name

Owner name: VIDEEN GORDEN, DR., ADELPHI, MARYLAND 20905, US

Effective date: 20220126

Owner name: UNIVERZITA KOMENSKEHO V BRATISLAVE, BRATISLAVA, SK

Effective date: 20220126

Owner name: USTAV STAVEBNICTVA A ARCHITEKTURY SAV, V. V. I, SK

Effective date: 20220126

MM4A Patent lapsed due to non-payment of maintenance fees

Effective date: 20231219