Если Вы интересуетесь наблюдением за уровнем статического напряжения в штормовую погоду, грозу, то предлагаемая схема монитора поможет Вам начать. Я был молод, любознателен и всегда интересовался такими явлениями как радиочастотный шум Земли, так же как радиочастотный спектр во время бушующего шторма (бури, грозы). Я также полагал, что, если уж у меня имеются установленные антенны, то если я распознаю вовремя сильное статическое поле, образующееся вокруг меня, то смогу вовремя среагировать на возможный удар молнии (например, заземлить антенны). В одной из разработанных мной схем я применил компаратор, включающий звуковой сигнал тревоги, если напряжённость статического поля (В/м) достигала предустановленного значения.
Я построил много устройств, начиная от ламповых и кончая конструкциями на полевых транзисторах (ПТ) с изолированным затвором, но предлагаемая конструкция превзошла все по надёжности и может оказать неоценимую помощь в случаях, упомянутых выше. Если Вы не найдёте измеритель с нулевой отметкой посередине, я уверен, что Вы приспособите и другие - с нулём на краю шкалы, также как подбором значений деталей схемы сможете адаптировать к предлагаемой схеме любой подходящий измеритель, согласно его импеданса и тока полного отклонения стрелки. Также, Вы можете применить другие типы полевых транзисторов, я же применил полевой транзистор с переходом, с каналом р-типа (JFET).
Одновыходная схема может быть также образована путём присоединения измерителя для измерения тока полевого транзистора напрямую, только не забудьте подключить резистор утечки/смещения к положительному полюсу источника питания с р-канальными ПТ и к отрицательному - с n-канальными.
В этом ракурсе, одной из моих лучших схем за все годы является та, в которой используется n-канальный двухзатворный ПТ с изолированными затворами (MOSFET), например, такой как 40673 с обоими затворами, соединёнными вместе.
Схема
В приведённой схеме, затвор ПТ с р-каналом соединён с общим проводом, поскольку используется двухполярное питание, через очень высокое сопротивление, - я использовал в первой версии 11 Мом. Помните, что такие резисторы не только трудно достать, но это место является камнем преткновения, если в схеме имеется большая утечка. В этом аспекте, лучше всего, оставить затвор в покое и использовать высококачественный новый коаксиальный кабель, подведя его к внешней антенне, обычно, - с ёмкостной нагрузкой. Вам необходимо заняться и устройством защиты от осадков точек конструкции антенны, где возможна утечка энергии на землю, иначе, Вы обнаружите, что Ваш измеритель потеряет чувствительность при первых каплях дождя.
Я использовал 22-дюймовый штырь от антенны (Wilson) с её обычными узлами крепления с двумя гайками на конце для крепления ёмкостной нагрузки и с пластиковым зонтиком для защиты конструкции антенны в нужных местах от влаги.
Подобным же образом, коаксиальное соединение должно быть защищено от влаги – здесь я применил соединители N-типа на антенне и на шасси для измерителя внутри помещения. Что касается высокоомной резистивной нагрузки, я уверен, что, при необходимости, Вы можете изготовить и дома Вам необходимые. Для большой напряжённости поля я использовал в качестве нагрузки потенциометр сопротивлением 10 Мом, который я мог, при необходимости, исключать из схемы. Для этой цели я использовал выключатель с керамическим изолятором, предназначенный для высоковольтных цепей, чтобы снизить утечки, но и более дешёвые типы выключателей в этой цепи работают неплохо. Тип применяемого ПТ некритичен,- я использовал J176 от All Electronics, также от этой фирмы “пришли” ко мне потенциометр в 10 Мом и измеритель.
Что касается источника питания, то его напряжение в 12 В для ЗЧ секции – некритично, но двухполярное должно быть хорошо стабилизированным и поступать преимущественно от другого трансформатора или другой обмотки при сетевом питании, поскольку пики токов от ЗЧ ИМС разбалансируют схему измерителя. В результате эксперимента, я обнаружил, что изменение напряжения смещения ОУ даёт очень чувствительный способ управления балансировкой измерителя, более приемлемый, чем сдвиг показаний измерителя другими способами (например, ручным, механичеким, при стрелочном индикаторе или электронной балансировкой (установкой нуля) - на самом измерителе). Должен заметить, если Вам не удастся достать измерителя с нулём посередине, то Вы можете заземлить один его вывод или соединить его с выводом подстроечного резистора, где выводы этого потенциометра соединены с плюсом и минусом источника питания, например, потенциометра сопротивлением в 5 или 10 кОм. Я это опробовал и всё работало ОК, но больше всего мне понравилась работа измерителя 250-0-250 мкА. Я ещё до сих пор не разработал добротной схемы автоустановки нуля измерителя, обычно, балансировка нарушается при смене полярности, которую можно наблюдать при разрядах молний, также как и в окружающем Вас “мирном” статическом поле. В режиме максимального усиления (чувствительности), Вы можете замечать изменения градиентов поля в ясную погоду на протяжении суток, также как и отмечать грозы на расстояниях за штат (США) от Вас. Одной из проблем, которой страдает эта схема грозоотметчика является необходимость частотой корректировки нуля измерителя, особенно, в положении максимального усиления, связанная со сменой полярности напряжения во время грозы.
Аналоговый измеритель может быть заменён цифровым мультиметром с компьютерным интерфейсом. На рисунке приведён эскиз цифрового мультиметра Velleman DVM345, используемого в качестве передаточного записывающего устройства. (transient recorder). Программное обеспечение позволяет наблюдать графическое изображение величин и сохраняет полученные значение в файле ".dat".
MasView - программный материал для Windows, предоставляемый Velleman (http://www.velleman.be/)
Цифровой мультиметр DVM 345 Velleman с компьютерным интерфейсом.
Чем выше усиление ОУ, или выше входной импеданс цепи затвора ПТ, тем яснее проступает проблема, из-за которой я советую снижать импеданс цепи затвора и, также, усиление ОУ в сильных статических полях. Я также обеспечил ЗЧ доступ от ОУ и смешал этот сигнал с различными уровнями для статических и РЧ сигналов, встроив регулировки громкости (уровня).
ЗЧ часть
Сигнал ЗЧ поступает из простой ИМС типа LM380, Вы заметите взаимодействие регуляторов, если построите всё как показано здесь. Буферный усилитель и схема смесителя были бы полезны, но я старался обойтись здесь минимумом деталей. Хорошим дополнением к выходной схеме ЗЧ был бы эквалайзер (грубо: регулятор тембра), с помощью которого можно было бы сформировать выходную АЧХ устройства и уменьшить уровень помех, таких, например, как фон сети переменного тока.
На этом изображении приведён пример выходного сигнала 0…22 кГц, полученного с помощью программного материала Spectrum Lab Software, разработанного DL4YHF). Начиная снизу-вверх: шум, сигналы типа “spherics”, сигналы станций проекта Alpha, один сигнал CW и множество сигналов RTTY- станций.
РЧ часть
Для РЧ части я использовал старую низкочастотную катушку Tesla, которую я намотал на пластмассовой трубе длиной 4 фута и диаметром 6 дюймов, где я расположил 3000 витков провода. Вы можете возразить, ведь и прямая “верёвочная” антенна работает здесь неплохо, также приемлемо применение укорачивающих элементов, так что катушка - монстр здесь совсем не обязательна, но я хотел принять максимум сигналов на низких частотах, как раз, за счёт высокой добротности катушки, чтобы снизить общее усиление схемы, чтобы, в свою очередь, минимизировать фон питающей сети частотой 60 Гц (в США, у нас – 50 Гц). В этом смысле, длинные штыри, и, особенно, провода являются здесь нежелательными. Сигнал усиливается входным ОУ, имеющим в своём составе ПТ (JFET), избирательность по входу обеспечивается, благодаря малой величине конденсатора, которая позволяет достигнуть высокой чувствительности с минимумом фона 60 Гц. ОУ типа 741 обеспечивает усиление ЗЧ, а другой ОУ 741 используется для питания измерительной головки с током полного отклонения стрелки 500 мкА (с нулём с края шкалы) для индикации уровней РЧ сигналов. Я счёл полезным включить последовательно с измерителем регулятор, чтобы установить его на панели вместе с регулятором усиления ОУ 741, питающего измеритель, это обеспечивает наибольшую гибкость прибору при различных погодных условиях. Этот измеритель очень полезен для определения количества грозовых разрядов в единицу времени в ненастную погоду.
Заключение
Я заметил, что в грозу, освобождение большого количества энергии внутри облаков, способствует появлению неожиданных ливневых потоков, показывающим, что поля внутри облаков удерживают большие массы воды и, когда они, после разряда, слабеют и не могут удерживать воду, она проливается, после ударов мощных молний, как из ведра. Во многом, это - уже общеизвестная истина, которую я постиг много лет назад, читая бессмертные труды Николы Тесла по этой проблеме и заинтересовался ею, посчитал, что, всё-таки, интересно наблюдать за сбором и накоплением энергии и смотреть на появляющийся налицо результат – что же выйдет вскоре из этого.
В общем, схема очень проста, может быть выполнена во многих вариациях, и, надеюсь, Вы найдёте её интересным дополнением к Вашей низкочастотной (сверхдлинноволновой) аппаратуре наблюдения. Мне было бы интересно увидеть воплощение в жизнь идей по автоматической регулировке функции установки нуля измерителя статического электричества, особенно, если реальная схема не нарушает значимую информацию о смене полярности, и в этом свете, я надеюсь услышать разумные идеи от всех читателей. Вы найдёте мой электронный адрес на моём сайте: http://www.shipleysystems.com/~drvel/ , или http://www.bbsnets.com/public/users/russell.clift/index.htm , может быть, Вы что-нибудь захочете послать на этот сайт для всеобщего обозрения. Надеюсь на новые идеи от всех читателей, которые находят проекты, подобные упомянутым выше, интересными.
Russell E. Clift, AB7IF
Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ)
Такое устройство, как регистратор грозы, хорошая вещь для любителей похода и не только. Он регистрирует грозу в радиусе примерно 80км. Это позволит вам вовремя отключить кабель сети интернета, так как сетевые карты часто горят при близких разрядах молний, или успеть пойти снять сушащееся бельё на улице, пока его не намочил дождь. Собрать регистратор грозы не так уж и сложно, так как он не содержит дефицитных деталей и особой настройки, надо всего лишь настроить R4 - это порог чувствительности детектора.Удлиняющая катушка L1 повышает ее эффективность. Входной контур L2 C2 настроен на частоту около 330 кГц, L2-мотается на любом контуре от старого радиоприемника, диаметр каркаса 5мм, 360витков провода 0.2мм, высота намотки 10мм. Контур L1 теже параметры только 58 витков провода 0.2мм в моем варианте этой катушки нет, я её заменил на другую - с ней можно поэксперементировать. в формате LAY.
О деталях самодельного регистратора приближения грозы. Транзисторы VT1-VT4 могут быть любые, от КТ315/КТ361 до КТ3102/КТ3107. Диод VD1 - любой импульсный. Принцип действия: усиленный транзистором VT1 сигнал поступает на регистрирующий каскад (VT2- VT4). ВЧ импульс открывает транзисторы VT2 и VT3 и разряжает конденсатор С4. Ток его зарядки, проходя через диод VD1 и резистор R6, приводит к более длительному открыванию транзистора VT4 и зажиганию индикаторной лампочки VL1.
Можно применить светодиод или звуковой индикатор со встроенным генератором - что вам удобнее. Проверить регистратор можно с помощью пьезозажигалки - щелкая зажигалкой на расстоянии полметра от антены. Рекомендуется заземлить устройство, так будет больше чувствительность. Автор: (просьба уточнить).
Жить, постоянно опасаясь того, что тебя может ударить молния, наверное, не слишком разумно. Тем более странными кажутся покупка и ношение на поясе прибора, который предупреждает о приближении грозы. Паранойей попахивает. Ладно. А если учесть, что во всём мире каждую секунду молния ударяет 100 раз?
Ещё факты. На нашей планете происходит, как минимум, 8,6 миллиона ударов молний в день. Американское федеральное агентство по чрезвычайным обстоятельствам (Federal Emergency Management Agency) подсчитало, что из-за этих электрических разрядов только в США гибнет двести человек в год, ещё 750 получают повреждения.
Ежегодные затраты, связанные с последствиями — $4-5 миллиардов.
70% всех повреждений и несчастий по вине молний имеют место днём. 85% жертв молнии — дети и молодые люди в возрасте 10-35 лет, находящиеся на открытом воздухе. 20% всех жертв умирают от самого удара молнии на месте.
Никто из них, заметьте, не планировал принять на себя от 100 миллионов до одного миллиарда Ватт вкупе с 10 тысячами градусов Цельсия — температуры, эквивалентной «жаре» на Солнце.
Стало быть, меры предосторожности могут быть не лишними и очень даже разумными. Особенно, если человек проживает в «молниеопасном» регионе.
О некоторых способах борьбы с «карой Господней» мы уже рассказывали , но тогда речь шла в основном об отводе грома от целых поселений. Теперь появился повод поговорить о самозащите.
Прибор StrikeAlert действительно похож на пейджер. А этот «светофор» из светодиодов показывает расстояние до удара молнии в милях (фото с сайта gizmo.com.au).
Американская компания Outdoors Technologies разработала и продаёт переносное устройство под названием StrikeAlert — это первый в мире персональный детектор молний (Personal Lightning Detector).
Приборчик наподобие пейджера носится на поясе, питается от батареек АА и, извините за каламбур, молниеносно предупреждает своего владельца о приближении/удалении и степени опасности «грома небесного».
Удары молний StrikeAlert распознаёт за 60 с лишним километров. Он измеряет расстояния до этих ударов и оповещает хозяина о направлении шторма и показывает, насколько близко грохочет.
Если беда рядом, StrikeAlert возвещает об этом громким акустическим сигналом, который невозможно не заметить.
По степени удалённости прибор идентифицирует четыре интервала: 32-64 км, 19-38 км, 9-19 км и меньше 9 км.
Жидкокристаллического дисплея в устройстве нет, поэтому расстояние в милях показывает «светофор» из пяти светодиодов: пара красных, пара жёлтых и один зелёный.
Они же являются индикатором зарядки батарейки, которой, по заявлению разработчика, хватает на 100 часов непрерывной работы.
Кто предупреждён о молнии, тот не вооружён, но всё ж таки (фото с сайта gizmo.com.au).
Пока всё нормально, StrikeAlert даёт понять о своей «включённости» — зелёный светодиод горит, не мигая. Как только он начнёт мигать, знайте — прибор чувствует молнию.
Следом загорается диод, соответствующий расстоянию до последнего удара. Эта информация обновляется каждые две минуты.
На то, чтобы определить направление, устройству необходимо минут пять. Порядок «возгорания» диодов указывает, приближается гроза или отступает: цикл от зелёного до красного — молнии всё ближе, от красного до зелёного — наоборот.
Необходимо отметить, что StrikeAlert предназначен для использования исключительно на открытом воздухе, иначе он начинает фиксировать статическое электричество, не имеющее к молниям ни малейшего отношения.
В помещении прибор могут ввести в заблуждение источники электромагнитной эмиссии, вроде электронно-лучевых трубок телевизора или компьютерного монитора, двигатели и моторы, а также мощное электрооборудование.
Пользу данного устройства безусловно оценят туристы, любители походов, рыбаки, охотники и т.д. Регистрировать грозу посредством него можно на расстоянии примерно в 80 км. В большинстве случаев этого достаточно, чтобы вовремя укрыться, спрятаться, обесточить электрооборудование.
Поскольку в конструкции регистратора не содержится редких и дорогостоящих деталей собрать его по силам почти каждому. Единственно, надо будет повозиться с порогом чувствительности детектора (настроить R4).
Схема прибора:
Катушка-удлинитель L1 повышает общую эффективность устройства. Частота настройки входного контура L2 C2 примерно 330 кГц.
Из старого радиоприемника берется любой контур. L2-мотается проводом 0.2 мм. 360 витков на каркас диаметром 5 мм. Высота намотки 1 см. Аналогичные параметры у контура L1, только витков не 360, а 58. Со второй катушкой можно поэкспериментировать, убрать совсем или заменить другой.
В регистраторе грозы используются следующие детали:
- транзисторы VT 1 — 4 (подойдут любые от КТ 315-361 до КТ 3102-3107;
- какой угодно импульсный диод VD1.
Принцип работы : каскад-регистратор (VT2-VT4) принимает сигнал усиленный транзистором VT1. Транзисторы VT2 и VT3 открываются ВЧ импульсом, затем разряжается конденсатор С4. Диод VD1 совместно с резистором R6, пропуская ток зарядки С4, инициируют более продолжительное открывание транзистора VT4 и активизацию лампочки-индикатора VL1.
Печатная плата формат LAY.
Допускается использование не только светодиода, но и звукового индикатора с интегрированным генератором, кому как удобно. Для проверки регистратора можно воспользоваться пьезозажигалкой. Устройство должно сработать на щелканье зажигалкой с расстояния в полметра. Регистратор грозы рекомендуется заземлить, это увеличит чувствительность.
Права на фотографии принадлежат Алексею Шепелеву
Д анное устройство отлично подойдет для тех, кто занимается туризмом, походами, и не только.Оно позволяет регистрировать грозу в радиусе примерно 80 км, что позволит вовремя найти укрытие, спрятаться, отключить электрооборудование.
Собрать регистратор грозы не так уж и сложно, так как он не содержит дефицитных деталей и особой настройки, надо всего лишь настроить R4 - это порог чувствительности детектора.
Удлиняющая катушка L1 повышает ее эффективность. Входной контур L2 C2 настроен на частоту около 330 кГц.
L2-мотается на любом контуре от старого радиоприемника, диаметр каркаса 5мм, 360витков провода 0.2мм, высота намотки 10мм. Контур L1 теже параметры только 58 витков провода 0.2мм в моем варианте этой катушки нет, я её заменил на другую - с ней можно поэксперементировать.
Печатная плата в формате LAY .
О деталях самодельного регистратора приближения грозы. Транзисторы VT1-VT4 могут быть любые, от КТ315/КТ361 до КТ3102/КТ3107. Диод VD1 - любой импульсный. Принцип действия: усиленный транзистором VT1 сигнал поступает на регистрирующий каскад (VT2- VT4). ВЧ импульс открывает транзисторы VT2 и VT3 и разряжает конденсатор С4. Ток его зарядки, проходя через диод VD1 и резистор R6, приводит к более длительному открыванию транзистора VT4 и зажиганию индикаторной лампочки VL1.
Можно применить светодиод или звуковой индикатор со встроенным генератором - что вам удобнее. Проверить регистратор можно с помощью пьезозажигалки - щелкая зажигалкой на расстоянии полметра от антенны.
