Blitzbeobachtung und Messergebnisse        

             
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Wolfgang Triebig schrieb: Anbei ein kleines Gewitter, das drei Anzeigen gebracht hat.  Die Messungen wurden mit einem Arduino durchgeführt, Auswertung in Excel.




Gerd Sinning berichtet: Heute gab es ein schönes Gewitter und ich möchte Ihnen die Bilder zuschicken. Die Impulse habe ich mit meinem DSO aufgenommen. Die Versuchsanordnung war einfach, nur eine 4.7 mH Spule mit 30 cm Draht als Antenne direkt am Scope, ohne weitere Elektronik. Der nackte Blitz. Die Spule scheint bei ca. 300 kHz Eigenresonanz zu haben, da empfängt man die Blitze offensichtlich gut. Der erste Blitz war in ganz in der Nähe, in den anderen Screenshots sieht man auch Mehrfachblitze.

 

 










Gewitterinfo von  Gerd Sinning
Gewitter sind relativ komplexe atmosphärische Erscheinungen und dahinter steckt mehr als Blitz und Donner. Im Internet gibt es umfangreiches Material dazu und viele Veröffentlichungen. Wenn man durch die Links im Anhang liest, dann merkt man wie viel Aufmerksamkeit die Gewitter weltweit finden.

Zunächst eine Zusammenfassung

Beim Blitz gibt zwei Arten die man unterscheiden kann, intracloud (IC) und cloud-to-ground (CG) [1]. Ein Gewitter beginnt mit IC Blitzen von Wolke zu Wolke etwa 5 bis 30 Minuten vor eventuellen CG Blitzen und das kann zur Frühwarnung dienen. Die Frequenzen liegen im VHF Bereich ab ca. 50 MHz, denn die Weglänge Wolke zu Wolke ist kurz. IC Blitze sind auch erheblich häufiger als CG Blitze und können auch vorkommen ohne spätere CG.
Eine CG Entladung von Wolke zum Boden erzeugt ein breites elektromagnetisches Signalspektrum im LF und VLF Bereich und einen kurzen Lichtimpuls, den sichtbaren Blitz. Die Signale werden zwischen Boden und Ionosphäre reflektiert und können sich über große Distanzen ausbreiten[2].



Das Bild aus [3] zeigt das Frequenzspektrum und die Signalstärke von einem CG Blitz und den IC Blitzen

Die CG Blitze haben ein Maximum zwischen 10 und 12 kHz, sind aber auch noch bei 300 bis 500 kHz zu empfangen und die IC Blitze sind im VHF Bereich ab ca. 50 Mhz.

Was kann man messen[4]: CG Blitze im LF-VLF Bereich [5], z. B. die Anzahl pro Zeiteinheit. Die Amplitude ist weniger aussagekräftig, denn ein starker entfernter Blitz kann eine ähnliche Amplitude haben wie ein naher schwacher Blitz.

Das war ein CG Blitz, empfangen mit einer 4,7 mH Spule und einer kurzen Antenne

Das war wohl ein IC Blitz.

(IC Blitze im VHF Bereich, unbedingt beim nächsten Gewitter testen. )
Mit zwei gekreuzten Spulen (Nord,Süd und Ost,West) kann man die Richtung bestimmen, wie bei RDF (radio direction finder). Es braucht mehrere Empfangsstationen um dann durch triangulieren die Position zu bestimmen. Deren Uhren müssen gut synchronisiert sein, damit sie den gleichen Blitz messen.

Mit einer Photodiode lässt sich der Blitz-Lichtimpuls messen, bzw. mit einem Array von Photodioden auch die Richtung bestimmen. Wenn dieses Signal mit einem CG Puls kombiniert wird, dann war es sicher ein Blitz und keine Störung durch die Leuchtstofflampe.

Die statische elektrische Ladung, die sich zwischen Boden und Wolke aufbaut bevor es blitzt.[6]

Nun kann man auch die globale Blitzaktivität messen, über die Schumann Resonanz [7]. Das sind globale elektromagnetische Resonanzen die sich zwischen der Erde und der Ionosphäre ausbilden und durch die Entladungen beim Blitz angeregt werden. Das erzeugt stehende Wellen im Hohlraum (cavity, waveguide). Die Frequenzen sind bei ca. 7 Hz und harmonische davon, also extrem niedrig. Man braucht eine Menge Ferritstäbe und 15 km Draht für die Spule. [8] [9]

Das war nur eine kleine Übersicht mit Informationen über den Blitz und mögliche Messungen ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Kommentare und Ergänzungen sind willkommen.
Zitate:
[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Stormscope
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Earth-ionosphere_waveguide
[3] http//www.atmo.arizona.edu/students/courselinks/spring07/atmo589/articles/Cummins_Poland2000.pdf
[4] http://thunder.msfc.nasa.gov/validation/instruments.html
[5] http://www.techlib.com/electronics/lightning.html
[6] http://electronics-diy.com/lightning-detector.php
[7] tttp://en.wikipedia.org/wiki/Schumann_resonances.htm
[8]Anton Kruger, Construction And Deployment Of An ULF Receiver For The Study Of Schumann Resonance In Iowa
[9]Schumann, W.O., 1952, Über die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden
Kugel, die von einer Luftschicht und einer Ionosphärenhülle umgeben ist. Zeitschrift Naturforsch, 7A, 149–154
und alle Blitzartikel auf der Seite von Burkhard Kainka


Vergleich TA7642 gegen CD2003 am 1.7.2013
, von Heinz D.



Entgegen dem Vorschlag von 2012 (AGC=Pin5) haben wir das NF-Signal (Pin11) angezapft. Der Differenziator (100k/100nF wie beim TA7642) bereitet das Signal für T0 auf. Die Abschirmung ist eine alubeschichtete Pappe. Die NF-Endstufe ist außer Betrieb, wg. dem Stromverbrauch. Das Programm arbeitet genauso wie für den TA7642.

Für den CD2003 wurde ein Stromsparmode angehängt: Falls die Anzahl der Blitze auf '0' bleibt/fällt, wird noch 100s gewartet, um dann für 600s=10min den Empfänger abzuschalten. Dadurch wird der Stromverbrauch von 12mA auf durchschnittlich 3mA gesenkt. Die Zeiten sind einstellbar, Sie sollten die On-Zeit jedoch nicht unter 100s absenken. Falls Sie ein anderes Radio anschließen, sollten Sie darauf achten, das nicht mehr als 10mA aus dem Port fließen. Eine LED in Reihe zeigt nicht nur die On-Zeit an, sondern senkt Vcc für den CD2003 auf etwa 3V.




Vergleich TA7642 gegen CD2003 am 1.7.2013







Das war das Maximum. Das Gewitter ist ohne Blitz und Donner nördlich vorbeigezogen und hätte Warnstufe gelb anzeigen müssen.



 
Der CD2003 ist nun auch objektiv wesentlich empfindlicher. Prasseln und Knistern vom herannahenden Gewitter wird schon gezählt. Die Level müssten etwa vervierfacht werden. Trotz Entladen 1 pro Sekunde bleibt das Niveau lange über 4000.

Der TA7642 war auf Entladen 2 pro 2s eingestellt und hatte keine Chance die wenigen Blitze zu summieren. Um den TA7642 ähnlich anzeigen zu lassen, könnte 100k im Differenzierglied gegen 1M versucht werden (nächster Versuch). Außerdem kann die Entladezeit drastisch vergrößert (25s->255s) oder abgestellt werden.

P.S. Beide sind für einen Piezo-Gasanzünder gleich empfindlich und lösen bis 1m Abstand aus. Ein Blitz ist jedoch länger und verursacht je nach Empfänger ein Ausschwingen. 
 
Download: Pollin2313-Gewitter3-bas-hex.zip

Nordmende-Transistorradio als Gewitterwarner, von Jörg Müller

Mit Interesse verfolge ich die Artikel zum Thema Gewitter. Ich habe ein altes "Nordmende Transistorradio" Baujahr ca.  1973 einfach über den Kopfhörer-Ausgang an ein Multimeter angeschlossen. Maximaler Bereich bei dem Multimeter beträgt 1 mA. Das Radio steht auf ca. 530 kHz, und auf maximale Lautstärke eingestellt. Bei Gewitter schlägt das Multimeter z.T. sehr stark aus, Entfernung der zu detektierenden Blitze liegen bei größer 500 km. Bei nahem Gewitter übersteuert die Anzeige des Multimeters daran muss ich noch arbeiten. Tagsüber sind keine Sender zu empfangen, abends relativ schwach - diese stören die Anzeige über das Multimeter allerdings nicht.


27.5.14: Sferics-Frequenz und Reichweite, von Jörg Müller

Die ersten heftigen Gewitter toben. Ich habe verschiedene Frequenzen bei den heutigen heftigen Gewittern in Niedersachsen ausprobiert. Ausgegangen bin ich von 500 kHz auf einen Philips Weltempfänger. Zugegeben kein Spitzengerät, immerhin besser als nix! Bei 500 kHz kriege ich deutliche Signale bis ca. 100 km. Danach werden die Signal sehr schwach und gehen im Rauschen zwar nicht unter, ändern aber ihre akustische Signatur, zeigen also nicht mehr das charakteristische "Prasseln". 

Deshalb habe ich ausgehend von 480 kHz die Frequenzen einfach mal halbiert. Also ca. 240 kHz, damit erhöhe ich die Reichweite auf über 300 km mit deutlichen Blitzsignaturen also dem "Prasselgeräusch" bei der Entladung. Bei ca. 120 kHz das gleiche Ergebnis. Ich kann allerdings noch keine endgültige Aussage über die Entfernung machen. Denke  aber, dass diese Frequenzen für die Detektion von Blitzen in größerer Entfernung besser geeignet sind als 500 - 480 kHz. 

(Danke für die Messungen! Das bestätigt die Vermutung, dass es  günstig ist 500 kHz zu nehmen, wenn es darum geht, nahe Gewitter zu erkennen. Andere Versuche bei 10 kHz haben auch sehr weit entfernte Blitze erkennen können, taugen aber nicht zur Vorwarnung.)



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