Диссертация (1097516), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В данном прибореизмеряется полярная электропроводность воздуха σp. Прибор позволяет измерятьпроводимость σр = 5-1010-15 сим/м, типичное значение у поверхности земли. Скоростьпотока воздуха порядка 20 л/ мин. Выход прибора адаптирован под АЦП L205.Постоянная времени - 100 сек.Рис. 3.2.
Функциональная схема телеметрии для микробарографов.3.1.3. Атмосферное электрическое поле.Для измерения напряженности электрического поля использован сетевой датчик”Поле-2”, позволяющий непосредственно проводить измерение градиента потенциалаэлектрического поля. Суть метода, используемого в приборе, состоит в преобразованиипостоянного потока электростатической индукции измеряемого поля в переменный уповерхности воспринимающего элемента, причем энергию на преобразованиерасходует преобразователь.
Изменение величины потока обуславливает изменениевеличины связанного с ним заряда на воспринимающем элементе. На нагрузке,связанной с воспринимающим элементом, течет переменный ток. Падение напряженияна нагрузке пропорционально напряженности электрического поля. Прибор имеет двапредела измерения напряженности электрического поля 5000 В/м и 500 В/м. Обапредела выведены на АЦП. Точность измерения составляет 20%.3.1.4. Программно-аппаратные средства системы сбора.83Система конструктивно состоит из двух компьютеров, объединенных местнойлокальной сетью. Основной компьютер, выполняющий функцию “хранения ипросмотра данных”, имеет две сетевые карты, обеспечивающие подключение с однойстороны к сети института, с другой стороны – к компьютеру с системой сбора.
Навтором компьютере установлена дисковая операционная система DOS-6.22, с DOSклиентом, осуществляющим поддержку сетевого протокола IPX, для подключения косновному компьютеру.Аналого-цифровоеустановленнойвпреобразованиеDOS-компьютереи(АЦП)выполняетсяпредставляющейплатойсобойL-205,16-канальныйпреобразователь аналогового сигнала в двоичный код с разрешением 12 бит и временемпреобразования 2 мксек. Управление платой осуществляется специально разработаннойпрограммой, которая обеспечивает следующие возможности для работы:1) работа с временным разрешением от 1 мин до 500 гц независимо для каждого из 16каналов;2) работа в режиме прямого доступа в память (ПДП) без участия процессора;3) графическоепредставлениерезультатовпреобразования,свозможностьюизменения масштаба отображения;4) перемещение суточного файла данных на другой компьютер;5) отложенное перемещение при невозможности передачи данных в текущий момент.В данной системе сбора используются 7 каналов.
Первые три с частотой опроса5 раз в секунду осуществляют преобразование данных от микробарографов.Следующие два канала (4 и 5), с частотой опроса раз в 10 секунд, преобразуют сигналыс датчиков напряженности электрического поля, и последние 6 и 7 каналы, с той жечастотой опроса, цифруют сигналы с датчиков электропроводности воздуха.Результатом работы программы является суточный файл данных, который в полночьперемещается с компьютера сбора на компьютер хранения и просмотра данных.Перемещение выполняется благодаря использованию режима ПДП и посредствомсетевого протокола IPX. Если в момент перемещения файла компьютер, получающийданные неработоспособен, или возникли проблемы с сетью, то перемещениеоткладывается до следующей полуночи, когда будет выполнено перемещение уже двухфайлов.
Компьютер, осуществляющий хранение данных, подключен к локальной сетиинститута, посредством которой, возможен оперативный просмотр данных с любогокомпьютера в сети. Просмотр выполняется с помощью специальной программыExtData, позволяющей преобразовать данные из двоичного вида (исходный суточный84файл) в текстовый или графический формат.
На рис.3.3 приведен пример суточнойзаписи в графической форме всех датчиков, входящих в данную сеть.Рис. 3.3. Пример суточной записи в графической форме всех датчиков, входящих вданную сеть.Высокоширотный измерительный комплекс создан впервые в России дляпроведения комплексных измерений различных атмосферных параметров в рамкахинтегрированного подхода для изучения воздействия различных внешних факторов(космофизических и антропогенных) на атмосферу и климат. Измерение всех этихпараметров напрямую связано с механизмом воздействия космофизических агентов наатмосферу и климат (см.
Главу 5).3.2 Спектральные характеристики вариаций атмосферного давленияи электрического поля при экстремальных погодных условияхв высоких широтах.В разделе приведены результаты спектрального анализа данных синхронных85измерений электрических параметров атмосферы (электрическое поле, положительнаяэлектропроводность, отрицательная электропроводность) и вариаций атмосферногодавления, вызванных различными изменениями метеорологических условий (дождь,туман, метель, гроза), опубликованные в работах [Шумилов, Касаткина и др., 2005;Shumilov, Kasatkina et al., 2004c; Kasatkina et al., 2006]. Измерения проводились припомощи Высокоширотного автоматизированного комплекса ВКИАВЭ, описаниекоторого приведено в предыдущем разделе.Как известно, наиболее чувствительным индикатором предстоящего измененияпогоды, на который реагирует организм человека, является атмосферное электричество[Владимирский, Кисловский, 1982; Гичев, Гичев, 1989].
Известно также, чтокороткопериодные вариации градиента потенциала атмосферного электричества иатмосферного давления связаны с различными метеорологическими явлениямилокального характера (облака, туманы, промышленные аэрозоли, грозовая активность)[Чалмерс, 1974; Нетреба, Свиркунов, 1995; Анисимов, 2001; 2003а,б]. Вместе с тем, ввысоких широтах появление пульсаций атмосферного электрического поля иатмосферного давления может быть связано также с магнитосферными возмущениями[Жулин и др., 1977; Клейменова и др., 1992; Никифорова и др., 2003].
В этой связипредставляется интересным развитие новых интегрированных методов наблюдений длявыявления метеорологических и магнитосферных источников возмущений полярнойатмосферы.3.2.1. Дождь.На рис. 3.4 приведен пример изменений Ez во время дождя 28 июня 2002 г. Впервой половине дня погода была в основном ясной; дождь наблюдался лишь между 14и 16 часами Единого времени (UT).
После прекращения дождя отмечается резкийскачок напряженности поля Ez с изменением знака и амплитудой около 3 кВ/м (рис.2.4). В период с 17.30 до 17.40 UT над пунктом наблюдений прошло большое грозовоеоблако. В этот период амплитуда напряженности поля Ez увеличилась до 1.5 кВ/м.Электропроводность при этом уменьшилась приблизительно в два раза. После началадождя в 17.50 UT величина Ez уменьшилась до фонового значения. В данном случаедождь послужил причиной стока заряда, образовавшегося в нижней части грозовогооблака.На рис.
3.5 приведена спектрально-временная диаграмма (динамический спектр)изменений Ez во время процесса. Как видно, увеличение Ez сопровождалосьпоявлением вариаций с Т > 1 мин. С началом дождя в 18 UT вариации Ez исчезают.86Рис. 3.4. Вариации электрических параметров атмосферы (1-минутные усреднения) вовремя дождя 28 июня 2002 г. по данным обсерватории г. Апатиты: а – вертикальнаякомпонента электрического поля; б – положительная (1) и отрицательная (2)электропроводность.3.2.2. Гроза.Случай сильной грозы, сопровождавшейся молниевыми разрядами, был отмечен29 июня 2002 г.
В этот день сильная гроза (с молниями) началась в период времени с13.10 до 13.20 UT. В этот момент времени были зарегистрированы значительныеизменения Ez с амплитудой около 10 кВ/м и со сменой знака (см. рис. 3.6б). Затем,после начала града, величина Ez оставалась высокой. Около 14.50 UT произошелвторой молниевый разряд, во время которого также был отмечен скачок величины Ez.Скачки в вариациях давления наблюдались практически одновременно с изменениямиEz и совпадали с началом грозы (рис. 3.6б). Генерации инфразвука и внутреннихгравитационных волн от молниевых разрядов посвящен ряд работ [Григорьев,Докучаев, 1981; Balashandran, 1979].87Рис.
3.5. Динамический спектр вариаций вертикальной компоненты электрическогополя во время дождя (разрешение 10 с). По оси Х отложено время в 10 с. от 0 до 22UT; по оси У – частота в 1/10 с.На рис. 3.7а приведен динамический спектр вариаций Ez во время грозы. Видно,что флуктуации Ez c T > 1 мин совпадают с началом грозовой активности. Следуетсказать, что высокочастотная компонента в вариациях атмосферного давления (2 мин <T < 6 мин) (см. рис. 3.7б), совпадающая по времени с началом и развитием грозовойактивности, появляется на фоне уже существующих медленных вариаций (Т > 6 мин),предположительно связанных с генерацией и распространением горных подветренныхволн [Шумилов, Касаткина, 2002а,б]. Полученный результат совпадает с данными,приведенными в работах [Григорьев, Докучаев, 1981; Balashandran, 1979], гдерассматривалась возможность генерации инфразвука и ВГВ от молниевых разрядов.Следует отметить, что периоды высокочастотных вариаций обоих параметровсовпадают.88Рис.
3.6. Вариации атмосферного давления (а) и вертикальной компонентыэлектрического поля (б) (каждое значение получено с 10-секундным усреднением) примолниевых разрядах в период 09.00 – 19.00 UT 29 июня 2002 г. по данным измеренийобсерватории г. Апатиы.3.2.3. Туман.В ряде работ, посвященных исследованию изменений в атмосферномэлектричестве при образовании тумана [Чалмерс, 1974; Анисимов, Мареев, 2001;Анисимов и др., 2003; Bott et al., 1990], отмечается, что туман приводит к радикальнымизменениям атмосферных электрических параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
