Czujniki i system do pomiaru naturalnych pól elektromagnetycznych ekstremalnie niskiej częstotliwości na powierzchni Ziemi

• Autorzy: Kułak A.

Warianty tytułu

EN

Sensors and measurement system for recording natural electromagnetic fields of extremely low frequencies on the Earth's surface

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Planetarne pola elektromagnetyczne ekstremalnie niskiej częstotliwości ELF (ang. Extremely Low Frequency) są obecnie przedmiotem intensywnych badań. Ich pomiar ze względu na małe wartości amplitud należy do trudnych zagadnień metrologicznych. Wymaga stosowania czujników pola o bardzo niskim poziomie szumów własnych oraz zapewnienia wysokiej czystości elektromagnetycznej otoczenia. Pomiary mogą być prowadzone jedynie z dala od centrów cywilizacyjnych. W pracy opisano koncepcje budowy czujników składowej magnetycznej pola elektromagnetycznego oraz układów odbiorczych. Szczególną uwagę zwrócono na metodologię pomiarów parametrów spektralnych pola tła (rezonansu Schumanna) oraz pomiaru amplitud impulsów pola propagujących się w falowodzie Ziemia - jonosfera. Omówiono przykłady rozwiązań stosowanych w Pracowni Rezonansu Schumanna Obserwatorium Astronomicznego UJ. W pracowni tej zbudowano w latach 1994 - 2009 wiele generacji czujników pola oraz układów odbiorczych ELF.

EN

At present, planetary electromagnetic fields of Extremely Low Frequencies (ELF) are subject of intensive study. Their measurements cause metrological difficulties due to low signals amplitudes. This requires to use field sensors with very low own noise in an environment without an electromagnetic pollution. So, the measurements of the natural fields can be carried on at places remote from centers of civilization. The paper describes a conception how to build sensors and receiving systems for detecting the magnetic component of the natural electromagnetic fields. A special attention is paid to methods used for finding spectral parameters of (Schumann resonance) background component and to measurements of amplitudes of field impulses propagating in the Earth-ionosphere waveguide. The discussed issues are illustrated by examples of solutions applied in Schumann Resonance Laboratory of Astronomical Observatory of Jagiellonian University. Several generation of magnetic field sensors and ELF receiving systems were built in this Laboratory during the years 1994-2009.

Słowa kluczowe

PL

sensory pól elektromagnetycznych ELF; metrologia pól ELF; rezonans Schumanna; impulsy pola ELF

EN

electromagnetic extremely low frequency sensors; ELF field metrology; Schumann resonance; ELF field pulses

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 51, nr 1
• Strony: 106--113
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., wykr.

Twórcy

autor

Kułak A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki. Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków

Bibliografia

• [1] Budden K. G.: Radio waves in ionosphere. Cambridge, University Press, 1961.
• [2] Wait J. R.: Electromagnetic waves in stratified media. Pergamon Press, New York 1962.
• [3] Burrows M. L.: ELF communication antennas. Peter Peregrinus LTD, England, 1978.
• [4] Kułak A., Michalec A., Zięba S.: Propagacja fal elektromagnetycznych ELF w falowodzie Ziemia-jonosfera. KKRRiT, 13.3-1, Poznań, 2001.
• [5] Schumann W. O.: Z. Naturforschung, 72, 149, 250, 1952.
• [6] Jackson J. D.: Elektrodynamika klasyczna. PWN, r. 8, Warszawa, 1982.
• [7] Nickolaenko A. P., Hayakawa M.: Resonances in the Earth - Ionosphere Cavity. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht - Boston - London, 2002.
• [8] Balser M., Wagner C. A.: Nature, 188, 638, 1960.
• [9] Kułak A., Micek S., Nieckarz Z., Zięba S.: Solar variations in extremely low frequency propagation parameters: I. A two-dimensional telegraph equation (TDTE) model of ELF propagation and fundamental parameters of Schumann resonances. J. Geophys. Res., vol. 108, no A7, 1270, doi: 10.1029/2002 JA009304, 2003.
• [10] Kułak A., Kubisz J., Michalec A., Nieckarz Z., Zięba S.: Solar variations in extremely low frequency propagation parameters: II. Observations of Schumann resonances and computation of the ELF attenuation parameter. J. Geophys. Res, vol. 108, no A7, 1271, doi: 10.1029/2002JA009305, 2003.
• [11] Kułak A., Kubisz J., Micek S., Młynarczyk J., Nieckarz Z., Zięba S.: Model transmisyjny rezonatora tłumionego ze źródłem. XI National Symposium of Radio Science, URSI, Poznań, 427-432, 2005.
• [12] Kułak A., Młynarczyk J., Zięba S., Micek S., Nieckarz Z.: Studies on solutions a field decomposition on asymetry of Schumann resonance curves. J. Geophys. Res, vol. 111, A10304, doi:10.1029/2005JA01149, 2006.
• [13] Rycroft M. J., Odzimek A., Arnold N. F., Fullekrug M., Kułak A., Neubert T.: New model simulations of the global atmospheric electric circuit driven by thunderstorms and electrified shower clouds: The roles of lightning and sprites. J. Atmos. Sol.-Terr. Phys., 69 (17-18), 2485-2509, 2007.
• [14] Kułak A., Mierzwa P.: Pomiary pól elektromagnetycznych ULF w obszarze wielkiego miasta. Proceedings of the VII National Symposium of Radio Science, URSI, Wrocław, 1996.
• [15] CCIR Report 670. Worldwide minimum external noise levels 0.1 Hz - 100 GHz. Rec. 508, 1978.
• [16] Dulin V. N., Zuka M. S.: Spravocznik po elementam radioelektronnych ustrojstv. R. 8, Energia, Moskva 1977.
• [17] Motchenbacher C. D., Fitchen F. C.: Projektowanie elementów i układów elektronicznych niskoszumowych. WNT, Warszawa, 1977.
• [18] Kułak A., Knapik J., Kubisz J.: Przenośna stacja do obserwacji widm dynamicznych pól elektromagnetycznych w zakresie ULF. Proceedings of the VII National Symposium of Radio Science, URSI, Wrocław, 1996.
• [19] Kraus J. D.: Radio Astronomy. McGraw-Hill Book Company, New York, 1967.
• [20] Rakov V. A., Uman M. A.: Lightning Physics and Effects. Cambridge University Press, Cambridge, 2003.