Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The time and power spectrum density analysis of different lightning components based on electric field waveforms from 2014 thunderstorm season recorded in the south-eastern part of Poland

Karnas G., Barański P., Masłowski G., Sobolewski K.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2016

|

R. 92, nr 2

144--147

EN

This paper is focused on the Power Spectrum Density analysis of the lightning electric field signatures collected in Subcarpathian part of Poland, in 2014. Lightning records were carried out in two different ways. The slow electric field sensor (TLF-ELF), the mill, was used for observation of lightning activity during entire thunderstorm lifetime. The second recording mode was the acquisition of fast electric field changes (0.3 Hz to 3 MHz) associated with different types of cloud-to-ground (CG) and inter-, intra-cloud (IC) type discharges. The registration process was synchronized with microsecond time precision. This allowed to relate lightning stroke detections to these reported by the LINET, the commercial lightning location system. Different lightning stroke components, as e.g. the preliminary breakdown (PB), the return stroke (RS) and the continuing current (CC) were identified with application of the Short-Time Fourier Transform. The spectral analysis might be adapted to improve in future some detection algorithms used in lightning location systems. Such lightning CG stroke discrimination is not applied as yet by any lightning location system routinely operated in Europe.

PL

W artykule skupiono się na analizie spektrogramów widmowej gęstości mocy wyznaczonych dla różnych przebiegów piorunowego pola elektrycznego zebranych w południowo-wschodniej części Polski w 2014 roku. Dane zostały zebrane z wykorzystaniem dwóch sensorów pola elektrycznego. Sensor pola elektrycznego pracujący w zakresie TLF-ELF umożliwił obserwację aktywności burzowej w długofalowym okresie czasu. Drugi typ rejestracji obejmował akwizycję szybkich zmian pola elektrycznego (0.3 Hz do 3 MHz) pochodzących of różnych typów wyładowań doziemnych oraz wewnątrz-, między-chmurowych. Proces rejestracji został zsynchronizowany z mikrosekundową precyzją. Pozwoliło to na porównanie własnych rejestracji z detekcjami LINET-u – komercyjnego systemu lokalizacji wyładowań. Różne składowe wyładowania takie jak wyładowania wstępne, udar główny oraz prąd długotrwały zostały zidentyfikowane z wykorzystaniem krótkoczasowej transformaty Fouriera. Analiza spektralna może w przyszłości zostać wykorzystana w usprawnieniu algorytmów detekcji wyładowań. Taki rodzaj identyfikacji wyładowań doziemnych nie został jak dotąd zaimplementowany w żadnym systemie lokalizacji wyładowań atmosferycznych pracującym regularnie w obszarze Europy.

2

Sygnatury pola elektrycznego udarów piorunowych otrzymane z nowej stacji detekcyjnej Politechniki Rzeszowskiej

Karnas G., Masłowski G., Barański P.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Elektrotechnika

|

2015

|

z. 34 [292], nr 2

171--185

PL

W pracy zostały przedstawione wyselekcjonowane rejestracje piorunowego pola elektrycznego z nowej stacji detekcyjnej Politechniki Rzeszowskiej podczas incydentów burzowych w 2014 r. Zebrane przebiegi obejmują rejestracje pola elektrycznego wolnozmiennego w paśmie częstotliwości od 0 do 10 Hz oraz pola szybkozmiennego w zakresie od 0.5 Hz do 3 MHz. Pliki cyfrowe z danymi poddano badaniu pod kątem identyfikacji typu oraz faz rozwoju czasowego poszczególnych składowych wyładowań. Przeprowadzono dwa rodzaje analizy: w dziedzinie czasu oraz czasowo-częstotliwościowej (PSD). Do otrzymania widm spektralnej gęstości mocy (PSD) zastosowano algorytm szybkiej transformaty Fouriera (STFT). Otrzymane wyniki, z analizy przykładowych widm PSD rozpatrywanych wyładowań doziemnych, wykazały użyteczność tej metody zarówno w identyfikacji poszczególnych typów udarów piorunowych, tj. zmian typu RS lub CC, jak i w ograniczonej liczbie przypadków do dyskryminacji fazy wyładowań wstępnych (PB) w chmurze burzowej. Rezultaty tych badań mogą być również zaimplementowane w nowych i szybkich algorytmach oraz procedurach komputerowych do automatycznej detekcji różnych składowych wyładowania doziemnego. W pracy została przedstawiona także cała struktura sprzętowa nowego stanowiska pomiarowego stacji detekcyjnej Politechniki Rzeszowskiej. Obejmuje ona zarówno sensory wolno i szybkozmiennego pola elektrycznego, jak i sprzęt optyczny, tj. aparat cyfrowy z wyzwalaczem optycznym oraz szybką cyfrową kamerę wideo do śledzenia rozwoju czasowego kanałów wyładowczych tych wyładowań.

EN

The main goal of our paper is to present some results of E-field recordings obtained from a new measuring site in Rzeszow in the summer of 2014 during lightning and thunderstorm activity the in the south-east of Poland. To record the lightning signatures in the E-field we have used a field mill with a rotating dipole - an E-field sensor to measure the electrostatic component of the field intensity variations in the frequency range from 0 to 10 Hz, and, in addition we used an electric flat plate antenna (E-field change meter) operated with the charge amplifier unit in the frequency range from 0.5 to 3 MHz. We have undertaken the post-processing analysis of the gathered E-field lightning data to distinguish different components of the lightning cloud-to-ground (CG) or intracloud strokes (IC) both in the time and time-frequency domain. For this purpose we have used the standard Matlab procedures and algorithms to evaluate the Short-Time Fourier Transform (STFT) and calculate the power spectrum density (PSD) for each of our lightning flash-related E-field record. In this way we can recognize different stages of a single or multiple CG flash evolution, such as the preliminary breakdown (PB), the return stroke (RS) or continuing current (CC) events. Some valuable results of our PSD analysis related to adequate and reliable discrimination of RS stages in multiple CG flashes are shown. We postulate that such PSD analysis could be implemented in discrimination algorithms used in the regional or global lightning detection and location systems, and enhancing their efficiency in the RS or CC stroke change determination. Another important part of the measuring equipment of lightning registration system in Rzeszow, including a fast digital video camera and additional digital photo camera working with own independent acoustic and optical lightning trigger, and a GPS unit, are also described. These devices can be used together with simultaneous E-field recordings for better determination and understanding of different stages of complex lightning discharge phenomena.

3

Time synchronization of electric field measurement and highspeed video registration at the lightning observation station in Rzeszow, Poland

Karnas G.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2015

|

R. 91, nr 11

235-238

EN

Time synchronization is one of the most difficult tasks during the registration of lightning phenomena. Precise synchronization helps to identify particular strokes with data from commercial lightning location systems. This paper is aimed to present and analyze GPS synchronized recordings of the lightning electric field from the lightning observation station installed at the Rzeszow University of Technology, Poland. Synchronization with UTC was achieved by the simultaneous analysis of the electric field waveforms and the signal from the GPS receiver. Several improvements were made regarding synchronization and triggering of the system. For this purpose a set of functions in Matlab has been prepared. In order to explain used algorithms, lightning electric field waveforms and the GPS signal were analyzed simultaneously. Performance of the optical trigger was verified in high voltage laboratory. Results showed a good performance of this technique and suggested to use it during the high-speed camera and DSLR registration.

PL

Synchronizacja czasowa jest jednym z najtrudniejszych zadań podczas rejestracji zjawisk piorunowych. Precyzyjna synchronizacja zapewnia możliwość precyzyjnej identyfikacji poszczególnych wyładowań z danymi komercyjnych systemów lokalizacji wyładowań atmosferycznych. Celem artykułu jest przedstawienie i analiza przebiegów piorunowego pola elektrycznego zarejestrowanych na stacji obserwacji wyładowań atmosferycznych Politechniki Rzeszowskiej. W pracy opisano najnowsze modyfikacje systemu w kontekście synchronizacji czasowej oraz wyzwalania procesu rejestracji. W tym celu przygotowano zestaw funkcji w programie Matlab. Synchronizację z UTC wyjaśniono poprzez jednoczesną analizę przebiegów pola elektrycznego oraz sygnału z odbiornika GPS. Dokonano weryfikacji pracy optycznego wyzwalacza rejestracji. Testy przeprowadzono w laboratorium wysokich napięć. Rezultaty badań uwidoczniły dobre parametry wyzwalacza optycznego i wskazały na możliwość zastosowania tej techniki podczas rejestracji szybką kamerą oraz aparatem fotograficznym.