bliksem, onweer en dergelijke

International Nederlands
1

Misschien is dit niet het gepaste forum ervoor, maar ik poog het dan toch.
We leven in een sub-tropische omgeving van het noorden.
Zo leerde ik het toch, toen...

En daarbij kent onze contreien zeer regelmatig een donderslag, gepaard met onweer.

En die bliksem heeft elektromagnetische storingen af.
Indien we die signalen konden opvangen via enkele raamantennes

Dan konden we de richting van het gedonder bepalen?

Zou dit mogelijk zijn?

Oja, ik weet het er bestaan bliksemdetectoren....
Maar zelf bouwen heeft toch iets, nietwaar?

2

Dat is een heel interessante !

Als ik het goed begrijp, wil je met een paar FM antennes stoorsignalen opvangen, om zo te bepalen waar een bepaald geluid vandaan komt !

Dan los je in ieder geval een eventueel probleem met echo's op.

Als je dit wil doen, moet je een nogal krachtig systeem hebben, die een onbekend patroon kan herkennen, van een willekeurige antenne, en vervolgens hetzelfde patroon kan herkennen op minstens twee andere antennes in zeer korte tijd.
Vermoedelijk nanoseconden of nog sneller (hangt er vanaf hoe ver de antennes van elkaar verwijderd zijn).
Die tijd en de posities van de antennes bepalen de richting van de bron ten opzichte van de antennes.
Of de afstand zo kan worden bepaald weet ik niet, ik vermoed dat de antennes dan ver uit elkaar moeten staan.

3

De EM wave gaat 300.000.000 M/sec.

Stel dat de afstand tussen de antennes een meter is (basis van de driehoek)
De EM golf komt recht van voren => zelfde tijd
De EM golf komt 90graden => ~3.3 nanoseconden verschil. (1/300000000 sec)
Met een 3GHZ PC zou dat in theorie 11 clock cycli zijn.
Dus de hoek van 90graden kan op zijn hoogst in 11 (wellicht ongelijke) stappen verdeeld worden.

Stel de afstand tussen de antennes is 10 mtr.
De EM golf komt recht van voren => zelfde tijd
De EM golf komt 90graden => ~33.3 nanoseconden verschil. (10/300000000 sec)
Met een 3GHZ PC zou dat in theorie 111 clock cycli zijn.
Dus de hoek van 90graden kan in 111 (wellicht ongelijke) stappen verdeeld worden. zou dus in de buurt van 1 graad kunnen komen.

Stel de afstand tussen de antennes is 3000 mtr.
De EM golf komt recht van voren => zelfde tijd
De EM golf komt 90graden => ~10 microseconden verschil. (3000/300000000 sec)
Met een 16 Mhz Arduino zou dat in theorie ~160 clock cycli zijn.
Dus de hoek van 90graden kan in 160 (wellicht ongelijke) stappen verdeeld worden.

Echter om twee Arduino's op 3KM op clock level te synchroniseren is m.i. niet te doen.

De richting bepalen op basis van de geluidsgolf die orde een million keer trager gaat is haalbaarder.

Stel dat de afstand tussen de microphones een meter is (basis van de driehoek)
De EM golf komt recht van voren => zelfde tijd
De EM golf komt 90graden => ~3.2 milliseconden verschil. (1/340 sec)
Met een 16 Mhz Arduino zou dat ~50000 clock cycli zijn.
Dus de hoek van 90graden wordt dan in 50000 (ongelijke) stappen verdeeld (10cm ==> 5000 stappen)

Moet je nog steeds wel de micophones een "perfecte pulse" laten afgeven

Een optie die bij me opkomt terwijl ik dit schrijf is de volgende:
Een bliksemflits is schat ik 0.1 sec zichtbaar
Stel een snel roterende licht sensor - 10x/sec
maak 360 analoge reads per omwenteling en bepaal hoek waar plotseling meer licht vandaan komt.

int sample[360];
int reference [360];
boolean angles[360]; // all false;
boolean found = false;

void setup()
{
  // fill reference array
}

void loop()
{
  waitForZeroAngle(); // to take care that 0 = 0 degrees   possibly some hardware sync interrupt based?

  for (int i=0; i<360; i++)
  {
    sample[i] = analogRead(A0);
    if (reference [i] * 13 <  sample[i] * 10 )   // 30% more light
    {
      angles[i] = true;
      found = false;
      delayMicroSeconds(T1);  // slightly shorter than T2
    }
    else
   {
      delayMicroSeconds(T2);  // slightly longer than T1
    }
  }

  if (found)
  {
    Serial.print( millis() );  // better RTC time
    for (int i=0; i< 360; i++)
    {
      if (angles[i]) 
      {
        Serial.print(i);
        Serial.print('\t');
        Serial.print(sample[i]);
        Serial.print('\n');
      }
    }
  }
}

my 2 cents

4

Een FM ontvanger zal minder geschikt zijn.
Denk even mee: we schakelen enkele van die antennes in een kwartcirkel.
Elk van die antennes wordt op een mono-micro versterker(kwaliteit = nihil) geplaatst.

De elektromagnetische storing van de bliksem geeft signalen af op de uitgang van die versterkertjes.

Daaruit halen we een een signaal die we laten schommelen tussen 0-5V. aansluitbaar op een I/O van een arduino.

een voorbeeld van de opstelling (klik)

Met excuus voor de cirkel :~

5

Ik begrijp je redenering, Rob, echter je meet maar in 1 richting.
Met name waarheen je spoelen staan.

Je weet dus al vooraf waar je onweer zich bevindt.

Met mijn opstelling kan ik vanwege de impact van het magnetisch veld op de stand van de spoelen de grootte van de ruis "lezen" waar het onweer zich bevindt.

Denk aan een am ontvanger die je draait tijdens een onweer...

6

hoe groot is de cirkel?

De EM wave zal de diameter binnen een zeer korte tijd doorkruisen die bepalend is voor het oplossend vermogen van je detector.

Ben wel benieuwd hoe ver je gaat komen, interessant experiment.

7

Persoonlijk zou ik de kwartcirkel nemen met een straal van 1meter?
Kijken wat het geeft....

Hoe de magnetische storingen op de spoel komen is van groter belang dan de afstand van de spoelen, denk ik dan.

8

Ik had het (aan de hand van je afbeelding, waarvan ik weet dat het niet meer dan dat is) over FM antennes, niet over FM ontvangers.

Je hebt het ook over een antenne die je draait tijdens onweer.
Bedoel je daarmee dat je om je heen wil kijken en dan dus toevallig de goede kant op moet kijken om de EM puls te kunnen registreren ?
Zoals sommige radars ongeveer werken, maar dan zonder zenden ?
Dat lijkt me onnodig en te gecompliceerd (je moet dan ook synchroniseren en kunt met mechanische problemen te maken krijgen).

Met een aantal vast opgestelde antennes kun je ook de richting bepalen, want elke antenne zal op een ander moment de puls ontvangen.
Daaruit is dan de richting te bepalen.
Als de antennes in cellen geplaatst worden die per stuk redelijk ver uit elkaar staan, dan is zo ook de afstand te bepalen.
Elke cel bestaat dan dus uit meerdere antennes.
De cellen zullen dan allemaal een unieke vector opleveren, en het kruispunt uit die vectoren is de plaats van oorsprong van de EM puls.
Stel de cellen ook nog eens op verschillende hoogtes op, en dan moet je ook de hoogte kunnen vaststellen (3D dus).
Je moet wel proberen zo nauwkeurig mogelijk de positie van de cellen en de antennes te registreren, dan krijg je ook een nauwkeuriger resultaat.

Over gecompliceerd gesproken...

9

Met een aantal vast opgestelde antennes kun je ook de richting bepalen, want elke antenne zal op een ander moment de puls ontvangen.

Echter buiten bereik Arduino. - In 1/16 uSec ( 1 clock pulse ) legt een EM puls 3e8 m/sec * 1/16 e-6 sec => 300/16 ~19 m af

Voor het vastleggen van de tijd in een interrupt routine zijn al gauw 2 microsec nodig (ISR call + time assignment + return)
dat betekent 30 keer zo'n grote diameter. 30x20 meter = 600 meter.

Verder met die afstanden/snelheden krijg je ook dat de EM puls van de antenne naar de Arduino over draad langzamer gaat dan de EM puls zelf. (orde 2e8M/s) daar moet je in je berekeningen rekening mee houden.

10

Zie mijn eerste antwoord, daar ben ik me van bewust.

Wat ivanflo beschrijft begrijp ik niet helemaal maar ik vermoed dat het te maken heeft met de meest ideale hoek waaronder de puls de antenne treft.
De antenne met die meest ideale hoek zal het sterkste signaal oppikken ?
Als dat zo is, dan heb je niet met een timing te maken.
Behalve dan dat je de puls vermoedelijk moet verlengen (tijdelijk opslaan), zodat alle 5 de signalen ingelezen en vergeleken kunnen worden.

Ook dat kun je een aantal malen (minimaal 3 waardes) herhalen om de afstand te bepalen.

11

Wanneer een spoel zich bevindt in een wisselend magnetisch veld, dan wordt er energie opgewekt.

Wanneer de spoel haaks staat op het magnetisch veld dan is de wijziging het grootst.

In mijn (klik) tekening zie je hoe ik (denk) dat alles zou werken.

12

I made a loop-antenna along a window frame in the past. That will gather all the lightning pulses.
I'm not sure anymore if it was tuned or not. A simple MW transistor radio can also detect EMP when tuned between the radio stations.

A good round loop-antenna, well wired (with space between the wires) of 50 cm diameter or more for the MW range, can be very powerful. I made one recently with a tuning capacitor and it was so strong, it could easily detune a nearby MW radio (MW radio with ferrite rod antenna inside).

However, to actually detect the direction will be very hard. When you detect North, it might just as well be South. And a loop-antenna is not very directional when the thunderstorm is nearby.

Nevertheless, it's an interesting project. You only need a lot of copper wire and a few filters for the pulse and maybe an amplifier, and of course extra safety, since a nearby lightning generates an enormous amount energy in a loop-antenna.

13

However, to actually detect the direction will be very hard. When you detect North, it might just as well be South. And a loop-antenna is not very directional when the thunderstorm is nearby.

Met mijn 1kwart opstelling heb je gelijk.

Ik kan ooit de richting bepalen met deze opstelling.
Oost of West -> Noord of zuid.

Dit moet ook op te lossen zijn, daar ben ik van overtuigd.

Je zou dus een opstelling met dergelijke antennes voorstellen?

682×800 87.2 KB

Met of zonder afgestemde kring. Maar op welke frequentie? Buiten het AM/MW radio bereik...

14

Ik vermoed dat de richtingsdetectie als volgt kan worden opgelost.
Er worden twee niveaus gemaakt.
De bovenste laag heeft onbeschermde antenne ramen.
De onderste laag heeft achter elke raamantenne een shield staan.

Misschien duidelijker via een tekening

15

I'm used to antenna shields for DVB-T (digital tv through air) and wifi, but I don't know if a shield will work just as good with MW. It might prevent the antenne to work well, when it is too close. You might need 1 meter distance.

To tune or not to tune, that is the question. If you tune it, I suggest to tune just below the MW range, say about 400kHz to 500kHz. For long range detection, I assume that tuning is better. A tuned circuit could have a sensitivity that is 100 times better, but that depends on the q-factor of the coil (the coil is the antenna).

I remember receiving mopeds with my window-frame-loop-antenna. Perhaps an engine with a sparkplug can be used to test the antenna, or one of those kitchen piezo spark gas lighter ignitors.

16

i have a video , where i identify cb radio people,
i use four antenase ,, like a cube ,, it wil measure antena 1-2-3-4 and back to 1 ,,
it wil see the differents from four points ,,

as four antenas wil rx the same db signal , but wil the one closest in the corner near the signal ,,
wil give the most input ,,
so when example antema 1 is the stronges i now it wil come from this corner ,,
when i combine al 4 ,, i even can see ho is talking ,,
the funny thing is when they switch to heigh to lower tx power ,, the inputs wil change on al four points ,
so still i know there patern ,,

kan ook in nederlands ,, bn hamradio turbo nerd ,, dus snap wat je wil ,,
maar am storring plotten kan ook ,,
kijk beetje op me youtube ,, naar me antene trackers en onzin dan help ik wel denken :smiley:

17

If you want to go DIY, you can also use the sensor from Franklin (AS3935).
It's a chip with a built in algorithm, which you can connect to an arduino for further processing.
you can buy the chip and a calibrated antenna from Tindie (shop of Tautic Electronics).

18

=(
Ik moet alles een beetje uitstellen...
Het opheffen van een rol kabel bezorgde me heelwat ongemakken...
Met een operatie als "kers op de vuurpijl" :astonished: