На самолетах стоят грозоотметчики, принцип их работы и нужно юзать. Это проще, чем фотодатчики.
тыцИзвестны два метода регистрации грозовой активности: статический, по возрастанию напряженности электрического поля в атмосфере примерно от 100 В/м в обычном состоянии до 1 ...40 кВ/м перед грозой (случаются разряды молний и при ясном небе!) и электромагнитный, по наличию, спектральному составу и интенсивности импульсов радиоволн (атмосфериков), излучаемых молниями. Недаром одним из признаков приближающейся грозы являются шорохи и трески при прослушивании сигналов радиостанций в диапазонах длинных и средних волн. Современные электрометры, конструируемые радиолюбителями, не требуют больших антенн, регистрируют электрическое поле атмосферы, даже стоя на подоконнике, а поле наэлектризованной расчески — на расстоянии нескольких метров.
Т.е. это всего-лишь карманный приемник, настроенный на определенную частоту, содержащий фильтр, который пропускает всплески.
Самолетные грозоотметчики показывают еще и расстояние. Как они это делают - хз. Вероятно замеряют спектр вспышки, т.к. он меняется в зависимости от расстояния до молнии.
Пару слов про возможную конструкцию.
Спойлер
Для более совершенного самодельного грозоотметчика я бы использовал все доступные средства, а именно:
Измеритель напряженности электростатического поля атмосферы, двух/трехканальный радиоприемник, и микрофон, и небольшую шестиэлементную антенну, организованную в три независимых ортогональных пары - мощности огромные, большая антенна не нужна, а три пары дадут нам три плоскости координат.
Для упрощения конструкции и отсутствия ебли с подстройкой стоит использовать цифру.
Измеритель напряженности даст знать, когда мы окажемся в зоне опасности. Когда собираются грозовые облака - мы оказываемся внутри огромного конденсатора, напряженность сильно вырастает. Перед наступлением пробоя напряженность нарастает еще сильнее, особенно если молния целится по нам - тогда грозоотметчик отметит аномальную напряженность в нашей точке, пора валить. Что примечательно - опасную напряженность электрополя может замерить само наше тело без всяких внешних приборов: пальцы начинает покалывать, волосы на руках встают. Так можно чувствовать провода в 20кв, не прикасаясь к ним, а предгрозовой потенциал еще больше, а предразрядный - еще больше.
Нас интересует только вертикальная составляющая поля, так что подключаемся к вертикальной паре - будем замерять на ней разницу потенциалов, от нуля до 500кв, с разрешением в 1-10кв. Выход - цифровой. Частота отсчетов - неважна, 10Гц за глаза. Хотя для интереса можно попробовать и больше - записать трек колебаний напряженности, прогнать его в аудиоредакторе, посмотреть спектры, сравнить с картиной разрядов - может какие-то закономерности и всплывут.
Приемник - для регистрации радиоизлучения. Диапазон частот нам известен, ширина его небольшая. Имхо тут бы сгодился adc - пишем в память, в закольцованные буферы, размер буферов - вдвое больше дальности измерения молнии, например для 20км это 2*20/0,34=118 секунд. Можно под это дело задействовать одну микруху динамической памяти.
Количество каналов и буферов - в зависимости от того, что нам нужно. Один канал даст только факт вспышки, и возможно расстояние (если разберемся как из спектра выжать дистанцию вспышки). Два канала - плюс азимут на источник. Три канала - плюс склонение на источник.
Микрофон - для дополнительного контроля. Но вдобавок к микрофону понадобится барометр, гигрометр и термометр. Они дадут нам высоту над уровнем моря и уточнят скорость звука. Да и просто по одним их показаниям можно считывать и предсказывать погоду на несколько часов вперед.
Итак, у нас от одного до четырех треков в кольцевых буферах (один из них - микрофонный) - остается их программно обработать, и получить азимут на вспышку, ее мощность, дальность и высоту. Вспышки на треках можно выделять. т.е сравнивая треки попарно можно сказать, какой всплеск какой вспышке соответствует.
Т.к. прибор цифровой - можем писать логи грозовой активности, в которых указывать время, мощность, относительные координаты и высоту вспышки. При занесении в память координат расположения прибора - величины в логах можно перевести в абсолютные. Либо можно добавить к прибору gps и компас, но это, имхо, лишнее - слишком дорого получается. Хотя сильно повышает автономность прибора.
Если антенна жестко закреплена на корпусе прибора, а прибор мобильный - стоит добавить еще и акселерометр, и на все три пары поставить по измерителю напряженности. Тогда можно будет получить независимость показаний от ориентации и положения прибора, т.е. прибор всегда будет выдавать абсолютные координаты вспышки, как бы его не вертели, на какую высоту бы не забрасывали.
Ну и стоит добавить динамик - для озвучивания гроз.
Но калибровка и дебаг этой штуки будут знатные - в открытом доступе параметров молний скорее всего нет, придется все самому замерять, выводить теорию. Зато такое потребуется сделать всего один раз - все остальные приборы просто получат скорректированную прошивку, с учетом выведенных нами коэффициентов.Ну и немножко трепа про выживальщиков и устройства двойного назначения.
Спойлер
Т.к. в приборе дохрена сенсоров, данные с которых могут быть полезны и для других применений, и прибор цифровой - можно безболезненно расширить функционал.
Конкретно - микрофон может быть использован как диктофон, как дальномер (хлопаем в ладони, а он замеряет время между хлопком и эхом). При наличии gsm-модуля - как микрофон телефона.
Гигрометр с барометром и термометром - датчик температуры (воздуха и тела, если сделать датчик доставаемым из корпуса прибора), давления и влажности, высотомер, индикатор скороподьемности, предсказатель погоды, детектор скорости звука, индикатор дальности горизонта и дальности видимости (если ввести высоту точки, которую хотим наблюдать).
Акселерометр - уровень (горизонтометр), индикатор относительной скорости и ускорения, перегрузки, ориентация прибора.
Компас - компас.
Антенны и трехканальный sdr - широкодиапазонный трехканальный приемник с плохой чувствительностью. Но если есть проволока и дерево - превращается в более-менее достойный приемник. Если бы еще отделить синтезатор частоты от sdr - можно получить и маломощный передатчик, однажды да сгодится. Время от времени его можно юзать как трансивер - для слива данных на ББ.
Gsm - обрезок сотового. Позволяет организовать отправку логов/синхронизацию данных с ББ/отправлять какие-либо команды ведомым устройствам (например предупредить о грозе). Да даже отправить смс, позвонить или набрать 112. Можно организовать небольшую телефонную книжку - памяти все-равно валом. Да даже записную книжку, и пусть управление всего двухкнопочное - однажды может помочь. Для близких дистанций можно использовать микротрансивер, или встроенный sdr-трансивер, но т.к. на борту солнечная панель и gsm - модуль может быть полностью автономен, заброшен на крышу или еще куда, куда не достает трансивер, но достает gsm.
Gps - индикатор истиной скорости, вкупе с акселерометром - индикатор сопротивления атмосферы. Часы, атомные часы на борту - отличный калибровщик, позволит проводить автокалибровку, а значит поднимает точность измерения таймаутов на недосягаемую, для обычной самоделки, высоту. Высотомер. Показывает координаты (а имея координаты, можно высчитать длину светового дня, имея часы - как скоро будет рассвет/закат, поможет вовремя разбить лагерь, дотемна). Карту не показывает - если делать полноценный навигатор, понадобится докрутить мощный экран, мощный проц и мощную батарею. А без карт - обычный маломощный арм, пару микросхем оперативки и нецветной маложрущий жк-экран, добавь солнечную панельку - и получи полностью автономный универсальный прибор в пачке из под сигарет или спичечном коробке.
Имхо туристам/паращютистам/частным летчикам/выживальщикам полезнее мобильность, неубиваемость и автономность, чем экран - экран есть у штатного навигатора, а вот когда он сядет/разобьется, тогда грозоотметчик и может помочь выжить, т.к. имеет полный набор сенсоров с избыточными, для функций грозоотметчика, данными. И если сделать опциональную возможность выводить эти данные, да не полениться дописать подпрограммы их интерпретации и интерфейса, тогда можно выжить.
Я к тому, что следует использовать все сенсоры по максимуму, если есть такая возможность - прибор двойного назначения более полезен, особенно с gps. Иметь на борту экран и gps, и не запилить возможность вывода координат и времени - преступление.
, оно, конечно, понятно, НГ на носу и "С легким паром" тоже) "Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах" М., Радио и связь, 1990г. Смотреть стр.147 гл.3.7 Умножители двоичных чисел.
