Instrumentos e Aplicaes Os instrumentos de deteco de

Instrumentos e Aplicações • Os instrumentos de detecção de raios estão baseados em campo eletrostático, eletromagnético e ótico. • De uma forma gera as tempestades e raios tem: – Cargas e centros de carga – Corrente elétrica – Emissão de radiação e fótons

Eletrostático x Eletromagnético

Cooray, A. V. The Lightning Flash, Institution of Electrical Engineers, Issue 34 of Energy Engineering Series, 2003. Campo Elétrico/Magnético a 50 metros Total LC Elétricos e CE- Magnético EQ Eletrostático; EI Indução e ER radiação

Cooray, A. V. The Lightning Flash, Institution of Electrical Engineers, Issue 34 of Energy Engineering Series, 2003. Campo Elétrico/Magnético a 1 km Total LC Elétricos e CE- Magnético EQ Eletrostático; EI Indução e ER radiação

Cooray, A. V. The Lightning Flash, Institution of Electrical Engineers, Issue 34 of Energy Engineering Series, 2003. Campo Elétrico/Magnético a 100 km Total LC Elétricos e CE- Magnético EQ Eletrostático; EI Indução e ER radiação

Medidas de Campo Elétrico • Medidor de campo Field Mill • Antena Lenta e Rápida

Ken Cummins – Lectures – Univ. Arizona

Medidas de Campo Elétrico As cargas se movem em Reação ao E da atmosfera

Lei de Gauss Mas a corrente gerada é a variação da carga no tempo E seu integrar a corrente temos a voltagem que é proporcional ao E

Medidas de Campo Elétrico Mill

Medidor de campo elétrico: (a) Descrição esquemática do Field Mill; (b) Fotografia do Field Mill desenvolvido pelo Laboratório de Física e Quimica da Atmosfera da UFMS

E As cargas se movem em Reação ao E da atmosfera UFMS Ken Cummins – Lectures – Univ. Arizona

Portanto as medidas podem ser feitas com constantes de tempo diferente. Basicamente as constantes de tempo definem o que se quer observar. Antena lenta é usada para reproduzir as mudanças de campo produzidas por uma descarga elétrica completa (líder, IC, CG, descarga de retorno e corrente). Uma vez que Relâmpago (multiplos raios) podem durar até 1 segundo, o tempo de decaimento é de alguns segundos. Antenas rápidas são usadas para observar partes específicas do raio que tem uma mudança rápida.

A localização das descargas elétricas através dos Field Mills requer pelo menos 4 instrumentos deslocados (~ 1 -10 km). A resolução temporal e número de sensores permite determinar um ou mais centro de cargas associados a raios tipo CG ou CC.

Monopolo: Dipolo: Onde i é sensor de campo elétrico

Multi-polos Onde i é o sensor e C o centro de carga

Princípio da detecção de raios a partir de ondas EM: As descargas atmosféricas emitem uma energia eletromagnética (EM) a medida que se propagam e que pode ser observado em várias frequências do espectro EM (VHF, VLF, ELF). Na faixa de frequências de VLF (5 a 15 k. Hz), as descargas atmosféricas emitem um ruído ou estática que é conhecido como “sferics”. Sendo que este ruído pode se sferics propagar sobre milhares de km de distância entre o guia de onda formado pela ionosfera e a superfície terrestre.

RÁDIO 5000 Km VHF Espectro de potência 400 Km 100 Km VLF 1 VLF/LF 10 Stepped Leader (canal precursor) CG VHF 1000 100. 000 Freqüência (k. Hz) Return Stroke (descarga de retorno) CG

As medidas de descargas atmosféricas estão limitadas pelas frequências de observação: Elas definem o tipo de descarga atmosférica a ser observada, bem como a distância máxima a ser medida. VHF ~ 100 km LF ~ 400 km VLF ~ 4000 km ELF ~ 8000 km

Sistemas de Direção (Magnetic Direction Finders - MDF) O sensor consiste de uma antena de loop-cruzado que mede o campo magnético (B), ou seja, dois loops verticais dispostos perpendicularmente um do outro, sendo um orientado da direção Norte-Sul e a outra em Leste-Oeste.

Medida sem erro

Medida com erro aleatorio de 1 o

Medida com erro aleatorio de 1º - ZOOM

Medida sem erro

Medida com erro aleatorio de 1 o

Medida com erro aleatorio de 1º - ZOOM

Sistemas de Tempo – ATD ou TOA

Como podemos inferir a localização de uma descarga atmosférica via o tempo de chegada – ATD ou TOA?

Correlação cruzada no tempo entre 2 formas de onda de uma descarga elétrica (Sferics). Portanto pode-se definir a Diferença entre o Tempo de Chegada conhecida como ATD Arrival Time Difference

O que significa ATD? Na ausência do tempo da ocorrência de uma descarga elétrica, pode-se obter a localização de um raio a partir do calculo da diferença de tempo de chegada do sinal do campo elétrico vertical emitido por um raio. Estes tempos definem posições sobre a superfície terrestre que tem a mesma diferença de tempo, sendo que estas posições se assemelham a hiperbolas. Estação 1 : D 1 = (T 1 -T 0)* e Estação 2: D 2 = (T 2 -T 0)* Mas como não conhecemos T 0

4 sensores 6 ATDs (combinacao 6, 2 a 2)

4 sensores 6 ATDs (combinacao 6, 2 a 2)

Lee (1986), método ATD

TOA - O sistema é composto de uma estação de rádio na faixa de freqüência de VLF e LF (5 à 100 k. Hz) acoplado com um sistema de tempo absoluto(LONRAN-C, ou GPS), e uma pequena antena para medir o campo elétrico vertical. Os sistemas em geral utilizam um sistema GPS e obtém uma resolução de 1 nanosegundo. O campo elétrico medido é proveniente de ondas de chão que se propagam diretamente do relâmpago sob a superfície da terra.

Para se localizar um relâmpago a partir das medidas de tempo de chegada, calcula-se os TOA a partir da combinação das estações dois a dois, e tenta-se minimizar a equação abaixo:

TOA+MDF IMPACT