Atmospheric Monitor       

von Stefan Bion                     
             
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Kürzlich habe ich mal aus Spaß einen "Atmospherics Monitor" aufgebaut (Ferritantenne an NF-Verstärker mit niedriger Eingangsimpedanz und einigen Tief- und Hochpässen). Dabei habe ich mich gewundert, wie weit das Netzbrummen von Hochspannungsleitungen auch im Freien reicht. Ich dachte, ein paarhundert Meter Abstand müssten reichen, aber auch da war das magnetisch induzierte Netzbrummen incl. Oberwellen noch erstaunlich stark. Es war allerdings möglich, das Brummen durch Ausrichtung der Ferritantenne auf beinahe Null zu reduzieren. In unregelmäßigen Abständen (mehrere Sekunden) war dann ein hohes (fast metallisch klingendes) Klicken in Kopfhörer zu vernehmen, von dem ich noch nicht weiß, woher das kam. Dies muss ich bei Gelegenheit nochmal genauer untersuchen - ggf. an einer Stelle ohne Hochspannungsleitungen im näheren Umkreis.

In einem nahegelegenen Wald habe ich dann eine Stelle ohne Netzbrummen gefunden. Zwar waren auch hier Hochspannungsleitungen in ca. 1 km Entfernung, aber deren magnetische Wechselfelder waren dort nicht registrierbar. Vielleicht lag das starke Brummen bei meinem ersten Versuch 2 Tage zuvor auch daran, dass sich in 1,5 km Abstand (Luftlinie) auch noch ein Kohlekraftwerk befand (das "Heizkraftwerk Nord" in München), von dem die dortigen Hochspannungsleitungen ausgingen.

Das erwähnte unregelmäßige "metallische Klicken" war auch im Wald wieder zu hören gewesen. Ich vermute, dass es sich dabei um Blitze von Gewittern irgendwo auf der Erde handelt (hier in der Nähe von München gab es jedenfalls kein Gewitter - der Himmel war den ganzen Tag über blau und fast wolkenfrei). Bei manchen Klicks ist auch eine Art "Echo" zu hören.

Die folgende ZIP-Datei enthält einige Ausschnitte aus den Aufnahmen mit auf 25% verlangsamter Geschwindigkeit als MP3-Dateien (die Aufnahmen wurden nachträglich etwas verstärkt und bandpassgefiltert (2...17 kHz), um das hochfrequente Fiepen des Audiorecorders oberhalb von ca. 18 kHz zu entfernen):
Download: Klicks.zip

Die Klicks sind natürlich weit von den im Artikel genannten Geräuschen entfernt; vielleicht sollte man daher auch mal in der Dämmerung oder bei erhöhter Sonnenaktivität Aufnahmen machen... (Falls jemand eine plausiblere Erklärung für diese Klicks hat, wäre eine Nachricht sehr willkommen.)

Die Schaltung stammt aus der Zeitschrift "Everyday Practical Electronics, April 2003" und ist als PDF hier zu finden:
http://www.clivemaxfield.com/area51/do-not-delete/atmos-monitor.pdf

Dort wird auch beschrieben, was es noch alles an möglichen atmosphärischen Signalen im VLF-Bereich gibt, die damit empfangen werden können sollen.

Anstelle des Piezo-Wandlers habe ich eine Kopfhörerbuchse (Stereo-Klinke 3,5 mm) eingebaut (über einen Elko von 100 µF mit Pin 7 von IC2b verbunden). Die Abschirmung aus Weißblech habe ich nachträglich angebracht, um bei hoher Verstärkung die induktive Rückkopplung zwischen der Spule und der Schaltung zu reduzieren. Es hat auch etwas geholfen, aber sie konnte sie leider nicht vollständig unterbinden. Mit angeschlossenem Kopfhörer muss man aufpassen, dass man keinen Tinnitus kriegt, wenn die Verstärkung zu hoch eingestellt ist und plötzlich ein lautes hochfrequentes Pfeifen ertönt. Das Verstärkungspoti VR2 lasse ich immer auf Minimum (entspricht Verstärkungsfaktor 1 der Ausgangsstufe IC2a) und regle die Lautstärke über das im Kopfhörer integrierte Lautstärkepoti. VR2 könnte man in meinem Fall demnach genausogut weglassen und durch eine Drahtbrücke ersetzen. Vielleicht könnte man das Ganze noch optimieren, indem man um die beiden OpAmps IC2a+b herum noch einen weiteren Hoch- oder Bandpass aufbaut, der Störeinstreuungen vom Netz weiter reduziert. Bei der Verwendung des Gerätes muss man auch aufpassen, dieses ruhig zu halten, da die Ferritantenne auch jede mechanische Schwingung aufnimmt.

Hier noch der Bericht eines anderen "Benutzers" der Schaltung:
http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1279830

Dort schreibt der Autor (neben Geräuschen von seiner Autozündung) auch von Klicks - allerdings von rhythmischen, während sie bei mir ja eher in unregelmäßigen Abständen erfolgten.





Klickgeräusche durch Leistungsschalter, von Dieter Drewanz

Zu den Klickgeräuschen des Atmospheric-Monitor vermute ich, dass es sich um Abstrahlungen handelt, die durch Leistungsschalter verursacht werden.  Zur Regelung der Stromflüsse im Hochspannungsnetz werden nicht nur die Kraftwerke geregelt, sondern auch die Übersetzungen von Leistungstrafos in kleinem Rahmen geändert mit der Methode des Jansen-Schalters um starke Funkenbildung zu vermeiden. Hierzu eignen sich die unteren Windungen bei der Sternschaltung nahe dem N-Leiter, der meist auch mit der Erde verbunden wird. Diese Klicks mit höheren Wellenlängen als die 50 Hz und deren nahen Oberwellen müßten von dem gesamten Freileitungsnetz als Sendeantenne weiträumig übertragen werden.  

Für den Raspberry nutzbar gäbe es einen Blitzsensor, der die U/f-Kennlinie zwischen 0,5-2 MHz auswertet, Chip AS3935 oder MOD1060. Man müsste die Klicks eigentlich genauer untersuchen und mit diesen Ergebnissen vergleichen.
Schaltpulse, die auch sogenenannte Wanderwellen verursachen (Transienten) und auch selbstlöschende Überspannungsableiter auslösen können (z.B. im deutschen Museum in München zu sehen) können durch das Leitungsnetz als qasie Antenne weit verteilt und abgestrahlt werden. Die Orientierung der Welle muss dabei im Raum nicht identisch mit den 50/60Hz sein, das als "Netzbrummen" empfangbar ist.
Interessant war auch eine Vorlesung von Professor König an der TUM zu Atmospherics. Bei seinen Untersuchungen wurden die Frequenzbereiche und die zeitlichen Verläufe der Signale tatsächlich tiefgehend untersucht, ob diese aus "künstlichen" Quellen stammen oder von natürlichen Qellen stammen.
http://www.sferics.eu/content/research
Ein sehr schöne Darstellung der allgemeinen Zusammenhänge um natürliche / künstliche, elektromagnische Strahlungen sowie EMVU:
"Unsichtbare Umwelt" (1986), Prof.Dr.-Ing.em.* Herbert L. König. "Unsichtbare Umwelt", der Klassiker aus universitärer Forschungsarbeit.


Nachtrag: VLF-Empfänger 550 Hz bis 20 kHz von Stefan Bion



Bisher wurde mit einer magnetischen Antenne gearbeitet. Mit dieser Schaltung wird der elektrische Anteil der Signale empfangen. Details zur Schaltungsentwicklung und Empfangsergebnisse findet man hier:  http://www.stefanbion.de/tmp/NaturalRadioVersuche/



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