Dober, R. (2010). Erfassung von Blitzdaten durch zeitsynchrone optische und elektrische Aufnahmen [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/161518
Bereits sehr früh in unserer Geschichte wurde das Phänomen der Blitzentladungen aufgegriffen. Früher wurden Gewitter mit Blitz und Donner als Strafe Gottes gesehen. Dabei entwickelten sich auch diverse Abwehrmechanismen. Zum Beispiel wurden schwarze Kerzen, die dem heiligen Koloman geweiht waren, bei Gewittern angezündet, um Schutz vor Blitzen zu bekommen. Später begannen die Menschen durch Beobachtungen bestätigt, sich von hohen Spitzen, Gegenständen wie Gipfelkreuzen, Dachfirsten, Türmen und ähnlichem fernzuhalten, da die Blitze in solche "exponierten" Stellen bevorzugt einschlagen. Durch die Beobachtungen entwickelten sich sogenannte "Verhaltungs-Regeln den nahen Donnerwetter, nebst den Mitteln sich gegen die schädlichen Wirkungen des Blitzes in Sicherheit zu setzen". Diese explizit beschriebenen Regeln wurden von dem Physiker und Schriftsteller Georg Christoph Lichtenberg im Jahre 1778 herausgegeben. Er war einer der ersten Blitzforschungspioniere und gab auch Richtlinien für den Gebäudeschutz heraus. Dem Thema der Blitzforschung wurde von den Menschen schon immer mit äußerster Vorsicht begegnet. Es wurde und wird bis zum heutigen Tag immer wichtiger Blitzforschung zu betreiben, da der Blitzschutz im Gebäudeschutz oder im Personenschutz, als auch im Geräteschutz mittlerweile unerlässlich ist. Es geht dabei nicht nur um das Einfangen der Blitze, sondern deren gezielte, geführte und ungefährliche Ableitung der Blitze in den Erdboden. So setzte ich mir im Umfang dieser Arbeit zum Ziel, zum Thema der Blitzforschung einen kleinen Teil beizutragen und die Datenauswertung bei späteren Forschungsprojekten leichter auswertbar zu machen. Während meiner Arbeit habe ich das Ziel verfolgt, zwei einzelne Systeme, ein optisches System mit einer High-Speed-Kamera und ein elektrisches Messsytstem zur Erfassung des elektrischen/elektromagnetischen Feldes, die bereits in einem Messcomputer zusammenliefen, auf Stabilität und Zuverlässigkeit zu testen und auch auf diese Anforderungen hin zu verbessern. Das optische High-Speed-Kamera-System bestehend aus BASLER High-Speed-Kamera mit LAN-Anbindung an den Messcomputer, Stativ und wetterbeständigem Gehäuse und wurde mit der original BASLER-Kamerasoftware in die Aufnahmesoftware DataLogger 2.0 integriert. Die Aufnahmesoftware wurde in den früheren Versionen ausschließlich zur Datenakquisition für Daten des elektrischen Feldes in Verbindung mit dem dazugehörenden Messsystem verwendet. Das Messsystem für das elektrische Feld besteht aus der Plattenantenne, dem Integrator/Verstärker, der LWL-Übertragungsstrecke ISOBE, dem DAQ-System und dem Messcomputer mit dessen Software, dem GPS-System zur Zeitsynchronisation und dem DAQ-System als Schnittstelle zum analogen Messteil. Die Implementierung der High-Speed-Kamera in die Aufnahmesoftware DataLogger 2.0 war schon vor dem Beginn meiner Arbeit gemacht worden. Die Verifizierung der Software und deren Aufnahmen erfolgten in zwei Testabschnitten. Der erste Abschnitt war wiederum in einige einzelne Testzyklen unterteilt. Diese Testzyklen waren als Labortests ausgelegt, um grundlegende Probleme vorab lösen zu können. Vor allem Softwareprobleme wurden bei diesen Tests gesucht, gefunden und ausgebessert. Auch die Handsteuerung als Fernauslöser für die Blitzaufnahmen wurde im Zuge der Labortests gebaut und ins System implementiert. Der zweite Testabschnitt beinhaltete wieder einzelne Testzyklen. Dabei wurden die Tests nicht mehr im Labor durchgeführt, sondern bereits im Freien als Feldversuche. Bei den Feldtests sollten nicht die Blitzaufnahmen im Vordergrund stehen, sondern die Verbesserungen in punkto Stabilität und Zuverlässigkeit des gesamten Messsystems. So kam es auch nur am 01.06.2008, am zweiten Feldtesttag, zu brauchbaren Blitzaufnahmen, die auch im Rahmen dieser Arbeit ausgewertet wurden. Die anderen Feldtesttage wurden, wie auch die Labortesttage zur Performance-, Stabilitäts- und Zuverlässigkeitsverbesserung genutzt. So wurde zum Beispiel aus diesen Tests der Schluss gezogen, dass ein neues Computernetzteil eine erhebliche Stabilitätsverbesserung des Gesamtsystems brächte. Diese Erkenntnis wurde auch umgesetzt und war essentiell für alle weiteren Testläufe und auch für alle zukünftigen Blitzaufnahmen mit diesem Messcomputer. Zu den aufgenommenen Blitzdaten ist zu sagen, dass alle Aufnahmen von positiven Wolke-Erde-Entladungen stammten. Die Erscheinung von positiven Blitzen ist im Vergleich zu negativen Blitzen mit 10% zu 90% relativ selten. Positive Blitze sind meist viel stromstärker als negative Blitze, was auch die Auswertung der Blitzaufnahmen vom 01.06.2008 ergab. Ich konnte insgesamt neun Blitze optisch und elektrisch erfassen. Die durchschnittliche Stromamplitude lag bei 44 kA. Die kleinste Stromamplitude bei 15,2 kA und die größte Stromamplitude der erfassten Blitze lag bei fast 80 kA. Alle Blitze wurden vom ALDIS-Blitzortungssystem zweifelsfrei detektiert, was durch die Datenbankeinsicht des ALDIS-Servers gezeigt wurde. Was die Zuordnung der Blitze betrifft, ist zu sagen, dass ALDIS die Blitze irrtümlich als Mehrfachblitze detektiert hat, obwohl alle Blitze nur Einzelblitze waren. Die Blitze wurden irrtümlich im Verhältnis fünf Einzelblitze zu vier Mehrfachblitzen zugeordnet, wobei es sich nur um Einzelentladungen handelte. Diese Diskrepanz soll jedoch kein Nachteil des Systems aufzeigen, sondern dazu beitragen solche Fehler von Blitzortungssystemen bei der Zuordnung von Blitzen zu entdecken und bei der Beseitigung zu helfen. Damit solche Fehler zweifelsfrei gefunden werden können, wurde das kombinierte Messsystem gebaut und soll in Zukunft unter anderem dafür zur Verfügung stehen. Die erfolgreiche Kombination der beiden zuvor beschriebenen Teilsysteme ist als voller Erfolg der Arbeit zu werten und kann nun im Weiteren zu neuen Erkenntnissen und Vereinfachungen im Bereich der Blitzforschung beitragen.
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Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers