第七章GTS1型數(shù)字探空儀1、特點：探測技術高、采樣速度快、抗干擾能力強等特點，實現(xiàn)了數(shù)字化、模塊化，整體性能接近世界同類產(chǎn)品先進水平。2、功能：與GFE（1）型二次測風雷達相配合，可綜合探測到地面至30km范圍內(nèi)，不同高度的大氣溫度、氣壓、相對濕度和風向風速。第一節(jié)探空儀結構

1、特點：采用全電子傳感器和副載波二進制數(shù)字代碼遙測的方法，具有良好的抗同頻干擾能力。

2、組成：由溫度傳感器、濕度傳感器、智能轉(zhuǎn)換器（含氣壓傳感器）、發(fā)射機、電池五部分。一、外形見圖：紙盒表面涂有防雨透明膠，具有良好的防水性能和反射率，是用來安放智能轉(zhuǎn)換器、發(fā)射機、濕敏電阻、電池之用（熱用電阻出廠時已焊接在支架上），把它們組合成一體。熱敏電阻支架在施放時要從盒蓋內(nèi)翻轉(zhuǎn)出來，盒蓋內(nèi)部裝有濕敏電阻插座，盒蓋前部和防雨蓋內(nèi)壁有防輻射黑紙，使盒蓋既能防濕敏電阻受雨淋，又能防止太陽直接輻射的影響，同時構成空氣流動的通道，減小濕敏電阻的滯后誤差。電池從紙盒側(cè)面放入盒內(nèi)，電池靠近發(fā)射機一端，可以減少電池熱量造成的測溫誤差。二、發(fā)射機頻率調(diào)諧螺絲是一個半可變電容器，調(diào)節(jié)銅螺絲的位置可改變其電容量的大小，順時針旋轉(zhuǎn)螺絲電容量增大，頻率降低；逆時針旋轉(zhuǎn)螺絲電容量減小，頻率升高。RP1：用來調(diào)整測距應答“鼓包”和“缺口”狀態(tài)；XP3：用來連接智能轉(zhuǎn)換器。三、智能轉(zhuǎn)換器全部電子元件、氣壓傳感器和測量氣壓傳感器溫度的熱敏電阻均牢固地安裝在印刷電路板上。XP1：與探空儀盒蓋的傳感器插頭連接；XP2：與電池連接；XP3：與發(fā)射機連接。四、濕度傳感器下圖是濕敏電阻出廠時的狀態(tài)，外玻璃瓶內(nèi)有干燥劑并加以密封,使?jié)衩綦娮栝L期處于干燥環(huán)境中。濕敏電阻一旦取出必須使用，在空氣中暴露時間過長，會影響測濕精度。五、探空儀盒蓋

組成：熱敏電阻、測溫支架、濕敏電阻、濕敏安裝座、XS1插頭。測溫熱敏電阻出廠時已焊接在白色支架上，施放前將支架翻出接近150°。XS1插頭與智能轉(zhuǎn)換器連接。六、保溫材料即空儀保溫泡沫塑料盒，探空儀在出廠時，發(fā)射機和智能轉(zhuǎn)換器已經(jīng)連接并置放在F型的保溫盒內(nèi)，施放前需將電池保溫盒打開，裝入浸泡好的鎂電池。發(fā)射機置于保溫泡沫盒內(nèi)時，必須與底部相接觸好，如有空隙，需墊上塊狀泡沫填滿空隙，以避免發(fā)射機在施放過程中與智能轉(zhuǎn)換器斷開，造成信號突失。七、電池采用鎂氯化亞銅注水式電池，遇水就會產(chǎn)生化學反應消耗能量，,時間越長能量消耗越多。為了避免鎂電池在貯存期內(nèi)發(fā)生這種情況，裝在塑料袋內(nèi)的電池，在抽除袋內(nèi)空氣封口后，將5只或10只裝入密封的鐵罐盒內(nèi)。從鐵罐盒內(nèi)取出的電池，其塑料袋應緊貼在電池上，否則說明塑料袋已經(jīng)漏氣，這種電池使用時要特別注意。下圖是電池從密封鐵皮筒內(nèi)取出后的狀態(tài)。XS2插頭與智能轉(zhuǎn)換器連接。第二節(jié)探空儀的技術指標一、測量性能1、量程溫度：50℃—-90℃；濕度：0%—100%RH；氣壓：1060hpa—5hpa

。2、測量范圍和校準不確定度（標準差）溫度：40℃—-80℃，校準不確定度：△T≤±0.2℃。50℃—40℃或-80℃—-90℃，校準不確定度：△T≤±0.3℃。濕度：15%—95%RH，校準不確定度：環(huán)境溫度-25℃以上△U≤±5%RH；環(huán)境溫度-25℃以下，△U≤±10%RH。氣壓：1050hpa—10hpa。校準不確定度：氣壓在500hpa以下，△p≤±2hpa；氣壓在500hpa以上，△p≤±1hpa。二、電氣性能1、發(fā)射機載波中心頻率：1671MHz±3MHz。載波頻率占用范圍：1668—1675MHz。發(fā)射功率：P≥400mW。調(diào)制方式：調(diào)幅。淬頻頻率：800kHz±15kHz。副載波頻率：32.7kHz±0.5kHz。天線增益G：≥1dB。接收靈敏度：≤20μw/m。三、智能轉(zhuǎn)換器副載波頻率：32.7kHz±0.5kHz。數(shù)字信號傳輸方式：數(shù)字1狀態(tài)，發(fā)射機受800kHz調(diào)制。數(shù)字0狀態(tài)，發(fā)射機受32kHz方波調(diào)制；32kHz在高電平時，關閉發(fā)射機；0電平時發(fā)射機受800kHz調(diào)制。傳輸速度：1200Baud（1200數(shù)據(jù)/秒）。采樣周期：t≤1.5秒。數(shù)據(jù)內(nèi)容：時間、探空儀編號、測量要素代碼。四、電池電壓：±13.5V—±12.5V，工作時間100分鐘。作業(yè)1、GTS1型數(shù)字空儀特點和用途？2、GTS1型數(shù)字探空儀與59型探空儀的區(qū)別？3、GTS1型數(shù)字探空儀性能及構成？4、發(fā)射機頻率調(diào)諧螺絲和RP1的作用？5、GTS1型數(shù)字探空儀的主要性能如何？（量程、誤差范圍、發(fā)射機載波中心頻率、調(diào)制方式、淬頻頻率、副載波頻率、數(shù)字信號傳輸方式、采樣周期、數(shù)據(jù)內(nèi)容、電池電壓、工作時間）。第三節(jié)

工作原理探空儀在升空中，熱敏電阻、硅壓敏電橋、濕敏電阻分別隨大氣的T、P、U變化而改變阻值大小或輸出電壓大小，這些變化值通過智能轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成不同的二進制數(shù)據(jù)。智能轉(zhuǎn)換器同時將這些探測到的氣象資料信息，調(diào)制到期1675MHz發(fā)射機上，使其產(chǎn)生不同的工作狀態(tài)，向地面GFE（1）型測風雷達發(fā)射T、P、U無線電二進制代碼和測距應答脈沖，以完成0—30Km垂直高度的溫、壓、濕、風向和風速的綜合探測。一、傳感器1、溫度傳感器：采用GPW2型棒狀熱敏電阻，其在測量范圍內(nèi)（55℃—-90℃），阻值限定在9KΩ—700KΩ，阻體長10mm，直徑1mm左右，表面有高反射率涂層，短波反射率＞93%，但長波吸收率＞90%。GPW2熱敏電阻出廠時已焊在探空儀紙盒盒蓋內(nèi)的白色塑料支架上。氣壓附溫測量采用GPW3型棒狀熱敏電阻。阻體長6.5mm，直徑0.65mm，其安裝在氣壓傳感器外殼內(nèi),用膠水封固。為了實現(xiàn)GPW2、GPW3熱敏電阻測溫功能，首先要進行熱敏電阻的溫度特性校準，以獲得R—T特性曲線。特性校準點數(shù)量根據(jù)R—T特性的計算公式確定，在保證測量精度的基礎上，盡量減少校準點避免浪費校準工時。

GPW2熱敏電阻的長短波輻射帶來到誤差經(jīng)過訂正，可保證高空測溫精度。2、濕度傳感器：采用XGH-02高分子濕敏電阻。具有測量范圍廣，互換性好，響應速度快，體積小等優(yōu)點。

XGH-02型濕敏電阻是一片帶有電極的有機玻璃基片，其片上浸漬了按一定比例混合攪拌的羥乙基纖維素HEC（吸濕材料）、碳黑（導電材料）、Tx-100和三梨醇（漲力輔助材料）。

XGH-02型濕敏電阻是黑色的，感應材料是裸露的，因此手只能接觸基片的兩邊電極，同時它需要防太陽照射和雨淋；需要一定的通風量來保證傳感器正常工作，為此在探空儀的外殼上設計了防曬、防雨的通風道放置濕敏電阻。濕敏電阻是一次性使用的元件，因此XGH-02型濕敏電阻出廠時置于密封的內(nèi)玻璃管內(nèi)，外玻璃管內(nèi)放有干燥劑，以保證濕敏電阻元件長期處于干燥的環(huán)境中。濕敏電阻是一種二元特性傳感器，它的電阻變化除了主要受相對濕度影響外，還有一定的溫度系數(shù)，探測過程中需要通過軟件進行溫度修正，這樣才能保證探空儀升空中全量程的測濕精度。由于濕敏電阻的阻值隨時間變化而有所漂移，因此在使用過程中采用濕敏電阻的比阻值來表示相對濕度。所謂比阻值就是用某一相對濕度（如0%RH），做為參考值，其它濕度的阻值與其相比。這就是探空儀使用前需要輸入基值電阻的原因。3、氣壓傳感器：采用24PC型硅阻固態(tài)壓力傳感器。具有良好的彈性和重復性。影響壓力傳感器性能的誤差包括如下幾個方面：零點溫度漂移、靈敏度溫度漂移、線性誤差、重復性誤差、遲滯誤差、機械遲滯、溫度遲滯等。據(jù)廠家提供的技術資料表明，所有誤差都在最大值的情況下總誤差之和可達5.57%，當然這種可能性是極小的。但既使零點溫度漂移、靈敏度溫度漂移最大值也分別能達到1%，遠遠超出了探空儀的技術指標，因此需要進行全量程的溫度補償。壓力傳感器采用軟硬件溫度補償方法，補償動態(tài)范圍大、精度高、成本低、同時改善線性度。氣壓傳感器和溫度補償傳感器直接安裝在智能轉(zhuǎn)換器的印制電路板上。二、智能轉(zhuǎn)換器：功能：將各類傳感器的物理量，按照一定的格式轉(zhuǎn)換成二進制代碼。組成：由單片機、積分器、比較器、多路開關、放大器、振蕩器等。電路見下圖：

2、A/D轉(zhuǎn)換（數(shù)模轉(zhuǎn)換）：采用軟件雙積分A/D轉(zhuǎn)換方案，轉(zhuǎn)換精度超過14位，并對溫度影響采取了多種補償措施。為了降低探空儀的成本，提高數(shù)據(jù)可靠性，各傳感器所測量的氣象信息要素值轉(zhuǎn)換由地面設備中的計算機，根據(jù)各個探空儀檢定數(shù)據(jù)進行處理，故智能轉(zhuǎn)換器不能帶外部EPROM芯片，各個探空儀檢定數(shù)據(jù)按規(guī)定格式存入3.5英寸軟盤，隨探空儀一起提供給臺站。

3、單片機單機片輸出的數(shù)據(jù)和副載波32.7kHz信號，經(jīng)過失密特觸發(fā)器（74HC14）反相和與非門4011處理后，數(shù)字“1”為低電平，數(shù)字“0”為高電平；副載波32.7kHz信號受到數(shù)字“0”調(diào)制。單片機時鐘頻率為4MHz。

4、基準電壓基準電壓由穩(wěn)壓管TL431產(chǎn)生，再經(jīng)LF353功率放大。5、副載波振蕩器副載波32.768KHz振蕩器由32.768KHz晶體、電阻電容和LF353運算放大器產(chǎn)生。6﹑放大器兩個單運算放大器OP07用來放大PC24硅壓敏電橋輸出電壓。三、發(fā)射機

1、超高頻發(fā)射機組成：超高頻晶體管、高Q值微帶線、可微調(diào)電容、鞭狀天線和地網(wǎng)等。調(diào)節(jié)銅螺絲的位置可改變的電容量，順時針旋轉(zhuǎn)螺絲電容增大，頻率降低；逆時針旋轉(zhuǎn)螺絲電容減小，頻率升高。穿芯電容、用作超高頻濾波。2、超再生工作狀態(tài)超高頻發(fā)射機除了發(fā)送T、P、U氣象要素信息，還要接收地面雷達發(fā)射的詢問信號，因此還必須具有接收機的功能。為了使同一振蕩電路具有收發(fā)兩種功能，它只能處于超再生工作狀態(tài)（既間歇工作狀態(tài)）。超再生工作狀態(tài)所產(chǎn)生的脈沖寬度和間歇振蕩重復頻率決定于電路中電容、電阻和供電電壓。這種自調(diào)制超再生電路的接收靈敏度極低，必須在間歇振蕩的休止時間內(nèi)增加淬頻信號，以提高超再生接收的靈敏度。3、淬頻振蕩器：頻率為800kHz。淬頻振蕩器調(diào)制在超高頻發(fā)射機RC放電回路中，其正半周的某一部分使放電電壓能夠達到超高頻發(fā)射機“起振閥電壓”，使超高頻發(fā)射機振蕩；而其負半周某一部分必須使超高頻發(fā)射機停止振蕩。也就是超高頻發(fā)射機受到淬頻振蕩器800kHz的調(diào)制，能夠保證超高頻發(fā)射機的振蕩處于“欠飽和”狀態(tài)，這樣超高頻發(fā)射機在遇到地面雷達詢問脈沖信號時，就能夠達到“飽和”狀態(tài)，使振蕩幅度增大，產(chǎn)生應答“鼓包”和“缺口”。4、探空調(diào)制電路5、發(fā)送時間每幀氣象信息發(fā)送時間約為0.2S，余下的時間（約1秒）發(fā)送超再生800kHz同步振蕩脈沖，隨時等待雷達詢問脈沖。

作業(yè)1、GTS1型數(shù)字探空儀的工作原理如何？溫度傳感器阻值范圍如何？2、如何實現(xiàn)熱敏電阻測溫功能？長短波輻射帶來到誤差經(jīng)過訂正，可保證高空測溫精度。3、濕度傳感器的構成和使用原理？比阻值的定義？4、影響壓力傳感器性能的因素和補償辦法？5、智能轉(zhuǎn)換器主要功能如何？6、發(fā)射機超再生工作狀態(tài)如何？7、淬頻振蕩器的調(diào)制原理。8、在探空調(diào)制電路中，智能轉(zhuǎn)換器輸出的二進制碼期間，超高頻發(fā)射機受到哪些調(diào)制？9、發(fā)射機信息發(fā)送時間如何分配？第四節(jié)使用方法和維護一、濕敏元件基值電阻R0

、基值溫度T0的測定1、探空儀檢測箱開關C置于“ON”接通電源，此時應檢查顯示屏數(shù)碼管是否燈亮；軸流馬達是否運轉(zhuǎn)。2、將已活化（具體活化過程見第三章）的濕敏元件插入0%的干燥瓶座內(nèi)，蓋緊瓶塞。3、按下檢測箱開關b的R鍵，3分鐘后記錄元件的阻值。按下檢測箱開關b的T鍵，開關d置于“”，10秒鐘后記錄干燥瓶內(nèi)溫度值，隨后將開關d置于“T”。（檢測箱開關b、c、d具體位置見第十五章）二、T、P、U傳感器施放前測量精度比對1、從干燥瓶內(nèi)取出濕度元件，插入探空儀盒蓋濕度元件插座內(nèi)，打開檢測箱門，將探空儀盒蓋放入檢測室。把盒蓋插頭與檢測室內(nèi)插座連接，探控儀盒蓋向上打開露出濕度元件，支起溫度支架，關閉檢測箱門。檢測箱背面有±12V電源的四芯插頭及T、U傳感器的三芯插頭，將兩插頭與智能轉(zhuǎn)換器XP1、XP2連接，此時探空儀發(fā)射機和智能轉(zhuǎn)換器進入工作狀態(tài)。取出檢測箱濕球溫度表沾上蒸餾水，按下檢測箱開關b的U鍵，3分鐘后即可進行T、P、U傳感器測量精度比對。測箱濕球溫度表沾水后，將、數(shù)據(jù)輸入計算機，核對濕度元件～的系數(shù)，確認無誤后方可進行比對。5、比對應在濕球溫度表沾水3分鐘后的瞬間進行：記錄檢測箱顯示的值與計算機屏顯示的值，-≤±5%RH合格。6、對比后按下開關b的T鍵，10秒鐘后記錄檢測箱顯示的值與計算機屏顯示的值，-≤±0.4℃合格。7、T值比對后記錄計算機屏顯示的值與標準氣壓表值，-≤±2hPa合格。（應錄取水銀氣壓表或振筒式氣壓儀的示值，不能用檢測箱顯示的值，當基測箱與水銀氣壓表高度差超過1m時，應根據(jù)測站1hpa對應的平均高度差訂正氣壓值）。三、發(fā)射機檢查1、探空儀基測時，要注意觀測雷達熒光屏有沒有應答“鼓包”和“缺口”，也不能多“缺口”。RP1可用來調(diào)整應答“鼓包”和“缺口”。2、載波頻率調(diào)整：如發(fā)現(xiàn)載頻偏移過大，可調(diào)整發(fā)射機上的螺絲，順時針旋轉(zhuǎn)頻率降低，反之升高。三、發(fā)射機檢查1、探空儀基測時，要注意觀測雷達熒光屏有沒有應答“鼓包”和“缺口”，也不能多“缺口”。