第七章GTS1型數(shù)字探空儀1、特點(diǎn)：探測技術(shù)高、采樣速度快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，實(shí)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(jìn)水平。2、功能：與GFE（1）型二次測風(fēng)雷達(dá)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(duì)濕度和風(fēng)向風(fēng)速。第一節(jié)探空儀結(jié)構(gòu)

1、特點(diǎn)：采用全電子傳感器和副載波二進(jìn)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(jī)、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(jī)、濕敏電阻、電池之用（熱用電阻出廠時(shí)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(shí)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(shí)構(gòu)成空氣流動(dòng)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(jī)一端，可以減少電池?zé)崃吭斐傻臏y溫誤差。二、發(fā)射機(jī)頻率調(diào)諧螺絲是一個(gè)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(shí)針旋轉(zhuǎn)螺絲電容量增大，頻率降低；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺絲電容量減小，頻率升高。RP1：用來調(diào)整測距應(yīng)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(jī)連接。四、濕度傳感器下圖是濕敏電阻出廠時(shí)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(shí)間過長，會(huì)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?zé)崦綦娮璩鰪S時(shí)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(shí)，發(fā)射機(jī)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(jī)置于保溫泡沫盒內(nèi)時(shí)，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(jī)在施放過程中與智能轉(zhuǎn)換器斷開，造成信號(hào)突失。七、電池采用鎂氯化亞銅注水式電池，遇水就會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)消耗能量，,時(shí)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(yīng)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(shí)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(shù)指標(biāo)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(zhǔn)不確定度（標(biāo)準(zhǔn)差）溫度：40℃—-80℃，校準(zhǔn)不確定度：△T≤±0.2℃。50℃—40℃或-80℃—-90℃，校準(zhǔn)不確定度：△T≤±0.3℃。濕度：15%—95%RH，校準(zhǔn)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(zhǔn)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(jī)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(hào)傳輸方式：數(shù)字1狀態(tài)，發(fā)射機(jī)受800kHz調(diào)制。數(shù)字0狀態(tài)，發(fā)射機(jī)受32kHz方波調(diào)制；32kHz在高電平時(shí)，關(guān)閉發(fā)射機(jī)；0電平時(shí)發(fā)射機(jī)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(shí)間、探空儀編號(hào)、測量要素代碼。四、電池電壓：±13.5V—±12.5V，工作時(shí)間100分鐘。作業(yè)1、GTS1型數(shù)字空儀特點(diǎn)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(gòu)成？4、發(fā)射機(jī)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(jī)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(hào)傳輸方式、采樣周期、數(shù)據(jù)內(nèi)容、電池電壓、工作時(shí)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(jìn)制數(shù)據(jù)。智能轉(zhuǎn)換器同時(shí)將這些探測到的氣象資料信息，調(diào)制到期1675MHz發(fā)射機(jī)上，使其產(chǎn)生不同的工作狀態(tài)，向地面GFE（1）型測風(fēng)雷達(dá)發(fā)射T、P、U無線電二進(jìn)制代碼和測距應(yīng)答脈沖，以完成0—30Km垂直高度的溫、壓、濕、風(fēng)向和風(fēng)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(shí)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(shí)現(xiàn)GPW2、GPW3熱敏電阻測溫功能，首先要進(jìn)行熱敏電阻的溫度特性校準(zhǔn)，以獲得R—T特性曲線。特性校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量根據(jù)R—T特性的計(jì)算公式確定，在保證測量精度的基礎(chǔ)上，盡量減少校準(zhǔn)點(diǎn)避免浪費(fèi)校準(zhǔn)工時(shí)。

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(yīng)速度快，體積小等優(yōu)點(diǎn)。

XGH-02型濕敏電阻是一片帶有電極的有機(jī)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(dǎo)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(yīng)材料是裸露的，因此手只能接觸基片的兩邊電極，同時(shí)它需要防太陽照射和雨淋；需要一定的通風(fēng)量來保證傳感器正常工作，為此在探空儀的外殼上設(shè)計(jì)了防曬、防雨的通風(fēng)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(shí)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(duì)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(jìn)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(shí)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(duì)濕度。所謂比阻值就是用某一相對(duì)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(fù)性。影響壓力傳感器性能的誤差包括如下幾個(gè)方面：零點(diǎn)溫度漂移、靈敏度溫度漂移、線性誤差、重復(fù)性誤差、遲滯誤差、機(jī)械遲滯、溫度遲滯等。據(jù)廠家提供的技術(shù)資料表明，所有誤差都在最大值的情況下總誤差之和可達(dá)5.57%，當(dāng)然這種可能性是極小的。但既使零點(diǎn)溫度漂移、靈敏度溫度漂移最大值也分別能達(dá)到1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了探空儀的技術(shù)指標(biāo)，因此需要進(jìn)行全量程的溫度補(bǔ)償。壓力傳感器采用軟硬件溫度補(bǔ)償方法，補(bǔ)償動(dòng)態(tài)范圍大、精度高、成本低、同時(shí)改善線性度。氣壓傳感器和溫度補(bǔ)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(jìn)制代碼。組成：由單片機(jī)、積分器、比較器、多路開關(guān)、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(duì)溫度影響采取了多種補(bǔ)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(shè)備中的計(jì)算機(jī)，根據(jù)各個(gè)探空儀檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，故智能轉(zhuǎn)換器不能帶外部EPROM芯片，各個(gè)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(tái)站。

3、單片機(jī)單機(jī)片輸出的數(shù)據(jù)和副載波32.7kHz信號(hào)，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(hào)受到數(shù)字“0”調(diào)制。單片機(jī)時(shí)鐘頻率為4MHz。

4、基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)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(yùn)算放大器產(chǎn)生。6﹑放大器兩個(gè)單運(yùn)算放大器OP07用來放大PC24硅壓敏電橋輸出電壓。三、發(fā)射機(jī)

1、超高頻發(fā)射機(jī)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(shí)針旋轉(zhuǎn)螺絲電容增大，頻率降低；逆時(shí)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(jī)除了發(fā)送T、P、U氣象要素信息，還要接收地面雷達(dá)發(fā)射的詢問信號(hào)，因此還必須具有接收機(jī)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(fù)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(shí)間內(nèi)增加淬頻信號(hào)，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(jī)RC放電回路中，其正半周的某一部分使放電電壓能夠達(dá)到超高頻發(fā)射機(jī)“起振閥電壓”，使超高頻發(fā)射機(jī)振蕩；而其負(fù)半周某一部分必須使超高頻發(fā)射機(jī)停止振蕩。也就是超高頻發(fā)射機(jī)受到淬頻振蕩器800kHz的調(diào)制，能夠保證超高頻發(fā)射機(jī)的振蕩處于“欠飽和”狀態(tài)，這樣超高頻發(fā)射機(jī)在遇到地面雷達(dá)詢問脈沖信號(hào)時(shí)，就能夠達(dá)到“飽和”狀態(tài)，使振蕩幅度增大，產(chǎn)生應(yīng)答“鼓包”和“缺口”。4、探空調(diào)制電路5、發(fā)送時(shí)間每幀氣象信息發(fā)送時(shí)間約為0.2S，余下的時(shí)間（約1秒）發(fā)送超再生800kHz同步振蕩脈沖，隨時(shí)等待雷達(dá)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(shí)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(gòu)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(bǔ)償辦法？5、智能轉(zhuǎn)換器主要功能如何？6、發(fā)射機(jī)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(jìn)制碼期間，超高頻發(fā)射機(jī)受到哪些調(diào)制？9、發(fā)射機(jī)信息發(fā)送時(shí)間如何分配？第四節(jié)使用方法和維護(hù)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(guān)C置于“ON”接通電源，此時(shí)應(yīng)檢查顯示屏數(shù)碼管是否燈亮；軸流馬達(dá)是否運(yùn)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(guān)b的R鍵，3分鐘后記錄元件的阻值。按下檢測箱開關(guān)b的T鍵，開關(guān)d置于“”，10秒鐘后記錄干燥瓶內(nèi)溫度值，隨后將開關(guān)d置于“T”。（檢測箱開關(guān)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(duì)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(guān)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(shí)探空儀發(fā)射機(jī)和智能轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(guān)b的U鍵，3分鐘后即可進(jìn)行T、P、U傳感器測量精度比對(duì)。測箱濕球溫度表沾水后，將、數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，核對(duì)濕度元件～的系數(shù)，確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行比對(duì)。5、比對(duì)應(yīng)在濕球溫度表沾水3分鐘后的瞬間進(jìn)行：記錄檢測箱顯示的值與計(jì)算機(jī)屏顯示的值，-≤±5%RH合格。6、對(duì)比后按下開關(guān)b的T鍵，10秒鐘后記錄檢測箱顯示的值與計(jì)算機(jī)屏顯示的值，-≤±0.4℃合格。7、T值比對(duì)后記錄計(jì)算機(jī)屏顯示的值與標(biāo)準(zhǔn)氣壓表值，-≤±2hPa合格。（應(yīng)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(dāng)基測箱與水銀氣壓表高度差超過1m時(shí)，應(yīng)根據(jù)測站1hpa對(duì)應(yīng)的平均高度差訂正氣壓值）。三、發(fā)射機(jī)檢查1、探空儀基測時(shí)，要注意觀測雷達(dá)熒光屏有沒有應(yīng)答“鼓包”和“缺口”，也不能多“缺口”。RP1可用來調(diào)整應(yīng)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(jī)上的螺絲，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)頻率降低，反之升高。三、發(fā)射機(jī)檢查1、探空儀基測時(shí)，要注意觀測雷達(dá)熒光屏有沒有應(yīng)答“鼓包”和“缺口”，也不能多“缺口”。