介绍苏联无线电测空仪

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二十五年前,苏联气象学家莫尔强诺夫教授所发明的无线电测空仪,在全世界破天荒第一次升入了空中。

无线电测空仪挂在约有二公斤升力的氢气球下面。它是一具单管发信机,可测量空气温度、压力和湿度。

系在气球上的导线就是发射天线,另一导线自由下垂,就是地线。

气球上升时,测空仪里有一个靠风翼旋转的交换器控制着发信机的工作,使发信机能发出代表温度(摄氏—60℃—40℃)、压力(30—700公厘水银柱)和湿度(到100%)的各种不同的信号。这些信号的资料对天气预报工作有很大的作用。

图1
图1 🔍原图 (485×375)

图1是无线电测空仪的示意图,其原理图见图2。如果屏极电池的回路经过压力发射器(Дд),湿度发射器(ДB或温度发射器Дм)这三者之一的接点和交换器K\(_{1}\)或K2的接点而闭合时,高频发信机Г就发出信号。

图2
图2 🔍原图 (839×863)

温度数据的发射

温度发射器的“感觉”元件就是图2上的T片,这是由两条膨胀系数不同的金属片所组放。当温度变化时,T片弯曲,迫使原来由活动接头与它连起来的指示器уT沿着端子板Г\(_{1}\)、Г2、Г\(_{3}\)、Г4的金属齿移动(图3)。各端子板互相绝缘。端子板Г\(_{1}\)、Г2、Г\(_{3}\)和Г4分别和交换器K\(_{1}\)上ПT1、ПT\(_{2}\)、ПT3和ПT\(_{4}\)等薄片相连(图2)。

图3
图3 🔍原图 (1347×499)

对着这些薄片,在交换器的轴上装有接触链轮З\(_{1}\)、З2、З\(_{3}\)和З4。当交换器转动时,链轮碰到薄片,把屏极电池В\(_{2}\)的负极接通端子板Г1、Г\(_{2}\)、Г3或Г\(_{4}\)的牙齿,指示器yT的指针,发射器的薄片T及测空仪的机壳。交换器每转一周,链轮З1碰到ПT\(_{1}\)一次,链轮З2碰到ПT\(_{2}\)二次,链轮З3碰到ПT\(_{3}\)三次等等。

只有在交换器的某一键轮与一薄片相碰,而这薄片的端子板牙齿上正好停留着指示器yT的一刹那间,发信机才发出脉冲。这时链轮З\(_{1}\)转一周发出一个脉冲(yT在Г1的牙齿上);З\(_{2}\)发出两个脉冲(yT在Г2的牙齿上),余类推。

当温度改变时,yT就从一个端子板的牙齿移到另一端子板的牙齿上,发信机发出的信号脉冲周期发生变化。如果记住yT的开始位置,并能一直不断地收听信号,那么注意信号的周期变化,就能决定空气的温度。

为了能够从收到的无线电测空仪的信号中判断温度,在交换器的轴上对着接触片ПT\(_{K}\)装有一个七角的控制链轮ЗK。ПT\(_{K}\)与温度发射器上的控制端子板ГK相连。温度发射器各端子板上的牙齿共分19组(图3),每一组有4个牙齿,分布Г\(_{1}\)、Г2、Г\(_{3}\)和Г4等端子板上,Г\(_{K}\)上第一个牙齿代替了第三组中Г4上的牙齿;Г\(_{K}\)上的第二、第三等牙齿分别替代第五和第七组里Г3和Г\(_{2}\)等牙齿。从第十二级起替代的次序开始重复。

当工作人员顺序地收到一次、七次和三次短声时,就可以肯定:指示器yT原是在端子板Г\(_{1}\)的牙齿上,后来在端子板ГK的牙齿上,而最后则是在端子板Г\(_{3}\)的牙齿上。这种顺序的信号组合只有在下列的情况下才能发生,即当无线电测空仪上升时由于温度的变化,指示器yT从第二级牙齿移到第三组上,或是从第十一组移到第十二组上(图3),第二组与第十二组之间的温度差约为40℃,因此很容易根据信号的情况来判断温度。

压力数据的发射

压力感觉元件是图上的Д,它和指示器yД活动地连在一起。当压力改变时,气压管Д弯曲,指示器yД就在端子板Г\(_{д}\)上移动。这端子板由不同宽度的许多金属齿组成,每隔二个狭的就跟着一个宽的。端子板Гд和交换器K\(_{1}\)的接触片Пд相连。和П\(_{д}\)相对的交换器轴上,装有一个宽约72°圆周的扇形内的链轮Зд。

图4
图4 🔍原图 (313×784)

各“温度”链轮的排列法,是使它们的最后一只角(根据交换器的转向)和链轮З\(_{k}\)的角在同一条直线上(图4)。压力链轮Зд上扇形的起点也正好与上面所说这条直线重合。因此,当指示器yT停在牙齿上时,发信机的电源回路不但经过链轮З\(_{1}\)、З2、З\(_{3}\)、З4、З\(_{K}\)而闭合,他经过链轮Зд而闭合。因此,信号组中最后一次短声就变为长声。

图5
图5 🔍原图 (705×898)

譬如当指示器yT停在端子板Г\(_{3}\)的牙齿上,那么发出的信号不是三次短声而是二短一长。图5.а表示当指示器yД在端子板Гд的牙齿与牙齿间的温度信号;图5.б表示当指示器yД停在端子板Г\(_{д}\)牙齿上时的温度信号。

已知地面压力,并注意压力信号中长声的出现和消失,就可以决定指示器yД移到了那个牙齿上,因此就可以知道这一刹那间的压力值。

湿度数据的发射

湿度感觉元件是一束脱脂的人发пB,它与湿度指示器yB的指针连在一起(图2)。当湿度改变时,发束的长度变化,指示器yB就在端子板Г\(_{B}\)上移动。这端子板有十个分齿,互相绝缘。每一牙齿各和一个有13个接点的湿度交换器K2上П\(_{1}\)、П2、П\(_{3}\)……П10的接点之一相连。湿度交换器上的П\(_{k1}\)、Пk2两接点和测空仪的壳子相连,这两接点是控制接点,而接点П\(_{p}\)和压力端子板Гд上的一个绝缘牙齿相连。温度交换器上各接点的角度尺寸彼此相同。间隙的宽度也等于这些接点每一个的宽度。

在湿度发射交换器K\(_{2}\)的各接点上滑动着一个电刷Щ,它由风翼经过蜗轮带动,速度为风翼的二十分之一。当电刷碰到接触点Пk1、П\(_{k2}\)或和温度端子板ГB上各牙齿连接的任何一个接点时,屏极电池就有回路,这样就发出“湿度脉冲”。交换器K\(_{1}\)旋转一周,湿度交换器K2的电刷经过一个接点,所以:“湿度信号”比较“温度信号”长。

当电刷Щ转动时,先经过接点П\(_{k1}\)和Пk2。这时收信机听到很长的二次长声。以后,湿度信号的回路断了,又发射温度和压力的信号。只要电刷Щ一碰到和端子板Г\(_{B}\)上某一牙齿连接的接点(即指示器yB停着的那个牙齿上),温度和压力的信号脉冲就停止,又重新发射湿度信号。这样,先是发射二声长的湿度信号,然后是几个温度和压力信号,再是一次温度的长信号(图5.б)。

因此可见,在二长声和一长声湿度信号中间,发出的温度信号的数量就等于指示器yB停在端子板的那个牙齿上的序数。譬如当指示器yB在端子板Г\(_{B}\)的第一个牙齿上(相当于100%的湿度),那么在二声长信号以后,将会听到一组温度及压力信号,然后再是一声湿度的长信号。然后又开始发射温度及压力信号,直到电刷Щ旋转一周回到接触片Пk1为止。因为压力端子板上与接点П\(_{p}\)相连的那个牙齿是位于这端子板的第九个和第十个牙齿之间,且与这二个牙齿绝缘,所以在这一个牙齿发出信号以前,只能听到二声拖长声的湿度控制信号。当yД经过这一个牙齿的时候,在二拖长声的湿度控制信号之前就先来一个长的压力控制信号。从端子板Гд的第十个牙齿开始起又只发射二个湿度控制信号。控制信号的这种轮番交替就使我们能更容易决定压力。(苏联 Б.克里维茨基 М.马克西莫夫)(翁龙年 译自苏联无线电杂志1953年第2期)