人类要改造客观世界,首先必须通过实践认识客观世界。只有在实践中掌握了自然界各种现象的规律才能征服自然。测量技术就是人类通过实验的方法,确定客观事物各种量的数值,对客观事物进行探索,以求得其内在联系——规律性的方法。测量技术的水平往往标志着科学技术发展的水平。举例来说,如果我们对超高频振荡不能进行测量,那么要有效地产生、控制和利用它也就很难想象。因而测量技术一定要伴随各科学技术部门的发展而发展。无线电技术的发展过程,就充分地说明了这个问题。
无线电测量技术一直是紧紧伴随着无线电技术各环节的发展,而不断向更高的频段,向更高的灵敏度、稳定度前进。能够清晰地显示信号图象的示波技术,以及其他优异的测量方法,被不断地创造出来并日趋完善。如果在无线电设备的制造过程中,在校验、调试和维修中,没有足够精确灵敏的无线电测量仪表,很难想象无线电设备能在自动控制、雷达、通信、电子计算机诸方面,表现那样高度的准确性和灵敏度。几十年来,无线电测量技术已经发展成一支空前繁荣的学科。
廿世纪是无线电电子学形成和突飞猛进的时代。广义地说,这里所谈的无线电测量技术,实际上也就是无线电电子学各种用途的测量技术。国民经济各部门在无线电测量技术的帮助下,取得了惊人的成就。近代的机械、光学、热力学的测量仪表,在许多方面不如无线电测量仪表(或者说电子测量仪器)优越。由于电信号易于用电子器件等放大,因而无线电测量仪器有极高的灵敏度。通过能量的转换,无线电测量仪表又可以测定极高的温度、强大的辐射能或其他形式的能量。由于电子器件内电子运动的惰性极小,因而可以用无线电仪表测得高速度,高频率的物理现象或运动体的参数,例如放射性的研究和炮弹初速的测定。由于肉眼的滞钝,人类也只有依靠无线电电子学设备,来对极快速的动作进行研究。无线电测量设备最重要的优点,还在于它具有遥远测量的可能性,具有与自动控制设备紧密配合的可能性。无线电遥测是利用超高频连续波或脉冲信号的传送,对远离测量仪表的物件或现象进行测量的一门技术。在近代,无线电遥测技术获得广泛的应用。气象学中用它来对运流层的变化进行观察,射电天文学中用它来研究宇宙空间和天体,宇宙飞行中用雷达来测量人造卫星和宇宙飞船的运动参数。遥测术还用于导航,飞机航测地图以及获取人造卫星测量的结果等等方面。目前,除了易于传输的电磁波信号外,世界上还没有第二种东西可以更有效地担负起遥测的任务。
由于无线电电子学的发展和它本身的优越性,在自动控制中广泛地采用了电子仪器,通过无线电信号来控制执行机构。也只有电子测量仪器,才能完美地与这些控制系统配合,或成为其不可分割的组成部分。由于上述种种理由,无线电测量技术已经渗透到国民经济和科学研究的各个领域中。
近代工业生产中,愈来愈要求很高的精密度、划一的产品规格和控制操作规程。没有完善的测量技术来检验是无法实现的。因而如何千方百计引进无线电电子学测量技术,是近代工业生产各部门极重要的一个问题。
一切生产过程涉及的物理量,都可以归结为电量和非电量两大类。电量中包括电流、电压、功率、频率等。这都是运用电气仪表进行测量的(粗糙时用电工仪表;精确时用电子仪表)。非电量包括机械量(尺寸、位移、光洁度、应力、压力、速度)真空度、温度、浓度和时间等。近代常利用换能器把非电量变成电量来测定,并已取得良好的效果。
在近代已经有种类繁多,利用各种不同原理的非电量的电测仪表。这些仪表中采用了各种换能器将非电量转换成电量。如对机械量的测定,可以采用可变电阻、可变电容器将机械位移变成电阻、电容的变化,从而引起电路中电量的变化。利用以下种种原理,如物质接触电阻在外力作用下变化的原理,电阻丝变形时电阻率也改变的原理,压电效应和磁致伸缩的原理,磁路空气隙变化使磁阻变化以及感应起电的原理等,可以制造出适用于各种场合对位移、厚度、速度、作用力以及其他机械量和时间进行测量的换能器。用这些换能器进行电测,可以大大提高测量精确度,并实现许多机械方法所不能进行的测量,例如测量高压密闭容器中的水位,电镀层厚度及探测材料的内伤等。用光电测微计和电感测微计测定工件的尺寸和光洁度远比机械测微计准确和灵敏。用机械计数器测量转速,由于时间掌握不准确和机械安装不正,使用长久磨损等,误差甚大,而量程也有限。如果采用脉冲显示和频闪观测仪,就会非常准确,并能测量极高的速度。利用光电效应,当光照变化时测量光电流的变化,可以测定快速动作、辐射体、炽热体的参数。对于温度的测量,近代广泛采用温差电偶。利用亮度光电计、比色高温计也可以测炽热体的温度。由于不同湿度的物体对电磁波和光波吸收不同,因而可以直接地或通过光电效应精确地测定木材、烟叶的湿度。利用不同性质和浓度的溶液电解电阻和极化曲线不同,可以精确地测定酸、碱、盐的浓度。
如上所述,非电量的电测法,正在为冶金、化学、机械制造等重工业部门以及纺织、造纸、食品、制革等轻工业部门所采用。在农业技术中,对土壤的分析,对光合作用面积的测量,对暖房、仓库温度的测量和自动控制,更可以用上述方法来实现。所以,用无线电测量技术来进行非电量的测定,正日益引起人们的重视,而逐渐形成系统严密的学科。
现在不妨再来谈谈一些基础科学、尖端科学与无线电测量技术的关系。
首先,对宇宙的研究及空间探索方面。自无线电遥测技术应用于天文学中以来,已经取得不少惊人的成果。如发现了百种以上的天体为波长各异的电磁波辐射源,就是一例。又如人造卫星获得的技术资料,完全是由各式各样的电子仪器测录下来,并由无线电遥测系统传到地面研究中心的,通过这些仪表的工作,人类获得了空前详尽的有关大气上层的压力成分、离子浓度、卫星电荷值、地球电场和磁场强度、太阳及其他辐射源的辐射强度、宇宙射线的组成及变化等资料,并记录了流星和重核粒子的撞击几率和能量等。这就给外层空间的了解及宇宙航行提供了重要的条件。
在核子物理学方面。在五十年代中,脉冲技术有了进一步的发展,进入了毫微秒的领域。这对于核子物理的研究起了极大的促进作用。毫微秒脉冲技术,是近代研究核子物理和原子能应用的必不可少的工具。对原子能的控制必须通过射线强度的测量来进行,这种测量也只有采用为脉冲技术装备起来的电子仪表才能实现。因为在原子运动的种种过程中所用的时间都处在毫微秒(即十亿分之一秒)的数量级。可见,正是由于毫微秒测量技术的兴起,才给核子物理的研究提供了有利的条件,成为核子物理学取得巨大进展的原因之一。
在生命科学方面,首先是在医疗科学上,也采用了无线电测量技术,主要是用于病理的探测和生理现象的测录。人的大脑、心脏等内脏器官,在工作时都会出现一些极微的电流,对这些电流的精确测量以及对若干生理过程(如心搏,条件反射,神经系统的反应等)所需时间的精确测定,能够很准确而迅速地诊断病情。目前电气诊断术还有待于进一步健全,然而可以肯定,它必将为保护人类的健康作出巨大的贡献。在生物学上电子测量技术也已经成了不可缺少的研究工具。
无线电测量技术,除用于上述各方面外,在其他技术科学及基础科学的研究上,也日益成为不可少的优异的新实验手段。
在近代的国防军事技术上,无线电测量技术的重要性,更是不言而喻。新式武器及其运用、维护,战术上的侦察、监视等各方面,都运用着各种精密的无线电测量技术和装备,如雷达、导航设备、液声侦测仪器等都是无线电测量技术的典型应用。
综上所述,无线电测量技术与近代科学技术、国民经济以及国防军事各方面的发展,关系十分密切。它今后的发展方向,不仅要向提高测量速度,提高使用频率,提高精确度,灵敏度和稳定性发展,更重要的是,还要为工业生产的自动化,为遥控遥测,为各个应用部门中的非电量的测定提供新的测量方法和仪器。
当然,无线电测量技术的发展又受到无线电技术各分支及其他技术科学发展的推动。例如电子管频闪观测仪的原理就是从光学实验的频闪观测法借用而来。为了使无线电测量技术跟上近代科学技术的发展,无线电工作者有必要关心各尖端科学的进展,并相应地提出更新的测量方法,发明和创造更新的仪器。(邱洵)