专利名称：电子探空测量的传感信号设置方法及探空仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及高空气象探测装置，即电子探空测量的传感信号设置方法及探空仪。
背景技术：
705、706气象雷达所配套的59型电码式机械探空仪是上海无线电23厂在国家气象局支持下设计生产的，六十年代投放市场，一直使用到现在。它的核心技术是温、压、湿传感器通过机械连杆与码桶连接，连杆另一端有一触针在码桶转动时与码桶电极导通产生摩尔斯码信号。产生的摩尔斯码调制在800M发射机上，向地面雷达传送采集到的探空数据。
该探空仪在701、705二次测风雷达探测系统已工作了近四十年，在我国气象事业发展中起到了重要的作用。随着的时代的进步气象条件受到越来越多重视。从火箭发射、飞机起降、火箭炮的精确命中到气象部门常年的对气候观测，以及参与国际气象交流、数据比对，对气象数据的实时性、探测精度要求越来越高。而59型电码式机械探空仪响应慢滞后、杠杆传动环节摩擦大、年漂移量大，世界上目前只有中国仍在使用这种电码筒式探空仪，淘汰它是必然的。59型电码式机械探空仪主要技术性能a.测量范围气温+40℃--75℃；气压1050hPa-10hPa；湿度100％-15％RHb.测量误差(均方根偶然误差)气温(1000-500hPa)±0.28℃；(500-200hPa)±0.42℃(200-100hPa)±0.67℃；(100-10hPa)±1℃c.测量周期8～9Sd.平均灵敏度系数(分辨率)气温0.6-0.52℃/电码；气压3.5-4.7hPa/电码；湿度0.9-2.0％RH/电码目前，已研制成功的L波段探空仪，利用调频信号和调幅混合体制的双频道方案，这个方案的对电路要求高，调试不方便。而且装置的工作可靠性也差一些。
发明内容
本发明目的是提供一种采用10K、20K频率作为副载波传送数据的P波段电子探空仪。尤其是能够使传感器能可靠发送信号，对电路的调试方便，电路可靠性高的电子探空仪。
本发明的目的是这样实现的电子探空测量的传感信号设置方法由传感器采集温度、压力、湿度的气象信息，温度是电阻值变化，压力、湿度是电容变化，将阻值和容量的变化转换成频率信号，其特征是将频率信号用10K、20K方波进行行调制、编码；以5个10K代表数据0，10个20K代表数据1；10K、20K方波信号荷载的传感信号随探空信息变化而变化，送给发射机；采用10K、20K频率作为副载波传送探空数据。
采用10K、20K频率作为副载波传送传感器采集的数据，其中气象信息温度是电阻值变化，压力、湿度是电容变化，通过转换电路将阻值和容量的变化转换成频率信号，再把频率信号用10K、20K方波进行量化，或者说是进行调制、编码。
本发明5个10K频率的方波代表数据0，10个20K频率的方波代表数据1。以10K、20K频率的的方波信号随探空传感器采集的信息变化而变化，送给发射机。
为了保证每路信号在恶劣环境下信号不会丢失，每路发送信号的时间为0.5S。八路探空信息共需时间4s，这就是测量周期。
调制、编码的10K、20K方波信号送给800M发射机调制器模块，模块首先分离出探空信号，并送给发射机主振管调制(大约0.2S时间)。另在10K、20K方波发送结束后，发射机主振管由发送10K、20K方波状态，改变工作在超再生状态，产生自激波信号供雷达测距(大约0.3S时间)。自激波的波形是常规波形。地面雷达接收到探空仪信号后经变频、中放、解调得到10K、20K方波信号，最后还原出温、压、湿数据。
本发明电子探空仪，包括温度、压力、湿度传感器、微处理器，与非门D1和电子开关D2、基振与发射管V5构成；所述传感器连接微处理器的输入端，微处理器的输出连接与非门D1和电子开关D2并连接基振与发射管V5，发射管的输出接天线；微处理器的控制端连接电子开关控制端。
微处理器输入端设有电容型温度压力传感器RT12。
本发明P波段电子探空仪(XGP-1型)测量性能如下本发明电子探空仪采用圆形结构有如下特点a.量程范围温度50℃～-90℃；气压1060hPa～5hPa；；湿度0％～100％RHb.测量范围和准确度(RMS)温度40℃～-80℃准确度50℃～40℃ΔT≤±0.4℃；40℃～-80℃ ΔT≤±0.3
-80℃～-90℃ΔT≤±0.4℃；湿度15％～95％RH准确度ΔU≤±5％RH环境温度大于等于-25℃ΔU≤±10％RH 环境温度小于-25℃气压1050hPa～10hPa准确度ΔP≤±2.0hPa气压大于等于500hPaΔP≤±1.0hPa气压小于500hPa59型电码式机械探空仪与本发明电子探空仪测量性能参数对照，见表1
从表1看两种探空仪测量范围是一样的，准确度、分辨率指标电子探空仪比电码式机械探空仪高出许多，另外电子探空仪在体积和重量也有明显的优势。
本发明电子探空仪技术上采用了和59型电码式机械探空仪完全不同的工作方式的电子探空仪。这种探空仪可以705、706等气象雷达地面设备接收信号。对705、706气象雷达地面设备改动不多，重新换几块板就解决问题，雷达主体外观没有改变，硬件性能没有改变，但雷达本身已经进行了一次数字化升级改造。化很少的钱，却完成了一次质的飞跃。推广应用，经济效益显著。
本发明电子探空仪用气球携带，自由升空，传感器把获取的气象信息转换成可测量的信号，送单片机采集。为了保证测量精度，采集的探空信息有8路，除了温度、压力、湿度信号外还增加温、压、湿的基准、参考信号。
带温、压、湿传感器的仪器随气球升空，温、压、湿传感器感应的大气温度、压力、湿度经测量振荡电路转换成探空频率信号，探空频率经单片机量化、编码以10kHz、20kHz作为副载波的形式送出。5个10kHz代表数字0，10个20kHz代表数字1，送给发射机，发射机把10kHz、20kHz副载波信号调制在800MHz载频上，信号通过发射机天线向地面传送。
地面雷达接收发射机发出的探空信号，经高放、中放、解码还原10kHz、20kHz副载波信号，得到空中实时的温度、压力、湿度信号。雷达根据气球运动的空间坐标，算出风向、风速。
图1本发明探空仪结构框2本发明接收机电路框3本发明传感器测量电路图通过转换电路将阻值和容量的变化转换成频率信号，再把频率信号用10K、20K方波进行量化的电路，或者说是进行调制、编码的电路图。
图4是本发明发射机电路图具体实施方式
由图所示，本发明电子探空仪包括1.测量盒温、压、湿采集处理，并调制输出10K、20K方波信号。
2.发射机完成10K、20K方波信号发射，并产生测距信号。
3.探空仪电源注水镁电池组成。
探空仪由传感器(杆状热敏电阻、碳湿敏电阻、硅压敏电桥、补偿热敏电阻)、电子探空仪压力传感器均采用膜盒变容式。
P波段发射机、探空仪嵌入保温泡沫塑料内，外壳由防水纸制成。测量大气温度、湿度传感器置于纸盒盒盖上，施放时翻出热敏电阻支架，用盒盖的细线系牢。用33m蜡绳将探空仪与气球连接起来，即可进行施放。
本发明技术各项指标均符合中华人民共和国探空仪通用规范GJB2405-95标准。
图3和图4的说明通过微处理器U1(可用51系列)用于产生基准的10K和20K频率的方波信号，并5个10K频率的方波代表数据0，10个20K频率的方波代表数据1。微处理器U1产生10K和20K频率的方波信号由软件产生，此信号对频率信号进行调制。RT1和RT2分别是温敏电阻和压力温度电阻传感器，C6和C10是电容，分别是压力传感器和温度传感器，其量值与温度、压力或湿度有关，在图3电路中输出一定频率信号，此频率信号经10K、20K方波进行量化；或者通过555时基转换电路将阻值和容量的变化转换成频率信号，输入U1的输入端，此频率信号用10K、20K方波进行量化，或者说是进行调制、编码。
其中设有的温度压力传感器RT12是为了对压力传感器进行温度校正或补偿。
以10K、20K频率的的方波信号调制、编码的信号，送给图4中XS1，通过图4中反向与非门D1和电子开关D2输入发射管V5(同时为基振和调频发射器件，800M振荡发射)进入发射机A进行发射。同时微处理器通过XS1控制电子开关控制每路发送信号的时间为0.5S。八路探空信息共需时间4s，这就是测量周期。接收机相应进行接收。模块受测量电路单片机控制，有探空信号时，控制信号为高电平，调制、编码的10K、20K方波信号送给800M发射机调制器模块，模块首先分离出探空信号，并送给发射机主振管调制(大约0.2S时间)。另在10K、20K方波发送结束后，发射机主振管由发送10K、20K方波状态，改变工作在超再生状态，产生自激波信号供雷达测距(大约0.3S时间)。自激波的波形是常规波形。
温度传感器的阻值变化，压力、湿度传感器电容量的变化引其测量振荡电路频率的变化，单片机对频率进行采样，采样的频率值单片机以10K、20K方波进行量化编码，5个10K代表数子0，10个20K代表数子1，作为副载波送给发射机。
带温、压、湿传感器的仪器随气球升空，温、压、湿传感器感应的大气温度、压力、湿度经测量振荡电路转换成探空频率信号，探空频率经单片机量化、编码以10kHz、20kHz作为副载波的形式送出。5个10kHz代表数字0，10个20kHz代表数字1，送给发射机，发射机把10kHz、20kHz副载波信号调制在800MHz载频上，信号通过发射机天线向地面传送。
地面雷达接收发射机发出的探空信号，经高放、中放、解码还原10kHz、20kHz副载波信号，得到空中实时的温度、压力、湿度信号。雷达根据气球运动的空间坐标，算出风向、风速。
实际的波形图左边波形是自激波，右边是10K、20K方波信号。地面雷达接收到探空仪信号后经变频、中放、解调得到10K、20K方波信号，最后还原出温、压、湿数据。
权利要求
1.电子探空仪的传感信号设置方法，包括由传感器采集温度、压力、湿度的气象信息，温度是电阻值变化，压力、湿度是电容变化，将阻值和容量的变化转换成频率信号，其特征是将频率信号用10K、20K方波进行行调制、编码；以5个10K代表数据0，10个20K代表数据1；10K、20K方波信号荷载的传感信号随探空信息变化而变化，送给发射机；采用10K、20K频率作为副载波传送探空数据。
2.根据权利权利要求1所述的电子探空仪的传感信号设置方法，其特征是10K、20K方波信号送给800M发射机调制器模块，模块首先分离出探空信号，并送给发射机主振管调制；在10K、20K方波发送结束后，发射机主振管由发送10K、20K方波状态，改变工作在超再生状态，产生自激波信号供雷达测距。
3.根据权利权利要求1所述的电子探空仪的传感信号设置方法，其特征是通过时基转换电路转换成频率信号。
4.根据权利权利要求1所述的电子探空仪的传感信号设置方法，其特征是每路发送信号的时间为0.5S，设有八路探空信息。
5.电子探空仪，其特征是包括温度、压力、湿度传感器、微处理器，与非门D1和电子开关(D2)、基振与发射管(V5)构成；所述传感器连接微处理器的输入端，微处理器的输出连接与非门(D1)和电子开关(D2)并连接基振与发射管(V5)，发射管的输出接天线；微处理器的控制端连接电子开关控制端。
6.根据权利要求5所述的电子探空仪，其特征是微处理器输入端设有电容型温度压力传感器(RT12)。
全文摘要
电子探空仪的传感信号设置方法，包括由传感器采集温度、压力、湿度的气象信息，温度是电阻值变化，压力、湿度是电容变化，将阻值和容量的变化转换成频率信号，将频率信号用10K、20K方波进行行调制、编码；以5个10K代表数据0，10个20K代表数据1；10K、20K方波信号荷载的传感信号随探空信息变化而变化，送给发射机；采用10K、20K频率作为副载波传送探空数据。本发明电子探空仪用气球携带，自由升空，传感器把获取的气象信息转换成可测量的信号，送单片机采集。
文档编号G01S13/95GK1916664SQ200610086178
公开日2007年2月21日 申请日期2006年9月8日 优先权日2006年9月8日
发明者亢玉庭, 和丁红, 黄江平, 杨乐荣, 陈健 申请人:南京大桥机器有限公司