RU59845U1

RU59845U1 - AEROLOGICAL RADIO PROBE

Info

Publication number: RU59845U1
Application number: RU2006134868/22U
Authority: RU
Inventors: Роман Юрьевич Анасенков; Андрей Степанович Мальцев
Original assignee: Роман Юрьевич Анасенков; Андрей Степанович Мальцев
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2006-12-27

Abstract

Полезная модель относится к измерительной техники и может быть использовано в метеорологических радиозондах для измерения вертикального профиля метеовеличин в атмосфере, например температуры, влажности. Полезная модель может быть также использовано в устройствах преобразования информации резистивных и потенциальных датчиков. Аэрологический радиозонд содержит датчики температуры, влажности, батарею электропитания радиозонда, сверхрегенеративный приемопередатчик, антенну состоящую из активного четвертьволнового несимметричного вибратора, емкостной шайбы и электрического противовеса, печатную плату на которой смонтированы электронный коммутатор, измерительный преобразователь, опорный резистор, формирователь определения канала измерения, формирователь импульсов с генератором частоты, стабилизаторы напряжений и тока. Новым в полезной модели является то, что в качестве электрического противовеса использована сторона печатной платы. Измерительный преобразователь выполнен в виде генератора, управляемого напряжением, снимаемым с опорного резистора или датчиков влажности или температуры. Формирователь определения канала The utility model relates to measuring equipment and can be used in meteorological radiosondes to measure the vertical profile of meteorological quantities in the atmosphere, for example, temperature, humidity. The utility model can also be used in information conversion devices of resistive and potential sensors. The aerological radio probe contains temperature, humidity sensors, a radio probe power supply battery, a superregenerative transceiver, an antenna consisting of an active quarter-wave asymmetric vibrator, a capacitive washer and an electric counterweight, on which a electronic switch, a measuring transducer, a reference resistor, a pulse shaping driver, a measuring channel definition shaper, a shaper are mounted with a frequency generator, voltage and current stabilizers. New in the utility model is that the side of the printed circuit board is used as an electrical counterweight. The measuring transducer is made in the form of a generator controlled by a voltage taken from a reference resistor or humidity or temperature sensors. Channel Definition Shaper

выполнен на программируемом логическом устройстве (PLD),например на программируемой логической интегральной схеме или микропроцессоре. Формирователь импульсов с генератором частоты выполнен с использованием кварцевого генератора и делителя с переменным коэффициентом деления на программируемом логическом устройстве (PLD). Выходы опорного резистора датчика температуры и датчика влажности соединены со входами электронного коммутатора, выход которого соединен с входом измерительного преобразователя, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, другой вход которого соединен с выходом кварцевого генератора. Один выход формирователя импульсов соединен с входом сверхрегенеративного приемопередатчика, второй выход соединен с входом формирователя определения канала измерения, выход которого соединен с управляющим входом электронного коммутатора. Выходы стабилизатора напряжений соединены с входами опорного резистора, датчика температуры и датчика влажности, электронного коммутатора, измерительного преобразователя, формирователя импульсов, формирователя определения канала измерения, стабилизатора тока. Выход стабилизатора тока соединен с соответствующим входом сверхрегенеративного приемопередатчика выход которого подключен к антенне, выход performed on a programmable logic device (PLD), for example on a programmable logic integrated circuit or microprocessor. The pulse generator with a frequency generator is made using a crystal oscillator and a divider with a variable division coefficient on a programmable logic device (PLD). The outputs of the reference resistor of the temperature sensor and humidity sensor are connected to the inputs of the electronic switch, the output of which is connected to the input of the measuring transducer, the output of which is connected to the input of the pulse shaper, the other input of which is connected to the output of the crystal oscillator. One output of the pulse shaper is connected to the input of the super-regenerative transceiver, the second output is connected to the input of the shaper to determine the measurement channel, the output of which is connected to the control input of the electronic switch. The outputs of the voltage stabilizer are connected to the inputs of the reference resistor, temperature sensor and humidity sensor, electronic switch, measuring transducer, pulse shaper, shaper determining the measurement channel, current stabilizer. The output of the current stabilizer is connected to the corresponding input of the super-regenerative transceiver, the output of which is connected to the antenna, the output

батареи электропитания соединен с входом стабилизатора напряжений.the battery power is connected to the input of the voltage regulator.

Description

Полезная модель относится к измерительной техники и может быть использовано в метеорологических радиозондах для измерения вертикального профиля метеовеличин в атмосфере, например температуры, влажности. Полезная модель может быть также использована в устройствах преобразования информации резистивных и потенциальных датчиков.The utility model relates to measuring equipment and can be used in meteorological radiosondes to measure the vertical profile of meteorological quantities in the atmosphere, for example, temperature, humidity. The utility model can also be used in information conversion devices of resistive and potential sensors.

Аэрологический радиозонд производит преобразование нескольких метеовеличин в радиотелеметрический сигнал и передает их по радиоканалу на наземную станцию сопровождения.An aerological radio probe converts several meteorological variables into a radio telemetric signal and transmits them over the air to a ground tracking station.

С начала использования радиозондов стоит проблема измерения метеовеличин в широком диапазоне воздействующих факторов, температуры от минус 90 до плюс 50°С, влажности от 10 до 99%, высотности до 30-40 километров, солнечной радиации, космического излучения и т.д. Наибольшие трудности возникают при измерении влажности, особенно на больших высотах из-за низкого содержания влаги в атмосфере при больших значениях отрицательных температур. При этом к измерительным приборам предъявляются высокие требования по точности измерения, From the beginning of the use of radiosondes, there has been a problem of measuring meteorological values in a wide range of influencing factors, temperatures from minus 90 to plus 50 ° С, humidity from 10 to 99%, altitudes up to 30-40 kilometers, solar radiation, cosmic radiation, etc. The greatest difficulties arise when measuring humidity, especially at high altitudes due to the low moisture content in the atmosphere at high negative temperatures. At the same time, high demands are placed on measuring instruments for measuring accuracy,

массово-габаритным характеристикам, энергопотреблению и низкой стоимости. Требования эти довольно противоречивы. Известен радиозонд содержащий радиопередатчик, блок управления канальными интервалами времени, интегратор, компаратор, измерительную цепь, содержащую двухпозиционный переключатель, операционный усилитель и два параллельно соединенных резистивных делителя, первый из которых включает последовательно соединенные резистивный датчик метеовеличины и образцовый резистор, а второй делитель включает два последовательно соединенных образцовых резистора при этом средние точки резистивных делителей раздельно подключены к входам двухпозиционного переключателя, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к точке соединения резистивного датчика метеовеличины с крайней точкой второго делителя, управляющий вход двухпозиционного переключателя соединен с первым выходом блока управления канальными интервалами времени. Недостатком этого радиозонда является нестабильность характеристики преобразования измерительной цепи при изменении условий эксплуатации. (Методы и средства зондирования атмосферы. Труды Центральной аэрологической обсерватории. Вып. 168, М.: Гидрометеоиздат, 1990, с.56-69.).mass-dimensional characteristics, energy consumption and low cost. These requirements are rather contradictory. A known radio probe containing a radio transmitter, a control unit for channel time intervals, an integrator, a comparator, a measuring circuit comprising a two-position switch, an operational amplifier and two parallel-connected resistive dividers, the first of which includes a series-connected resistive meteorological sensor and a reference resistor, and the second divider includes two in series connected reference resistors while the midpoints of the resistive dividers are separately connected to the inputs of the two-position onnogo switch, whose output is connected to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the connection point of the resistive sensor meteorological parameters extreme point of the second divider the control input of a two-position switch is connected to a first output channel control unit intervals. The disadvantage of this radiosonde is the instability of the conversion characteristics of the measuring circuit when changing operating conditions. (Methods and means of sensing the atmosphere. Proceedings of the Central Aerological Observatory. Issue 168, Moscow: Gidrometeoizdat, 1990, pp. 56-69.).

Известен серийный радиозонд МР3-3А (см. Н.А.Зайцева, «Аэрология» г.Ленинград, Гидрометеоиздат, 1990, стр.187-191.), который содержит датчик температуры, датчик влажности, электронный коммутатор, измерительный преобразователь, формирователь импульсов, сверхрегенеративный приемопередачик, антенну, стабилизаторы напряжения и тока, батарею электропитания радиозонда, который принимается за прототип.Known serial radio probe MP3-3A (see N.A. Zaitseva, “Aerology”, Leningrad, Gidrometeoizdat, 1990, pp. 187-191.), Which contains a temperature sensor, humidity sensor, electronic switch, measuring transducer, pulse shaper , super-regenerative transceiver, antenna, voltage and current stabilizers, radio probe power battery, which is taken as a prototype.

Недостатком данного устройства является его высокая погрешность измерения, особенно на больших высотах, большое количество комплектующих элементов, снижающее надежность устройства, необходимость ручной настройки функциональных узлов устройства, недостаточная стабильность измерительного преобразователя, построенного на основе резистивно-емкостной цепи, низкая технологичность сборки устройства.The disadvantage of this device is its high measurement error, especially at high altitudes, a large number of components that reduce the reliability of the device, the need for manual adjustment of the functional units of the device, insufficient stability of the measuring transducer built on the basis of the resistive-capacitive circuit, low manufacturability of the device assembly.

Технической задачей полезной модели является уменьшение погрешности измерения, отсутствие ручной настройки функциональных узлов устройства, уменьшение количества комплектующих элементов, применение автоматического монтажа, повышение надежности устройства.The technical task of the utility model is to reduce the measurement error, the lack of manual adjustment of the functional units of the device, reducing the number of components, the use of automatic installation, improving the reliability of the device.

Поставленная задача решена тем, что: аэрологический радиозонд содержащий датчики температуры, влажности, батарею электропитания радиозонда, сверхрегенеративный The problem is solved in that: aerological radiosonde containing temperature, humidity sensors, radiosonde power supply battery, super-regenerative

приемопередатчик, антенну состоящую из активного четвертьволнового несимметричного вибратора, емкостной шайбы и электрического противовеса, печатную плату на которой смонтированы электронный коммутатор, измерительный преобразователь, опорный резистор, формирователь определения канала измерения, формирователь импульсов с генератором частоты, стабилизаторы напряжений и тока, отличающийся тем, что в качестве электрического противовеса использована сторона печатной платы, измерительный преобразователь выполнен в виде генератора, управляемого напряжением, снимаемым с опорного резистора или датчиков влажности или температуры, формирователь определения канала выполнен на программируемом логическом устройстве (РLD),например на программируемой логической интегральной схеме или микропроцессоре, формирователь импульсов с генератором частоты выполнен с использованием кварцевого генератора и делителя с переменным коэффициентом деления на программируемом логическом устройстве (PLD), причем выходы опорного резистора датчика температуры и датчика влажности соединены со входами электронного коммутатора, выход которого соединен с входом измерительного преобразователя, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, другой вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, один выход a transceiver, an antenna consisting of an active quarter-wave asymmetric vibrator, a capacitive washer and an electric counterweight, a printed circuit board on which an electronic switch, a measuring transducer, a reference resistor, a shaper for determining the measurement channel, a pulse shaper with a frequency generator, voltage and current stabilizers, characterized in that the side of the printed circuit board is used as an electrical counterweight, the measuring transducer is made in the form of a generator, pack measured by the voltage taken from the reference resistor or humidity or temperature sensors, the channel definition driver is made on a programmable logic device (PLD), for example, on a programmable logic integrated circuit or microprocessor, the pulse generator with a frequency generator is made using a crystal oscillator and a divider with a variable division coefficient on a programmable logic device (PLD), the outputs of the reference resistor of the temperature sensor and humidity sensor connected to the inputs of the electronic switch, the output of which is connected to the input of the measuring transducer, the output of which is connected to the input of the pulse shaper, the other input of which is connected to the output of the crystal oscillator, one output

формирователя импульсов соединен с входом сверхрегенеративного приемопередатчика, второй выход соединен с входом формирователя определения канала измерения, выход которого соединен с управляющим входом электронного коммутатора, выходы стабилизатора напряжений соединены с входами опорного резистора, датчика температуры и датчика влажности, электронного коммутатора, измерительного преобразователя, формирователя импульсов, формирователя определения канала измерения, стабилизатора тока, выход стабилизатора тока соединен с соответствующим входом сверхрегенеративного приемопередатчика, выход которого подключен к антенне, выход батареи электропитания соединен с входом стабилизатора напряжений.the pulse shaper is connected to the input of the superregenerative transceiver, the second output is connected to the input of the shaper for determining the measurement channel, the output of which is connected to the control input of the electronic switch, the outputs of the voltage stabilizer are connected to the inputs of the reference resistor, temperature sensor and humidity sensor, electronic switch, measuring transducer, pulse shaper , a shaper for determining a measurement channel, a current stabilizer, the output of a current stabilizer is connected to by the input of the super-regenerative transceiver, the output of which is connected to the antenna, the output of the battery is connected to the input of the voltage regulator.

На фиг. дана структурная схема, заявленного аэрологического радиозонда.In FIG. given a structural diagram of the claimed aerological radiosonde.

Аэрологический зонд содержит: опорный резистор 1,датчик температуры 2, датчик влажности 3, электронный коммутатор 4, измерительный преобразователь 5, формирователь импульсов 6 с генератором частоты 7, формирователь определения канала измерения 8, сверхрегенеративный приемопередатчик 9, стабилизаторы напряжений 10 и тока 11, батарею электропитания 12, печатную плату 13, антенно-фидерное устройство 14, состоящее из активного четвертьволнового несимметричного вибратора 15, The aerological probe contains: a reference resistor 1, a temperature sensor 2, a humidity sensor 3, an electronic switch 4, a measuring transducer 5, a pulse shaper 6 with a frequency generator 7, a shaper for determining the measurement channel 8, an ultra-regenerative transceiver 9, voltage and voltage stabilizers 10 and current 11, a battery power supply 12, printed circuit board 13, antenna-feeder device 14, consisting of an active quarter-wave asymmetric vibrator 15,

емкостной шайбы 16 и электрического противовеса 17, в качестве которого использована сторона печатной платы 13. Выходы опорного резистора 1, датчика температуры 2 и датчика влажности 3 соединены со входами электронного коммутатора 4, выход которого соединен с входом измерительного преобразователя 5, выход которого соединен с входом формирователя импульсов 6, другой вход которого соединен с выходом кварцевого генератора 7, один выход формирователя импульсов 6 соединен с входом сверхрегенеративного приемопередатчика 9, второй выход соединен с входом формирователя определения канала измерения 8, выход которого соединен с управляющим входом электронного коммутатора 4, выходы стабилизатора напряжений соединены с входами опорного резистора 1, датчика температуры 2 и датчика влажности 3, электронного коммутатора 4, измерительного преобразователя 5, формирователя импульсов 6, формирователя определения канала измерения 7, стабилизатора тока 11, выход стабилизатора тока соединен с соответствующим входом сверхрегенеративного приемопередатчика 9, выход батареи электропитания соединен с входом стабилизатора напряжений 10. Аэрологический радиозонд работает следующим образом: Питание с батареи электропитания 12 поступает на вход блока стабилизатора напряжений 10, далее на входы опорного резистора 1, датчика температуры 2 и датчика влажности 3, электронного a capacitive washer 16 and an electrical counterweight 17, which is used as the side of the printed circuit board 13. The outputs of the reference resistor 1, temperature sensor 2 and humidity sensor 3 are connected to the inputs of the electronic switch 4, the output of which is connected to the input of the measuring transducer 5, the output of which is connected to the input pulse shaper 6, the other input of which is connected to the output of the crystal oscillator 7, one output of the pulse shaper 6 is connected to the input of the super regenerative transceiver 9, the second output is connected to the shaper of determining the measurement channel 8, the output of which is connected to the control input of the electronic switch 4, the voltage stabilizer outputs are connected to the inputs of the reference resistor 1, temperature sensor 2 and humidity sensor 3, electronic switch 4, measuring transducer 5, pulse shaper 6, channel determining shaper measurement 7, current stabilizer 11, the output of the current stabilizer is connected to the corresponding input of the super-regenerative transceiver 9, the output of the power battery is connected input voltage stabilizer 10. The upper-air radiosonde operates as follows: The power supply from the battery 12 is supplied to the input voltage stabilizer unit 10, further inputs of the reference resistor 1, a temperature sensor 2 and the humidity sensor 3, e

коммутатора 4, измерительного преобразователя 5, формирователя импульсов 6, формирователя определения канала измерения 7, стабилизатора тока 11, с выхода стабилизатора тока 11 питание поступает на соответствующий вход сверхрегенеративного приемопередатчика 9 и с его выхода сигнал поступает на антенно-фидерное устройство 14. С выхода генератора 7 сигнал тактовой частоты поступает на один вход формирователя импульсов 6, одновременно на другой вход поступает управляющий сигнал с выхода измерительного преобразователя 5, с выхода формирователя импульсов на вход сверхрегенеративного приемопередающего устройства 9 поступает частота суперизации. В результате этого сверхрегенеративное приемопередающее устройство передает через антенно-фидерное устройство 14 радиосигнал на наземную станцию сопровождения. С другого выхода формирователя импульсов 6 эта же частота суперизации поступает на вход формирователя определения канала измерения 8, в блоке формирования определения канала измерения происходит формирование управляющих сигналов для определения канала измерения, а с его выхода поступают управляющие сигналы на управляемый вход электронного коммутатора 4. Электронный коммутатор 4 в зависимости от состояния сигналов в формирователе определения канала измерения 8 подключает к the switch 4, the measuring transducer 5, the pulse shaper 6, the shaper for determining the measurement channel 7, the current stabilizer 11, the output of the current stabilizer 11 is supplied with power to the corresponding input of the super-regenerative transceiver 9, and from its output the signal is fed to the antenna-feeder device 14. From the generator output 7, the clock signal is fed to one input of the pulse shaper 6, at the same time the control signal from the output of the measuring transducer 5, from the output of the shaper mpulsov input superregenerative receiver device 9 enters superizatsii frequency. As a result, the super-regenerative transceiver device transmits a radio signal through the antenna-feeder device 14 to the ground tracking station. From the other output of the pulse shaper 6, the same superization frequency goes to the input of the shaper for determining the measurement channel 8, in the block for determining the measurement channel, control signals are generated to determine the measurement channel, and control signals are sent to the controlled input of the electronic switch 4 from its output. Electronic switch 4 depending on the state of the signals in the imaging unit for determining the measurement channel 8 connects to

измерительному преобразователю 5 опорный резистор 1, датчик температуры 2 или датчик влажности 3. С выхода опорного резистора 1, датчика температуры 2 и датчика влажности 3 напряжение поступает через электронный коммутатор 4 на вход измерительного преобразователя 5, в измерительном преобразователе 5 напряжение преобразуется в частоту с помощью генератора, управляемого напряжением. Эта частота с выхода измерительного преобразователя 5 поступает на вход формирователя импульсов 6.the measuring transducer 5 is a reference resistor 1, a temperature sensor 2 or a humidity sensor 3. From the output of the reference resistor 1, a temperature sensor 2 and a humidity sensor 3, the voltage is supplied through an electronic switch 4 to the input of the measuring transducer 5, in the measuring transducer 5 the voltage is converted to frequency using voltage controlled generator. This frequency from the output of the measuring transducer 5 is fed to the input of the pulse shaper 6.

Заявленный аэрологический радиозонд по сравнению с аналогичными известными устройствами обеспечивает уменьшение погрешности измерения, отсутствие ручной настройки функциональных узлов устройства, уменьшение количества комплектующих элементов, применение автоматического монтажа, повышение надежности устройства. В настоящее время аэрологический радиозонд проходит опытную проверку, которая подтверждает достижение указанного выше положительного эффекта.The claimed aerological radiosonde in comparison with similar known devices provides a reduction in the measurement error, the absence of manual adjustment of the functional units of the device, a decrease in the number of components, the use of automatic installation, and increased reliability of the device. At present, the aerological radiosonde is undergoing pilot testing, which confirms the achievement of the above positive effect.

Claims

An aerological radio probe containing temperature, humidity sensors, a radio probe power supply battery, a super-regenerative transceiver, an antenna consisting of an active quarter-wave asymmetric vibrator, a capacitive washer and an electric counterweight, on which a electronic switch, a measuring transducer, a reference resistor, and a shaper for determining the measurement channel are mounted, pulse shaper with a frequency generator, voltage and current stabilizers, characterized in that as the side of the electric counterbalance is used on the side of the printed circuit board, the measuring transducer is made in the form of a generator controlled by the voltage taken from the reference resistor or humidity or temperature sensors, the channel determining shaper is made on a programmable logic device (PLD), for example, on a programmable logic integrated circuit or microprocessor, the shaper pulses with a frequency generator is made using a quartz oscillator and a divider with a variable division ratio by pr programmable logic device PLD and the outputs of the reference resistor of the temperature sensor and humidity sensor are connected to the inputs of the electronic switch, the output of which is connected to the input of the measuring transducer, the output of which is connected to the input of the pulse shaper, the other input of which is connected to the output of the crystal oscillator, one output of the pulse shaper is connected to the input of the superregenerative transceiver, the second output is connected to the input of the shaper to determine the measurement channel, the output of which is connected is connected to the control input of the electronic switch, the outputs of the voltage stabilizer are connected to the inputs of the reference resistor, temperature sensor and humidity sensor, electronic switch, measuring transducer, pulse shaper, measuring channel definition shaper, current stabilizer, the current stabilizer output is connected to the corresponding input of the super-regenerative transceiver connected to the antenna, the output of the battery is connected to the input of the voltage regulator.