A telemetria alapjai
VI. FEJEZET Kapcsolat az űrhajósokkal
telemetriai rendszert kell érzékelni a változást a fiziológiai paraméter, átalakítják elektromos jellé, alkalmazza a jelet egy rádiófrekvenciás hordozót és továbbítja egy bizonyos távolságot RF vételi áramkör. Az ilyen rendszer fő elemeit az alábbi ábrán mutatjuk be. A rendszer észlelő elemei különböző típusú érzékelő-átalakítók lehetnek. Például egy rádió vagy televízió hangszórója tipikus érzékelő az elektromos energia mechanikai energiává való átalakításáért, majd hanghullám energiájáért. Így az érzékelő elem olyan eszköz, amely átalakítja az egyik energiát a másikba. A legtöbb érzékelő elemek használható térben telemetriás módon mechanikus elemek, amelyek megváltoztatják az elektromos ellenállás, kapacitás vagy induktivitás elektromos áramkörök, bár ott is külön érzékelőelemek alapuló piezoelektromos vagy termoelektromos hatást. Ezeket fel lehet használni felismerni és átalakítani a rezgés elektromos jelekké, nyomás, feszültség, hőmérséklet, feszültség és egyéb változások a fizikai paramétereket.
Ábra. 69. Egy telemetriai rendszer blokkdiagramja, amely észleli az űrhajó sebességének változását. A keresztül belépő levegővel levegőbemenet [1], nyomást fejt ki a membrán [4] Érzékelő [5], ami viszont megváltoztatja a helyzetben a potenciométer [2], és így az oszcillátor frekvencia alvivő [3], a jeleket, amelyek modulálják a vivőfrekvencia FM adó [6]. Az utóbbiak jelzései továbbítják az információt a levegőn. A Földön található rádióvevõ fogadja ezeket a jeleket
Az 1. ábrán. A 70. ábra egy tipikus érzékelőelem fényképét mutatja, amelyet az induktivitás változásának a nyomásának mérésére használnak. Ahogy a csőben lévő nyomás nő, az óramutató járásával megegyező irányban forog, ami megváltoztatja a tekercs induktivitását. Ez a változás az induktivitásban megváltoztatja az alvivő frekvencia generátor (GPR) frekvenciáját, ami viszont a rádióadó vivőfrekvenciájának modulációját okozza. A legtöbb érzékelő elem kimenőjelei, különösen a biometrikusan használt eszközök általában nem elég nagyok ahhoz, hogy közvetlenül irányíthassák a HPV-t. Ilyen esetekben közbenső egyező eszközökre van szükség. Általában ezek DC vagy AC erősítők, fázisérzékeny modulátorok és más átalakítók. Ezek modulálják a HHP jeleket amplitúdóban (amplitúdó moduláció - AM), fázisban (fázis moduláció - FM) vagy leggyakrabban frekvencián (frekvencia moduláció - FM). A modern biotelemetriában használt illesztõeszköz fotóját az 1. ábrán mutatjuk be. 72.
Ábra. 70. Az induktivitás változásának nyomását mérő szenzor
A GPR kimeneti jelei viszont modulálják a nagyfrekvenciás adó jelét. A biometriai mérésekben általában frekvencia modulációt alkalmaznak. Ezekben a generátorokban a leggyakrabban induktivitással és kapacitással rendelkező áramkörök, feszültségváltó áramkörök, ellenállásokkal és kapacitással vagy multivibrator áramkörökkel vannak ellátva. Gyakran előfordul, hogy az észlelő elem közvetlenül a HHP áramkörbe kerül, és ezáltal kiküszöböli a megfelelő eszközt. A mikrominaturáció és az integrált áramkörök fejlesztése az űrkutatás számára lehetővé teszi, hogy egy biogeometriai GPG-t ne legyen nagyobb, mint egy cukrot. A legmagasabb frekvenciájú HF csatorna frekvenciája nem elég magas a jelek hatékony rádiós átviteléhez, ezért növelni kell egy nagyfrekvenciás rádióadó használatát. A több VHF kimenőjelét egyetlen jelre lehet kombinálni, hogy a telemetriai rendszerbe ne legyen külön távadó minden érzékelőelem számára. A nagyfrekvenciás rádióadó általában egy kvarc által stabilizált FM jeladó rendszerének vagy egy kristály segítségével fázisvezérlésű FM adónak megfelelően van kialakítva. Mielőtt a telemetriai jelet antennával vagy antennarendszerrel bocsátanák ki, rendszerint erős erősítővel erősítik meg. Az űrhajókon jelentős mennyiségű észlelő elem található, beleértve a meghajtó rendszerét is, ezért irracionális lenne mindegyikük jelzéseinek továbbítása egy külön alvivő csatornán. A csatornák számát a VLF kimeneti jeleinek gyakorisággal vagy idővel történő elosztásával korlátozzák, vagy mindkét módszert egyidejűleg használják. Ha viszonylag kis mennyiségű adatot kell továbbadnia, elegendő a jelek gyakoriság szerinti szétválasztása.
Ábra. 71. Blokkdiagramok, amelyek bemutatják az időosztásos többcsatornás telemetriás rendszer előnyeit a frekvenciaosztásos multiplexelés előtt. A frekvencia-megosztó rendszer [felső áramkör] esetén az egyik érzékelő [az alábbiakban] szereplő jelek modulálnak egy alvivő generátort [felső]. Egy időmegosztó rendszerben [alsó áramkör], mindegyik alvivő-frekvencia-generátorral több érzékelő [az alján] kapcsolva váltakozva egy kapcsolón keresztül kapcsolódik.
Ha nagyszámú észlelő elemet kell továbbítani, akkor az időelkülönítés hatékonyabb. A jelek frekvenciaelkülönítésével mindegyik érzékelőelem modulálja az egyik VHF-et, és az összes VHF kimenőjelét összekeverik, és egy komplex teljes jelet képeznek, amelyet a rádióadó küldi.
Ábra. 72. A telemetriai rendszerben általánosan használt egyező eszköz, amely a bioszenzorokból származó jelek erősítésére szolgál [elektrokardiográfia]
Az egyes HRU-val való időmegosztás során több érzékelő elemet csatlakoztatnak, és ezek kimeneti jeleit ez a HRU egymás után táplálja, és nem egyszerre. Ezt a kimenetet egy érzékelőelemek és a VHF között elhelyezett kapcsoló vagy forgó kapcsoló állítja elő. Ez a kapcsoló lehet mechanikus és elektromos motorral működtethető, vagy elektronikusan tranzisztorokon és diódákon működtethető, és külső szinkronimpulzusokkal működtethető. Az űr távmérésben általában az utóbbi típusú kapcsolókat használják, amelyek sebessége sokkal nagyobb. A 6. ábrán látható blokkdiagramból. A 69. oldalon látható, hogy mennyi információt lehet továbbítani egy telemetriai rendszer segítségével, időosztásos jelzéssel.
Ábra. 73. A szilárdtestfizikai fejlődés lehetővé teszi a miniatürizált elektronikus áramkörök használatát a bio-telemetriás rendszerekben. Photo lehetővé teszi, hogy hasonlítsa össze a méret a megfelelő eszköz vérnyomásmérő telemetriai csatorna űrhajósok hajók „Gemini” [alant] egy megfelelő eszköz ugyanarra a célra korábban fejlődés az űrhajósok Mercury hajók
A rádióvétel vannak speciális antennák nagyon magas irányítottság (high gain) szükséges, hogy kompenzálja a csillapítása érkező jelek rendkívül távol a telemetriai jeladók.
Ábra. 74. Egy hatalmas antennát telepítettek a Jodrell Bankba [Anglia]. A vevőegység átmérője, amely képes nagyon gyenge telemetriás jeleket fogadni az űrhajók távoli nagy távolságairól, 76 m
Az egyik legnagyobb antenna az űrhajó nyomon követéséhez a fentiek szerint. Az ilyen antennák forgathatóak, és emelkedéssel (a szög megváltoztatására) képesek a mozgó tárgy követésére. A gyenge jelek kapott antenna, amplifikált „alacsony zaj” előerősítő szerelt az antenna, és továbbítják a koaxiális kábelt a vevő, ahol tovább amplifikálunk és detektálunk vagy demoduláljuk. Ezek a jelek továbbhaladnak a spektroszkópos analizátorhoz vizuális megfigyelésükhöz, és ugyanakkor rögzítik a filmet. A rögzített jeleket dolgozza fel őket halad keresztül egy sor olyan sávszűrő, amelyek osztoznak a teljes telemetrikus jel komponenseire vagy megfelelő frekvenciákra HRU, elérhető az adó. Így olyan paraméterek érkeznek, amelyek nem állnak közvetlen megfigyelésre.