Текст книги "Радиоэлектроника в нашей жизни"
Автор книги: Борис Фомин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 5 страниц)
В морском порту и на аэродроме
В современном морском порту жизнь не прекращается ни на минуту. Один за другим к причалам подходят огромные океанские корабли, начинается выгрузка привезенных грузов. Другие корабли, наоборот, медленно отваливают от причалов, уходя в рейс. Непрерывно в разных направлениях снуют моторные лодки, катеры, глиссеры. Медленно проплывают огромные баржи.
Руководить жизнью порта – дело нелегкое. Особенно это трудно в темные туманные ночи, когда даже мощный луч прожектора оказывается бессильным пробить густую пелену тумана.
В такой сложной обстановке на помощь снова приходят радиоприборы. Их немало на диспетчерском пункте. Отсюда ведется непрерывная радиосвязь с подходящими к порту кораблями. Радиолокационная станция «кругового обзора» позволяет видеть на экране взаимное расположение движущихся кораблей. Короткие радиокоманды указывают каждому кораблю, куда ему надлежит двигаться.
Большие корабли имеют свои радиолокаторы кругового обзора. На их экранах отчетливо видны очертания берегов, бухты, встречные корабли, буи (рис. 8).
Рис. 8. Изображение на экране судовой радиолокационной станции.
Благодаря этому корабль может в любую погоду выбрать правильный путь, не рискуя столкнуться с другими судами.
Не меньшую роль играет радио и в организации бесперебойной работы аэропортов. Диспетчер аэропорта, наблюдая за экраном локационной станции, видит самолеты, направляющиеся к аэродрому. Он дает им по радио различные указания, в результате чего пропускная способность аэропорта увеличивается в несколько раз.
На стальных магистралях
Вы сели в вагон поезда дальнего следования. Впереди несколько дней дороги. Но вы не оторваны от окружающего мира. Радио позволит вам быть в курсе всех событий, происходящих в стране.
Сейчас почти все поезда дальнего следования радиофицированы. Они снабжены радиоустановками, позволяющими на ходу поезда принимать станции центрального и местного вещания, транслировать лекции, передавать объявления и музыку.
Но это не единственное применение радио на железнодорожном транспорте.
Крупный железнодорожный узел живет не менее бурной жизнью, чем морской порт или аэродром. В течение суток через него проходят десятки пассажирских и грузовых составов, формируются новые поезда.
Движением поездов через железнодорожный узел руководит диспетчер. Теперь существуют такие узлы и станции, где диспетчеры управляют движением паровозов и поездов, не выходя из помещения.
Перед диспетчером находится светящаяся разноцветными линиями схема всех путей и перегонов станции. На ней видно, какие пути заняты, какие свободны, где движутся поезда. Нажимая кнопки управления, диспетчер переводит стрелки, зажигает светофоры. Сотни приборов, среди которых немало радиоэлектронных, выполняют эти команды. Пропускная способность узла или станции значительно повышается, увеличивается безопасность движения поездов, намного сокращается количество обслуживающего персонала.
Широко используются радиоустановки как средство внутристанционной связи. Особенно большую помощь оказывают они на сортировочных горках – при составлении поездов. Этой работой руководит маневровый диспетчер. Он связывается по радио с машинистами паровозов и отдает им необходимые распоряжения. Машинисты тоже в любой момент могут вызвать диспетчера.
В последние годы железнодорожные радиостанции успешно используются и для связи с паровозами, находящимися в рейсе и удаленными от станции на десятки километров.
Широкое распространение на железнодорожном транспорте получил электронный «автостоп», самостоятельно останавливающий состав в том случае, если машинист по какой-либо причине не замечает красного огня на светофоре. Как он устроен?
На пути движения поезда перед светофором устанавливается специальный прибор, начинающий генерировать электромагнитные колебания сразу, как только включается красный сигнал светофора. А на паровозе есть приемное устройство, которое при сближении с генератором принимает сигнал и автоматически включает тормозную систему. Это позволяет предотвращать аварии, особенно в снежную или туманную погоду.
На автострадах и проселочных дорогах
По широкому асфальтированному шоссе стремительно мчатся нарядно окрашенные автобусы, сверкающие на солнце обтекаемые легковые автомобили, тяжело рокочущие грузовики, юркие мотоциклы и мотороллеры. С раннего утра до позднего вечера не прекращается этот живой поток…
Автомобили, особенно легковые, очень удобны для поездок. В случае холодной погоды можно включить отопление, в жаркую погоду – вентиляцию. Во время движения и на стоянках можно слушать радио. Многодиапазонный приемник широко распространен на легковых автомашинах. Созданы первые образцы автомашин, снабженных… телевизорами. Они позволяют принимать телевизионные программы на ходу автомобиля в радиусе нескольких десятков километров от телецентра. Антенной телевизора служит антенна обычного автомобильного приемника.
Проведены успешные опыты по установке в автомобиль… телефонного аппарата. Последний подключен к ультракоротковолновому приемо-передатчику, который и обеспечивает связь с автоматической телефонной станцией города. Во время движения машины пассажир может позвонить куда угодно и, еще находясь в пути, разрешать многие дела. Экономия времени получается огромная.
Но роль радиоэлектроники в автомобильном транспорте этим не ограничивается. Регулировщики уличного движения раньше определяли скорость машин на глазок и, естественно, часто ошибались. Сейчас создан радиолокационный измеритель скорости автомобилей.
Новый прибор размером 30х30х20 сантиметров весит всего лишь 17 килограммов. Он устанавливается на треногом штативе либо около шоссе, либо в кузове грузовика, и своей антенной ориентируется вдоль шоссе. Дальность его действия составляет 50–55 метров. Антенна прибора излучает радиоволны длиной около 13 сантиметров. Она же служит и для приема отраженных волн.
Если автомобиль, приближающийся к радиолокатору, движется с недозволенной скоростью, стрелка прибора отклонится за красную черту. Регулировщик тотчас останавливает машину. Если водитель начинает спорить, доказывая, что он ехал не быстрее, чем положено, то ему показывают бумажную ленту пишущего устройства. Это устройство тоже вмонтировано в прибор, оно автоматически отмечает скорость движения машин.
Большую помощь может оказать радиоэлектроника при управлении движением транспорта на перекрестках города. Жители крупных городов уже привыкли к тому, что при отсутствии регулировщиков уличного движения сигнал светофора переключается автоматически. Но они замечали и то, что это переключение происходит независимо от того, имеются или нет у перекрестка машины.
В Нью-Йорке на 120 перекрестках установлены более совершенные «автоматические полисмены».
Они, как и указатели скорости автомобилей, работают на принципе радиолокации. Радиолуч непрерывно «обшаривает» перекресток и «считает» приближающиеся автомашины. Светофор открывает путь в том направлении, в котором машин скопилось больше. Автомат учитывает не только число автомобилей, но и то, как долго ожидает зеленого сигнала машина, пришедшая к перекрестку первой.
Этим не исчерпывается применение электроники в автомобильном транспорте.
Проведены успешные испытания автоматической автомобильной магистрали, по которой двигались автомашины без вмешательства водителей. Все повороты совершались специальным электронным устройством, установленным на машине. Под действием сигналов, передаваемых с диспетчерского пункта, автомат поворачивает рулевое колесо в нужную сторону и выравнивает движение машины.
В заключение следует сказать о создании нового транспортного средства – «вечемобиля». Это слово произошло от слов «высокая частота», характеризующих принцип действия новой машины.
Вдоль улицы под слоем асфальта прокладываются металлические провода, по которым пропускается ток высокой частоты. Он создает над асфальтом переменное электромагнитное поле. Энергию этого поля и улавливает вечемобиль, у которого вместо двигателя внутреннего сгорания установлен специальный приемник.
Благодаря тому, что вечемобиль получает энергию без непосредственного контакта с проводами, по индукции, он свободно может разъезжать по шоссе, а при наличии аккумулятора даже сворачивает на несколько километров в сторону.
Так радиоэлектроника меняет облик автомобильного транспорта.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Нагрев без огня
За многие тысячелетия своей истории человек использовал самые различные способы получения тепла – от костра, на котором он готовил пищу, до современных электрических печей для разогрева многотонных металлических отливок.
Сейчас в промышленность внедрен новый источник тепла – электромагнитные волны, – обладающий целым рядом преимуществ даже перед недавним «чудом техники» – электропечью.
Электромагнитные волны нагревают тела не с помощью химических реакций, происходящих во время сжигания топлива, не благодаря разогреву металлических спиралей током, как это происходит в электрической печи, а за счет использования энергии электрического и магнитного полей, возникающих в колебательном контуре.
Разные тела по-разному ведут себя в электрическом и магнитном полях. Возьмем, например, металлы. В них, как мы уже отмечали, много свободных, не связанных с атомами электронов. Помещенное в сильное магнитное поле металлическое тело быстро нагревается, энергия магнитного поля передается свободным электронам, и в поверхностных слоях металла возникают сильные токи. Если же в магнитное поле поместить не проводник электричества, а изолятор – фарфор, дерево, стекло и т. д., то он останется холодным, так как в изоляторе почти нет свободных электронов. На изоляционные материалы большое тепловое воздействие оказывает электрическое поле конденсатора. Когда изолятор попадает в это поле, то под действием электрических сил электроны, входящие в состав атомов, увеличивают вращательное движение. Такое движение сопровождается большими потерями энергии на трение и на разогрев тела. Нагревание изолятора в электрическом поле происходит не с поверхности, а равномерно по всей глубине. Это значительно улучшает качество таких производственных операций, как, скажем, сушка различных изделий.
Вот как, например, с помощью электромагнитных волн сушатся изделия гончарного производства. Глиняная и фарфоровая посуда формуется из влажной массы. Затем ее сушат и подвергают обжигу. Сушка – это наиболее ответственная часть производства. Раньше она производилась либо на солнце, либо в специальных печах с помощью горячего воздуха. Быстро сушить было нельзя, так как изделие сохло только с поверхности и могло покоробиться или дать трещины. Большие фарфоровые вазы сушили в течение многих месяцев.
Электромагнитные волны справляются с такой работой гораздо быстрее. Изделия помещают между пластинами огромного конденсатора, имеющего форму этажерки. При включении генератора высокой частоты изделия очень быстро нагреваются; заключенная в них вода испаряется. Установка начинает потреблять меньше энергии, что служит сигналом окончания сушки. Специальный прибор автоматически выключает печь.
Почти так же производится сушка древесины. Раньше крупные брусья сушили в специальных нагревательных камерах в течение 100–500 часов. Из-за разрывов сердцевины брусья часто шли в брак. Применение электрических полей высокой частоты сократило время сушки до 3–8 часов и резко снизило брак.
Большие преимущества дает высокочастотный нагрев при сушке древесины, пропитанной специальным составом и склеенной под давлением. Деревянные изделия, полученные таким путем, обладают высокой твердостью, устойчивостью к истиранию; они легки, а по прочности не уступают металлам. Такие материалы успешно применяются для изготовления самолетных винтов, зубчатых колес, лодок, кузовов автомашин и т. д.
В пищевой промышленности высокочастотный нагрев может с успехом применяться для сушки макарон, чая, табака, а также для выпечки хлебных изделий. На предприятиях, выпускающих фруктовые компоты, овощные консервы и томаты, высокочастотные установки используются для уничтожения бактерий. Эта операция, занимающая всего несколько секунд, не вызывает потери витаминов, аромата и вкусовых качеств обрабатываемых продуктов, но полностью уничтожает болезнетворные бактерии.
Для нагрева металлических изделий используют энергию магнитного поля катушки колебательного контура.
Плавка металлов при помощи электромагнитных волн сейчас широко применяется в производстве высококачественных сплавов, когда нельзя допускать соприкосновения металла с газами и пламенем топки. Применяется этот способ и при производстве специальных магнитных, легких или тугоплавких сплавов. В зависимости от производительности высокочастотной печи частота магнитного поля колеблется от 500 тысяч до 5 миллионов колебаний в секунду (чем больше металла должна расплавлять печь, тем ниже должна быть частота).
Электромагнитные волны используются и для сварки металлов. При обычной электросварке применяется переменный ток с частотой 50 колебаний в секунду. Его пропускают через место соприкосновения свариваемых металлов, которое сильно разогревается и плавится. Если же через место сварки пропускать еще и высокочастотный ток, создаваемый небольшим переносным радиоаппаратом, то качество сварки оказывается намного лучше. Этот способ особенно оправдывает себя при сварке разнородных металлов. Электромагнитные волны позволяют также надежно сваривать большие поверхности металлов со стеклом.
Радиозакалка деталей
Закалка поверхности стальных изделий нужна, чтобы повысить их прочность и твердость. При этом изделие нагревается и затем быстро охлаждается в воде или в масле. Закалке подвергается любой режущий инструмент, а также ответственные детали машин, которые при работе испытывают большие нагрузки – коленчатые валы, шестерни и т. д.
У таких деталей твердой должна быть только поверхность. Внутренняя же часть должна оставаться вязкой, незакаленной, иначе деталь окажется хрупкой.
Но в обычных печах металл прогревается по всей толщине. Советский ученый В. П. Вологдин предложил производить закалку электромагнитными волнами. Он создал несколько конструкций мощных генераторов, вырабатывающих эти волны, и, помещая деталь внутрь катушки колебательного контура, производил закалку.
Мы уже говорили, что в поверхностных слоях металлического изделия, помещенного в магнитное поле, возникают быстропеременные электрические токи. Под воздействием этих токов поверхность детали сильно разогревается. Если процесс нагрева происходит очень короткое время, то тепло не успевает передаться внутренним слоям изделия, и они остаются холодными. После опускания изделия в воду или в масло поверхностный слой закалится, станет твердым, а внутренние части останутся, как и до закалки, мягкими.
На рис. 9 показана поверхностная закалка шестерни.
Рис. 9. Разрез шестерни, закаленной при помощи электромагнитных волн.
Для определения толщины закаленного слоя шестерню разрезали и разрез подвергли травлению кислотой. После этого закаленный слой приобрел более темный цвет, чем остальной металл. Такая шестерня хорошо противостоит износу и в то же время не хрупка, так как внутренние слои не закалены.
Закалка стальных изделий в магнитном поле высокой частоты имеет много и других преимуществ по сравнению с обычными методами закалки – детали не коробятся при нагреве, увеличивается производительность работы, улучшается качество изделий, отпадает необходимость в последующей очистке и шлифовке деталей и т. д. Этот метод закалки удобен для поточного производства. Значительно улучшаются условия труда рабочих.
Радиозакалка получила теперь широкое распространение на предприятиях Советского Союза и других стран.
Электронные приборы контролируют продукцию
Контроль готовой продукции – важная задача любого производства. Он заключается в проведении различных измерительных операций, которые в некоторых случаях занимают половину времени, расходуемого на изготовление и обработку изделия. Чтобы сократить это время, создаются автоматически действующие контрольные устройства, работающие под наблюдением контролера, но без его вмешательства.
Огромную помощь в создании точных измерительных устройств, позволяющих контролировать различные этапы производства, оказывает радиоэлектроника. В настоящее время насчитываются сотни измерительных и контрольных приборов, включающих в себя радиолампы, конденсаторы, катушки индуктивности и другие радиодетали. О некоторых из этих приборов и устройств мы расскажем далее.
Заводы электротехнической промышленности выпускают миллионы метров различных проводов. Среди них немало тонких проводов с шелковой и бумажной изоляцией. В таких проводах иногда случаются обрывы, скрытые под слоем изоляции.
Прибор, предназначенный для обнаружения скрытых обрывов, состоит из генератора радиоволн и приемника. Электромагнитные колебания, вырабатываемые генератором, поступают в приемник через воздушный конденсатор, состоящий из двух пластин. Между обкладками этого конденсатора протягивается провод, качество которого нужно контролировать. Как только в проводе попадется оборванный участок, условия прохождения радиоволн из генератора в приемник изменятся, приемник мгновенно отзовется на это, и специальное устройство автоматически выключит намоточный станок.
Так же контролируют на прокатных станах толщину ленты, выходящей из валков стана. Лента стремительно проходит между пластинами конденсатора, не касаясь их. Как только по каким-либо причинам изменится толщина ленты, меняется и емкость конденсатора. Приемник сигнализирует об этом особому устройству, управляющему положением валков стана, и нужная толщина ленты восстанавливается. На предприятиях резиновой промышленности и на бумажных фабриках такой метод применяется для контроля толщины резиновой или бумажной ленты.
Интересны радиоэлектронные устройства, определяющие качество закалки стальных изделий. Оно зависит от толщины закаленного слоя, которая у каждой детали, в зависимости от ее назначения, должна иметь вполне определенную величину. Особенно это важно для таких ответственных деталей, как железнодорожные и автомобильные оси.
При создании устройств для контроля этих деталей использовали то обстоятельство, что закаленная сталь поглощает из переменного магнитного поля гораздо больше энергии, чем незакаленная. Испытуемая деталь помещается в магнитное поле катушки индуктивности. Контрольный стрелочный прибор показывает непосредственно толщину закаленного слоя.
До внедрения такого способа приходилось в каждой партии разламывать несколько штук осей и по силе, необходимой для разрушения, судить о качестве изделия. Кроме того, что сломанные оси уже нельзя было использовать, этот способ проверки имел другой существенный недостаток: он был не вполне достоверным, так как основывался на предположении, что качество всех осей в партии одинаково.
Электронные приборы могут не только контролировать качество продукции, но и активно «вмешиваться» в производство. В цветной металлургии, например, применяются электронные металлоискатели и так называемые самородкоулавливатели.
В дробилки, предназначенные для дробления руды, нередко попадают куски металла и металлические предметы – обломки рельсов, зубила, болты и т. д. Раньше это приводило к поломкам дробильных машин. Но теперь созданы электронные устройства для обнаружения и извлечения кусков металла. Под лентой транспортера, по которому в дробильную машину подается руда, устанавливается катушка индуктивности, входящая в колебательный контур усилителя электрических колебаний. Когда к катушке приближается металлический предмет, настройка контура изменяется. Это вызывает срабатывание автоматического устройства – реле, которое включает мощный электромагнит, и последний извлекает обломок металла из руды.
По такому же принципу работают самородкоулавливатели. Они извлекают самородки золота, которые иногда попадают при промывке в отвальную породу. Электронное устройство выполняет эту задачу настолько совершенно, что «отзывается» лишь на предметы из цветного металла и не реагирует на кусочки тросов, обломки бурового и ударного инструмента и на другие железные и стальные предметы.
Подобных примеров можно привести немало. Они наглядно показывают, как глубоко проникла радиоэлектроника в современное массовое производство.
