專利名稱：一種復合信號傳輸?shù)谋Ｗo式繼電器耦合網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種復合信號的傳輸耦合網(wǎng)絡(luò)
背景技術(shù)：
本發(fā)明所指的復合信號傳輸是指利用單芯同軸電纜，同時傳輸高速率數(shù)據(jù)、控制 命令、大功率高壓低頻交流脈沖以及直流電。其中，高速率數(shù)據(jù)與控制命令為雙向傳輸。上 述四種信號同時在一根同軸電纜中傳送，實現(xiàn)較為困難，需要有效的信號耦合網(wǎng)絡(luò)來隔離 低壓和高壓回路。國內(nèi)目前已有兩型設(shè)備分別采用不同方案實現(xiàn)過這種耦合網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)文獻也對各 種耦合技術(shù)進行了描述。其一是采用模擬濾波耦合網(wǎng)絡(luò)，以頻分的方式將四種信號分開(技術(shù)①)。趙俊 渭等人在“機載聲吶聲信號的高速雙向多路傳輸研究(聲學學報，2003年)”一文中對該技 術(shù)進行了深入研究和說明，相關(guān)技術(shù)已于上世紀90年代中期應(yīng)用于某型設(shè)備。劉敬彪等人 在“基于同軸電纜的能源與數(shù)據(jù)信息混合傳輸技術(shù)中數(shù)據(jù)耦合器的設(shè)計與實現(xiàn)(熱帶海洋 學報，2009年)一文中也提出了類似的方案”；其二是采用開關(guān)切換的方式，對強弱電路進行隔離(技術(shù)②)。楊曉東等人在“大 容量水下聲學采集數(shù)據(jù)的高速遠距離傳輸系統(tǒng)的研制(儀器儀表學報，1999年)”一文中提 出了這種耦合方式。國內(nèi)另一型設(shè)備也利用繼電器在同軸電纜兩端實現(xiàn)了高低壓回路的切 換和隔離；其三是采用濾波電路與繼電器開關(guān)的復合方式，實現(xiàn)高低壓回路的隔離和信號的 耦合傳輸，實用新型專利“一種信號復合傳輸系統(tǒng)”對該技術(shù)進行了描述(技術(shù)③)。盡管目前現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了上述四種信號在單芯電纜中的傳輸，然而，技術(shù)① 的濾波網(wǎng)絡(luò)無法將大功率高壓信號與低壓電路徹底隔離，因此存在不可靠因素；劉敬彪等 人提出的方案則無需傳輸大功率高壓交流信號，技術(shù)要求較低；技術(shù)②雖然采用繼電器時 分開關(guān)方式隔離了高低壓回路，但其沒有采用保護式繼電器耦合方式；楊曉東等人提出的 方案僅采用了同軸電纜一端開關(guān)切換的方式，且未提及保護式繼電器耦合技術(shù)；而某型設(shè) 備的方案則沒有開關(guān)保護措施，存在潛在的安全隱患；技術(shù)③雖然實現(xiàn)了高低壓回路間的 隔離，但未提及可提高可靠性的繼電器切換保護技術(shù)，且結(jié)構(gòu)復雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)可靠性不高的不足，本發(fā)明提供一種保護式繼電器耦合網(wǎng)絡(luò)， 利用高壓繼電器、耦合變壓器、電感和電容器件，在同軸電纜兩端組成保護式耦合網(wǎng)絡(luò)，實 現(xiàn)高低壓回路的可靠隔離和各種信號的穩(wěn)定傳輸。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送所在端(① 端)，利用耦合變壓器對直流電與數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送單元的高速率數(shù)據(jù)進行耦合后形成 低壓耦合信號在同軸電纜中傳輸。同時，利用高壓繼電器一的切換，對高壓低頻交流回路(即高壓發(fā)射源)的高壓交流信號與該低壓耦合信號進行隔離，高壓繼電器一的繼電器線 圈受高壓發(fā)射源的線圈控制信號控制。數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送單元的控制命令通過耦合變壓 器后，再通過高壓繼電器一的公共端后送入電纜?？刂泼畹陌l(fā)送與數(shù)據(jù)的接收是分時的， 且方向互相相反。因此，高壓交流信號與高速率數(shù)據(jù)、控制命令和直流電在同軸電纜中可以 互不干擾地分時傳輸，而其中數(shù)據(jù)與直流電是通過耦合變壓器耦合在一起進行傳輸。在數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收所在端(②端)，接收數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送所在端發(fā)來的 信號，通過高壓繼電器二內(nèi)部的切刀將該高低壓信號分別切換到繼電器的不同輸出端，高 壓交流信號通過高壓繼電器二的一個輸出端加載到負載端，而直流電和高速率數(shù)據(jù)則經(jīng)由 高壓繼電器二的另一個輸出端分為兩路，一路依次通過隔直電路、耦合變壓器和高壓繼電 器三傳送到數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收單元，另一路通過低通濾波二傳輸至直流供電模塊。高壓 繼電器二的切刀切換受控于繼電器線圈。同軸電纜所傳信號傳至數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收所在 端后，經(jīng)低通濾波再傳給繼電器線圈，作為高壓繼電器二和高壓繼電器三的控制信號。艮口， 同軸電纜所傳信號除了進行傳輸外，還作為數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收所在端高壓繼電器二的控 制信號。低通濾波的目的就是防止同軸電纜傳輸?shù)母邏盒盘枌⒗^電器線圈擊穿，濾除高壓 低頻交流信號后，繼電器線圈通過直流的有無來指揮切刀的切換。①端和②端的具體信號耦合傳輸過程為當①端的高壓繼電器一的輸入端1和公 共端3連通時，為數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收所在端供電，此時同軸電纜中傳輸各種數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)由 ②端向①端傳送，控制命令由①端向②端傳送)和直流(由①端向②端傳送)。②端高壓 繼電器的線圈受直流控制，將通路切換至數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收單元以及直流供電模塊，即 高壓繼電器②的1端和2端連通；當①端的高壓繼電器一的輸入端2和公共端3連通時，數(shù) 據(jù)發(fā)送和命令接收所在端無直流，則②端所有高壓繼電器不動作，高壓繼電器二的公共端1 和輸出端3連通，信號經(jīng)調(diào)諧后連接到負載端，將高壓低頻交流信號加至負載。因此，高低 壓信號的傳輸?shù)玫綇氐赘綦x。數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收所在端的高壓繼電器二采用保護式繼電器接法，以提高高低 壓回路間隔離的可靠性，即高低壓回路間至少存在兩組串聯(lián)的繼電器切刀。其一，可采用兩 個雙刀單擲繼電器(一個常開，一個常閉)串聯(lián)的方案(附圖2)；其二，可采用兩個單刀雙 擲繼電器串聯(lián)的方案(附圖3)；其三，可采用一個雙刀雙擲繼電器的方案(附圖4)。兩組 切刀的串聯(lián)，可大大降低繼電器因其某個切刀觸點故障而無法切換時，高壓信號沖擊低壓 回路(例如②端的數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收單元以及直流供電模塊)的概率。同時，在該保護 式繼電器電路失效的情況下，為了確保高壓信號不會破壞數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收端電路，在 ②端的耦合變壓器后端又采用高壓繼電器三進行二次保護。低通濾波模塊保護供電電路及繼電器線圈不受高壓交流信號沖擊。其中，低通濾 波二的電路是在保護式繼電器切換電路失效的情況下，對DC-DC供電電路的二次保護。在 大功率高壓交流信號錯誤傳送到低壓回路的極端情況下，該濾波電路可在一定程度上濾除 高壓交流信號，并產(chǎn)生空載效果，此時高壓源主動開啟自保護電路，空載時可禁止大功率高 壓信號的發(fā)射。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明與以往技術(shù)相比，可在徹底隔離高低壓回路的基礎(chǔ) 上，有效提高信號通路的傳輸可靠性，利用同軸電纜兩端的保護式繼電器切換技術(shù)及二次 保護方案，最大程度上保證了四種高低壓信號的穩(wěn)定耦合傳輸。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。


圖1是復合信號傳輸耦合網(wǎng)絡(luò)示意圖。圖2是圖1中繼電器②的設(shè)計方案一。圖3是圖1中繼電器②的設(shè)計方案二。圖4是圖1中繼電器②的設(shè)計方案三。
具體實施例方式如圖1所示，在同軸電纜的①端，利用繼電器①(采用單刀雙擲高壓繼電器)將低 壓電路與高壓發(fā)射電路徹底隔離，繼電器線圈受高壓發(fā)射源提供的+12V開關(guān)控制。即當高 壓發(fā)射源提供+12V直流開關(guān)量時，繼電器①的3端(公共端)與1端連通，此時同軸電纜 傳輸數(shù)據(jù)和直流；當高壓發(fā)射端不提供+12V開關(guān)量時，繼電器①的3端與2端連通，此時同 軸電纜傳輸高壓交流信號。在同軸電纜的②端，利用高壓繼電器②將高低壓信號分開，高壓繼電器②的設(shè)計 方案如圖2 圖4所示。其中，圖2方案是將兩個雙刀單擲繼電器(一個常開，一個常閉) 的一端串聯(lián)，另一端分別作為高壓繼電器的2端和3端；圖3方案是將兩個單刀雙擲繼電器 的公共端串連在一起，其它端口分別作為1、2、3端；圖4方案是將一個雙刀雙擲繼電器的兩 個公共端相連，其它端口分別作為1、2、3端。三種方案的4端均為繼電器線圈端。三種方 案可視成本及安裝尺寸要求選擇，均可起到高低壓回路的隔離保護作用。其原理是串聯(lián)繼 電器切刀，當其中一個切刀因故障粘連無法切換時，另一個切刀動作可降低高壓信號加載 至低壓回路的概率。若不考慮繼電器切刀切換時間，則可適當增加串聯(lián)切刀數(shù)，以進一步提 高高低壓回路間隔離的可靠性。②端繼電器②線圈受同軸電纜加載信號的控制，當同軸電纜上有IlOV直流時，繼 電器②的1端與2端連通，信號被切至低壓回路；當同軸電纜上沒有IlOV直流時(此時為 高壓發(fā)射階段)，繼電器②的1端與3端(負載端)連通。②端兩個低通濾波電路均采用電感、電容器件搭建LC低通電路(截止頻率 500Hz)，以濾除高壓低頻交流信號(信號頻率為3kHz)。低通濾波①可保護繼電器②和繼 電器③的線圈不受高壓沖擊(繼電器線圈耐壓為直流500V，高壓交流信號有效電壓則約為 2kV)，低通濾波②則是對②端供電電路的二次保護，最大程度上保證②端供電電路不被高 壓信號破壞。繼電器③可采用單刀單擲高壓繼電器，其線圈也受繼電器②的4端控制。繼電器 ③的采用是對數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收端電路的二次保護，保證數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收端低壓回 路不受大功率高壓信號沖擊。繼電器③之前的隔直及耦合變壓器電路的作用是將直流與數(shù) 據(jù)分開。
權(quán)利要求
一種復合信號傳輸?shù)谋Ｗo式繼電器耦合網(wǎng)絡(luò)，其特征在于在數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送所在端，利用耦合變壓器對直流電與數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送單元的高速率數(shù)據(jù)進行耦合后形成低壓耦合信號在同軸電纜中傳輸；同時，利用高壓繼電器一的切換，對高壓發(fā)射源的高壓交流信號與該低壓耦合信號進行隔離，高壓繼電器一的繼電器線圈受高壓發(fā)射源的線圈控制信號控制；數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送單元的控制命令通過耦合變壓器后，再通過高壓繼電器一的公共端后送入電纜；控制命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的接收是分時的，且方向互相相反；在數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收所在端，接收數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送所在端發(fā)來的信號，通過高壓繼電器二內(nèi)部的切刀將該信號分別切換到繼電器的不同輸出端，高壓交流信號通過高壓繼電器二的一個輸出端加載到負載端，而直流電和高速率數(shù)據(jù)則經(jīng)由高壓繼電器二的另一個輸出端分為兩路，一路依次通過隔直電路、耦合變壓器和高壓繼電器三傳送到數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收單元，另一路通過低通濾波二傳輸至直流供電模塊；同軸電纜所傳信號傳至數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收所在端后，經(jīng)低通濾波再傳給繼電器線圈，作為高壓繼電器二和高壓繼電器三的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護式繼電器耦合網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述的高壓繼電器二 采用保護式繼電器接法，將兩個雙刀單擲繼電器串聯(lián)，一個常開，一個常閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護式繼電器耦合網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述的高壓繼電器二 采用保護式繼電器接法，將兩個單刀雙擲繼電器串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護式繼電器耦合網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述的高壓繼電器二 采用保護式繼電器接法，采用一個雙刀雙擲繼電器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合信號傳輸?shù)谋Ｗo式繼電器耦合網(wǎng)絡(luò)，利用耦合變壓器對直流電與高速率數(shù)據(jù)進行耦合后利用高壓繼電器對高壓交流信號進行隔離，控制命令通過耦合變壓器后通過高壓繼電器送入電纜，進行發(fā)送；接收信號通過高壓繼電器二切換，高壓交流信號加載到負載端，直流電和高速率數(shù)據(jù)分為兩路，一路依次通過隔直電路、耦合變壓器和高壓繼電器三傳送到數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收單元，另一路通過低通濾波二傳輸至直流供電模塊；同時，接收經(jīng)低通濾波作為高壓繼電器二和高壓繼電器三的控制信號。本發(fā)明可在徹底隔離高低壓回路的基礎(chǔ)上有效提高信號通路的傳輸可靠性，最大程度上保證了四種高低壓信號的穩(wěn)定耦合傳輸。
文檔編號H04L5/00GK101980469SQ201010277879
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者張爭氣, 張小薊, 牛奕龍, 王奇, 王英哲, 王英民, 邱宏安, 鄭琨, 陶林偉, 馬彩霞 申請人:西北工業(yè)大學