CN101980469A - 一种复合信号传输的保护式继电器耦合网络 - Google Patents

一种复合信号传输的保护式继电器耦合网络 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合信号传输的保护式继电器耦合网络，利用耦合变压器对直流电与高速率数据进行耦合后利用高压继电器对高压交流信号进行隔离，控制命令通过耦合变压器后通过高压继电器送入电缆，进行发送；接收信号通过高压继电器二切换，高压交流信号加载到负载端，直流电和高速率数据分为两路，一路依次通过隔直电路、耦合变压器和高压继电器三传送到数据发送和命令接收单元，另一路通过低通滤波二传输至直流供电模块；同时，接收经低通滤波作为高压继电器二和高压继电器三的控制信号。本发明可在彻底隔离高低压回路的基础上有效提高信号通路的传输可靠性，最大程度上保证了四种高低压信号的稳定耦合传输。

Description

一种复合信号传输的保护式继电器耦合网络
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其是一种复合信号的传输耦合网络
背景技术
本发明所指的复合信号传输是指利用单芯同轴电缆，同时传输高速率数据、控制命令、大功率高压低频交流脉冲以及直流电。其中，高速率数据与控制命令为双向传输。上述四种信号同时在一根同轴电缆中传送，实现较为困难，需要有效的信号耦合网络来隔离低压和高压回路。
国内目前已有两型设备分别采用不同方案实现过这种耦合网络，相关文献也对各种耦合技术进行了描述。
其一是采用模拟滤波耦合网络，以频分的方式将四种信号分开(技术①)。赵俊渭等人在“机载声呐声信号的高速双向多路传输研究(声学学报，2003年)”一文中对该技术进行了深入研究和说明，相关技术已于上世纪90年代中期应用于某型设备。刘敬彪等人在“基于同轴电缆的能源与数据信息混合传输技术中数据耦合器的设计与实现(热带海洋学报，2009年)一文中也提出了类似的方案”；
其二是采用开关切换的方式，对强弱电路进行隔离(技术②)。杨晓东等人在“大容量水下声学采集数据的高速远距离传输系统的研制(仪器仪表学报，1999年)”一文中提出了这种耦合方式。国内另一型设备也利用继电器在同轴电缆两端实现了高低压回路的切换和隔离；
其三是采用滤波电路与继电器开关的复合方式，实现高低压回路的隔离和信号的耦合传输，实用新型专利“一种信号复合传输系统”对该技术进行了描述(技术③)。
尽管目前现有技术已经实现了上述四种信号在单芯电缆中的传输，然而，技术①的滤波网络无法将大功率高压信号与低压电路彻底隔离，因此存在不可靠因素；刘敬彪等人提出的方案则无需传输大功率高压交流信号，技术要求较低；技术②虽然采用继电器时分开关方式隔离了高低压回路，但其没有采用保护式继电器耦合方式；杨晓东等人提出的方案仅采用了同轴电缆一端开关切换的方式，且未提及保护式继电器耦合技术；而某型设备的方案则没有开关保护措施，存在潜在的安全隐患；技术③虽然实现了高低压回路间的隔离，但未提及可提高可靠性的继电器切换保护技术，且结构复杂。
发明内容
为了克服现有技术可靠性不高的不足，本发明提供一种保护式继电器耦合网络，利用高压继电器、耦合变压器、电感和电容器件，在同轴电缆两端组成保护式耦合网络，实现高低压回路的可靠隔离和各种信号的稳定传输。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在数据接收和命令发送所在端(①端)，利用耦合变压器对直流电与数据接收和命令发送单元的高速率数据进行耦合后形成低压耦合信号在同轴电缆中传输。同时，利用高压继电器一的切换，对高压低频交流回路(即高压发射源)的高压交流信号与该低压耦合信号进行隔离，高压继电器一的继电器线圈受高压发射源的线圈控制信号控制。数据接收和命令发送单元的控制命令通过耦合变压器后，再通过高压继电器一的公共端后送入电缆。控制命令的发送与数据的接收是分时的，且方向互相相反。因此，高压交流信号与高速率数据、控制命令和直流电在同轴电缆中可以互不干扰地分时传输，而其中数据与直流电是通过耦合变压器耦合在一起进行传输。
在数据发送和命令接收所在端(②端)，接收数据接收和命令发送所在端发来的信号，通过高压继电器二内部的切刀将该高低压信号分别切换到继电器的不同输出端，高压交流信号通过高压继电器二的一个输出端加载到负载端，而直流电和高速率数据则经由高压继电器二的另一个输出端分为两路，一路依次通过隔直电路、耦合变压器和高压继电器三传送到数据发送和命令接收单元，另一路通过低通滤波二传输至直流供电模块。高压继电器二的切刀切换受控于继电器线圈。同轴电缆所传信号传至数据发送和命令接收所在端后，经低通滤波再传给继电器线圈，作为高压继电器二和高压继电器三的控制信号。即，同轴电缆所传信号除了进行传输外，还作为数据发送和命令接收所在端高压继电器二的控制信号。低通滤波的目的就是防止同轴电缆传输的高压信号将继电器线圈击穿，滤除高压低频交流信号后，继电器线圈通过直流的有无来指挥切刀的切换。
①端和②端的具体信号耦合传输过程为：当①端的高压继电器一的输入端1和公共端3连通时，为数据发送和命令接收所在端供电，此时同轴电缆中传输各种数据(数据由②端向①端传送，控制命令由①端向②端传送)和直流(由①端向②端传送)。②端高压继电器的线圈受直流控制，将通路切换至数据发送和命令接收单元以及直流供电模块，即高压继电器②的1端和2端连通；当①端的高压继电器一的输入端2和公共端3连通时，数据发送和命令接收所在端无直流，则②端所有高压继电器不动作，高压继电器二的公共端1和输出端3连通，信号经调谐后连接到负载端，将高压低频交流信号加至负载。因此，高低压信号的传输得到彻底隔离。
数据发送和命令接收所在端的高压继电器二采用保护式继电器接法，以提高高低压回路间隔离的可靠性，即高低压回路间至少存在两组串联的继电器切刀。其一，可采用两个双刀单掷继电器(一个常开，一个常闭)串联的方案(附图2)；其二，可采用两个单刀双掷继电器串联的方案(附图3)；其三，可采用一个双刀双掷继电器的方案(附图4)。两组切刀的串联，可大大降低继电器因其某个切刀触点故障而无法切换时，高压信号冲击低压回路(例如②端的数据发送和命令接收单元以及直流供电模块)的概率。同时，在该保护式继电器电路失效的情况下，为了确保高压信号不会破坏数据发送和命令接收端电路，在②端的耦合变压器后端又采用高压继电器三进行二次保护。
低通滤波模块保护供电电路及继电器线圈不受高压交流信号冲击。其中，低通滤波二的电路是在保护式继电器切换电路失效的情况下，对DC-DC供电电路的二次保护。在大功率高压交流信号错误传送到低压回路的极端情况下，该滤波电路可在一定程度上滤除高压交流信号，并产生空载效果，此时高压源主动开启自保护电路，空载时可禁止大功率高压信号的发射。
本发明的有益效果是：本发明与以往技术相比，可在彻底隔离高低压回路的基础上，有效提高信号通路的传输可靠性，利用同轴电缆两端的保护式继电器切换技术及二次保护方案，最大程度上保证了四种高低压信号的稳定耦合传输。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1是复合信号传输耦合网络示意图。
图2是图1中继电器②的设计方案一。
图3是图1中继电器②的设计方案二。
图4是图1中继电器②的设计方案三。
具体实施方式
如图1所示，在同轴电缆的①端，利用继电器①(采用单刀双掷高压继电器)将低压电路与高压发射电路彻底隔离，继电器线圈受高压发射源提供的+12V开关控制。即当高压发射源提供+12V直流开关量时，继电器①的3端(公共端)与1端连通，此时同轴电缆传输数据和直流；当高压发射端不提供+12V开关量时，继电器①的3端与2端连通，此时同轴电缆传输高压交流信号。
在同轴电缆的②端，利用高压继电器②将高低压信号分开，高压继电器②的设计方案如图2～图4所示。其中，图2方案是将两个双刀单掷继电器(一个常开，一个常闭)的一端串联，另一端分别作为高压继电器的2端和3端；图3方案是将两个单刀双掷继电器的公共端串连在一起，其它端口分别作为1、2、3端；图4方案是将一个双刀双掷继电器的两个公共端相连，其它端口分别作为1、2、3端。三种方案的4端均为继电器线圈端。三种方案可视成本及安装尺寸要求选择，均可起到高低压回路的隔离保护作用。其原理是串联继电器切刀，当其中一个切刀因故障粘连无法切换时，另一个切刀动作可降低高压信号加载至低压回路的概率。若不考虑继电器切刀切换时间，则可适当增加串联切刀数，以进一步提高高低压回路间隔离的可靠性。
②端继电器②线圈受同轴电缆加载信号的控制，当同轴电缆上有110V直流时，继电器②的1端与2端连通，信号被切至低压回路；当同轴电缆上没有110V直流时(此时为高压发射阶段)，继电器②的1端与3端(负载端)连通。
②端两个低通滤波电路均采用电感、电容器件搭建LC低通电路(截止频率500Hz)，以滤除高压低频交流信号(信号频率为3kHz)。低通滤波①可保护继电器②和继电器③的线圈不受高压冲击(继电器线圈耐压为直流500V，高压交流信号有效电压则约为2kV)，低通滤波②则是对②端供电电路的二次保护，最大程度上保证②端供电电路不被高压信号破坏。
继电器③可采用单刀单掷高压继电器，其线圈也受继电器②的4端控制。继电器③的采用是对数据发送和命令接收端电路的二次保护，保证数据发送和命令接收端低压回路不受大功率高压信号冲击。继电器③之前的隔直及耦合变压器电路的作用是将直流与数据分开。

Claims (4)

1.一种复合信号传输的保护式继电器耦合网络，其特征在于：在数据接收和命令发送所在端，利用耦合变压器对直流电与数据接收和命令发送单元的高速率数据进行耦合后形成低压耦合信号在同轴电缆中传输；同时，利用高压继电器一的切换，对高压发射源的高压交流信号与该低压耦合信号进行隔离，高压继电器一的继电器线圈受高压发射源的线圈控制信号控制；数据接收和命令发送单元的控制命令通过耦合变压器后，再通过高压继电器一的公共端后送入电缆；控制命令的发送与数据的接收是分时的，且方向互相相反；在数据发送和命令接收所在端，接收数据接收和命令发送所在端发来的信号，通过高压继电器二内部的切刀将该信号分别切换到继电器的不同输出端，高压交流信号通过高压继电器二的一个输出端加载到负载端，而直流电和高速率数据则经由高压继电器二的另一个输出端分为两路，一路依次通过隔直电路、耦合变压器和高压继电器三传送到数据发送和命令接收单元，另一路通过低通滤波二传输至直流供电模块；同轴电缆所传信号传至数据发送和命令接收所在端后，经低通滤波再传给继电器线圈，作为高压继电器二和高压继电器三的控制信号。
2.根据权利要求1所述的保护式继电器耦合网络，其特征在于：所述的高压继电器二采用保护式继电器接法，将两个双刀单掷继电器串联，一个常开，一个常闭。
3.根据权利要求1所述的保护式继电器耦合网络，其特征在于：所述的高压继电器二采用保护式继电器接法，将两个单刀双掷继电器串联。
4.根据权利要求1所述的保护式继电器耦合网络，其特征在于：所述的高压继电器二采用保护式继电器接法，采用一个双刀双掷继电器。
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