CN104793248B - 一种供电与通信一体化电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供电与通信一体化电路装置，至少包括：供电模块、通信控制模块、合成与分解模块以及发送模块；其中，供电模块，用于提供直流供电电压；通信控制模块，用于向合成与分解模块输出来自船载控制系统的控制信号；或者，获取来自合成与分解模块的枪阵声学鸟的反馈信号；船载控制系统的控制信号依次经通信控制模块输出、经合成与分解模块与直流供电电压合成为一个电力线信号，再经发送模块发送给水下枪阵声学鸟；另一方面，包含枪阵声学鸟的反馈信号的电力线信号依次经发送模块发送到合成与分解模块，将其中的反馈信号分解出，经通信控制模块传输给船载控制系统。其中，所述合成与分解模块还包括隔离变压器，用于隔离干扰信号。

Description

一种供电与通信一体化电路装置

技术领域

本发明涉及地球物理勘探领域，尤指一种用于枪阵声学定位系统的供电与通信一体化电路装置。

背景技术

海洋地震勘探拖缆控制系统中，电缆上挂载的各个传感器通过数据管理组件(DMU，Data Management Unit)的控制进行数据采集，并将采集到的数据提供给综合导航系统，完成拖缆内地震检波器的位置估算和拖缆的深度控制等。其中声学定位系统完成拖缆一定网格布局下的距离测量，得到拖缆相互之间的间距和前后节距。

在拖缆声学定位前网位置，拖缆前端挂载的声学定位节点与枪阵位置挂载的声学定位节点形成前网声学定位。

拖缆上挂载的声学定位节点为完全离线的产品，依靠节点内置电池组提供电路系统工作的能量。而与综合导航系统的通信，即船载控制系统与枪阵声学鸟的通信，如节点接收DMU指令、上传测量的距离数据等则通过节点内置的耦合线圈和拖缆内置的耦合线圈形成的信号耦合对完成数据交换。

枪阵上挂载的声学定位节点由于环境限制，无法使用具有危险性的电池组供电，需要通过有线供电的方式提供能量，同时，通信可以通过有线传输的方式简化枪阵上电缆内置耦合线圈的环节，与供电一起采用有线通信的方式。采用有线供电和有线通信的声学定位节点称为枪阵声学鸟。

目前，现有技术的供电与通信电路装置是船载控制系统和水下枪阵声学鸟的通信与供电桥梁，采用供电/通信二合一传送的方式来实现，是一种电力线传输技术，是采用了复杂的编解码方案，并且其采用的集成芯片属于专用性质，同时通过电容、电感组合来实现的，另外现有的电力线传输技术其供电电源为220V，适用于电力电网的电力线应用领域，在枪阵声学鸟具体的应用场合并不适用。例如，船载控制系统获取枪阵声学鸟的反馈信号如包括测距信息以及对枪阵声学鸟的状态监测，都是经过电力线进行；同时船载控制系统下发的命令信号必须无失真的加载在电力线上传输给水下设备。但现有技术由于以上信号输入没有隔离，导致现有技术的系统漏电等故障造成的干扰信号会影响到其它通道的上述通信信号的正常工作，以及引起传输波形相位偏移的问题。因此，现有技术干扰大、系统稳定性差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种供电与通信一体化电路装置，能够对各通道信号进行隔离，从而有效避免漏电等故障对其它通道的影响以及避免引起传输波形相位偏移的问题。

为了达到本发明目的，本发明提供了一种供电与通信一体化电路装置，该电路装置至少包括：

供电模块，用于提供直流供电电压；

通信控制模块，用于向合成与分解模块输出来自船载控制系统的控制信号；或者，获取来自合成与分解模块的枪阵声学鸟的反馈信号；

合成与分解模块，分别与供电模块、通信控制模块和发送模块连接，用于将供电模块的供电电压与通信控制模块的控制信号合成为一个电力线信号输出给发送模块；或者，从来自发送模块的包含枪阵声学鸟的反馈信号的电力线信号中分解出反馈信号并输出给通信控制模块；其中，

所述合成与分解模块还包括隔离变压器，用于隔离干扰信号，具体用于：

将所述船载控制系统的控制信号与水下干扰信号进行隔离；或者，对所述分解出的反馈信号进行隔离后再发送给所述船载控制系统；

发送模块，用于将合成与分解模块合成的包含供电电压和控制信号的电力线信号发送给水下枪阵声学鸟，或者，将包含水下枪阵声学鸟的反馈信号的电力线信号发送给合成与分解模块。

进一步地，所述供电模块包括交流电输入单元、电源滤波单元，以及供电电压产生单元；其中，

交流电输入单元，用于连接交流信号并对其进行限流处理；

电源滤波单元，用于对来自交流电输入单元的交流信号进行滤波处理；

供电电压产生单元，用于将经过电源滤波单元滤波处理的交流信号转换为直流信号，输出直流工作电压。

进一步地，所述合成与分解模块合成后的电力线信号为一个频移键控调制信号，其中含有一个48伏的直流分量。

进一步地，所述供电模块的供电电压的电源线信号和通信控制模块的通信信号分开传输。

进一步地，所述合成与分解模块包括电感L1和电感L2、电容C1和电容C4以及隔离变压器T1；其中，

电感L1一端连接供电模块的直流供电电压的负电压，另一端连接电容C1的一端以及负输出端OUT0-，电容C1的另一端与隔离变压器T1的次级负信号端连接，隔离变压器T1的初级负信号端连接负输入端IN0-；

电感L2一端连接供电模块的直流供电电压的正电压，另一端连接电容C4的一端以及正输出端OUT0+，电容C4的另一端与隔离变压器T1的次级正信号端连接，隔离变压器T1的初级正信号端连接正输入端IN0+。

与现有技术相比，本发明至少包括供电模块、通信控制模块、合成与分解模块以及发送模块；其中，供电模块，用于提供直流供电电压；通信控制模块，用于向合成与分解模块输出来自船载控制系统的控制信号；或者，获取来自合成与分解模块的枪阵声学鸟的反馈信号；船载控制系统的控制信号依次经通信控制模块输出、经合成与分解模块与直流供电电压合成为一个电力线信号，再经发送模块发送给水下枪阵声学鸟；另一方面，包含枪阵声学鸟的反馈信号的电力线信号依次经发送模块发送到合成与分解模块，将其中的反馈信号分解出，经通信控制模块传输给船载控制系统。由于本发明的供电与通信一体化电路装置通过供电模块提供给枪阵声学鸟的供电电压为直流供电电压，同时由于合成与分解模块还具有隔离作用，实现了对船载控制系统下发的控制信号或者对获取到的枪阵声学鸟的反馈信号与干扰信号的隔离，具有信号干扰小、系统稳定性高等的特点，从而有效避免了当水下系统漏电等故障造成的干扰信号对其它通道的上述信号的影响，以及避免引起传输波形相位偏移的问题电路装置。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例的供电与通信一体化电路装置的组成结构示意图；

图2为本发明实施例的供电与通信一体化电路装置的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1为本发明实施例的供电与通信一体化电路装置的组成结构示意图，如图1所示，本发明的供电与通信一体化电路装置至少包括：供电模块101、通信控制模块102、合成与分解模块103以及发送模块104；其中，

供电模块101，用于提供直流供电电压，为枪阵声学鸟供电，包括依次连接的交流电输入单元1011、电源滤波单元1012以及供电电压产生单元1013；其中，

交流电输入单元1011，用于连接交流信号并对其进行限流处理；

电源滤波单元1012，用于对交流电输入单元1011的交流信号进行滤波处理；从而抑制交流电源线浪涌，实现粗保护，防止电压过冲，干净输入电流

供电电压产生单元1013，用于将经过电源滤波单元1012滤波处理的交流信号转换为直流信号，输出直流工作电压；进一步地，供电电压产生单元1013还具有输出短路、过流和过温自动保护功能，具体实现属于本领域技术人员的惯用技术手段，这里不再赘述。

通信控制模块102，用于向合成与分解模块103输出来自船载控制系统的控制信号；或者，获取来自合成与分解模块103的枪阵声学鸟的反馈信号；

合成与分解模块103，分别与供电模块101、通信控制模块102和发送模块104连接，用于将供电模块101的供电电压与通信控制模块102的控制信号合成为一个电力线信号输出给发送模块104，或者，从来自发送模块104的包含枪阵声学鸟的反馈信号的电力线信号中分解出反馈信号并输出给通信控制模块102；其中，

进一步地，合成与分解模块103还包括：隔离变压器T1，用于对干扰信号进行隔离，即船载控制系统的控制信号通过通信控制模块102与合成与分解模块103中的隔离变压器T1连接，这样隔离变压器T1可以将船载控制系统的控制信号与水下干扰信号进行隔离；或者，将合成与分解模块103分解出的水下枪阵声学鸟的反馈信号隔离后发送给船载控制系统；通过隔离变压器T1的隔离，避免了水下干扰信号如漏电等对船载控制系统的影响。

发送模块104，用于将合成与分解模块103合成的包含供电电压和控制信号的电力线信号发送给水下枪阵声学鸟，或者，将包含水下枪阵声学鸟的反馈信号的电力线信号发送给合成与分解模块103。

具体的，本发明的供电与通信一体化电路装置是海洋声学定位系统一个不可缺少的部分，它提供了枪阵声学鸟与船载控制系统相互作用的通道，主要有以下几个方面的功能：

第一，通过供电模块101给水下枪阵声学鸟进行直流供电。枪阵声学鸟挂接在枪阵附近，在地震数据采集过程中，由于枪阵瞬间大能量激发，产生强烈的震荡，会对附近产生很强的冲击力。在这种恶劣环境下，枪阵声学鸟无法采用锂亚电池进行供电，否则会出现电池泄露事故，必须需要通过有线的方式进行提供工作电压，让枪阵声学鸟处于安全的工作状态。通过本发明的供电电路装置，对船载交流电进行工频滤波处理和电压转换，为枪阵声学鸟提供合理的直流工作电压。

第二，通过合成与分解模块103加载船载控制系统的命令到电力线上合成为一个电力线信号。如上所述，船载控制系统与枪阵声学鸟的通信与供电途径只有两条线如通过双绞线实现连接。船载控制系统获取枪阵声学鸟的测距信息以及对枪阵声学鸟的状态监测，都是经过该两条线进行。船载控制系统下发的命令信号必须无失真的加载在电力线上传输给水下设备。

第三，通过合成与分解模块103在电力线信号上分离出水下设备的反馈信号。水下枪阵声学鸟的反馈信号经本发明的通信与供电一体化电路装置后，无失真的分离出频移键控(Frequency-shift keying，FSK)调制信号，传输给船载控制系统的箱体，进行预处理、解调、整合后发给综合导航系统。

本发明提供的一种供电与通信一体化电路装置，供电模块提供给枪阵声学鸟的供电电压为直流供电电压，同时由于合成与分解模块中隔离变压器的隔离作用，实现了对船载控制系统下发的控制信号或者对获取到的枪阵声学鸟的反馈信号与干扰信号的隔离，具有信号干扰小、系统稳定性高等的特点，从而有效避免了当水下系统漏电等故障造成的干扰信号对其它通道的上述信号的影响，以及避免引起传输波形相位偏移的问题。

图2为本发明实施例的供电与通信一体化电路装置的工作原理图，如图2所示，具体的电路连接及各器件作用说明如下：

供电模块101分别包括：

交流电输入单元1011中的接线座J2和保险丝F1；

电源滤波单元1012中的器件U1；

供电电压产生单元1013中的器件U2、接线座J1、J4、J6、J7、电容C2和电容C3以及二极管D1。

其中，接线座J2接船载交流电110伏到250伏宽输入电压，为电压输入端，分别连接交流输入的AC(N)和AC(L)；

保险丝F1起到限流作用，防止过流和过压；

器件U1是一个交流电压滤波器，起到滤波作用，抑制交流电源线浪涌，实现粗保护，防止电压过冲，干净输入电流；器件U1的型号例如可选用金升阳公司的FC-L01D。

器件U2是一个电压转换模块，其输入电压为85伏到264伏、频率为50HZ到60HZ的交流电，输出电压48伏的直流电。器件U2使得输出稳定、纹波小、低噪声和安全隔离。效率高达85％。把交流输入电压转换为水下枪阵声学鸟所需要的电压，自身具有输出短路、过流和过温自动保护功能；器件U2的型号例如可选用金升阳公司的LH25-10B48。

接线座J1、J4、J6、J7为保护地，与外壳相连，连接大地；

电容C2和电容C3为输出滤波电容，电容C2是高频低阻电解电容，电容C3去除高频噪声。

二极管D1为一种二极管形式的高效能保护器件，作用为瞬态电压抑制器。当二极管D1的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

通信控制模块102包括接线座J5，连接输入信号线，分别连接接线端的负输入端IN0-、正输入端IN0+。

合成与分解模块103包括电感L1和电感L2、电容C1和电容C4以及隔离变压器T1。合成与分解模块103合成后的是一个FSK信号，但是有一个48伏的直流分量。

其中，隔离变压器T1连接船载控制系统的输入信号，起到将船载控制系统的信号与水下干扰信号进行隔离的作用。

电感L1和电感L2主要是对交流信号进行隔直、滤波的作用。主要是把直流电直接加载到传输信号线上。

电容C1和电容C4是耦合电容，起到隔离直流的作用。把船载控制系统的控制信号加载到传输信号线上发送给枪阵声学鸟，把枪阵声学鸟的反馈信号从传输信号线上提取出来。

发送模块104包括输出接线座J3，连接输出信号线，分别连接接线端的负输出端OUT0-和正输出端OUT0+。在一个实施例中，在两线传输的时候，电力线信号、船载控制系统的控制信号以及枪阵声学鸟的反馈信号都要经过输出接线座J3接线端的正输出端OUT+和负输出端OUT-。

可选的，本发明实施例的电路装置的供电和通信也可以采用分开的模式，这种模式需要两对线，一对线是提供直流供电电压的电源线，另外一对线为通信信号线。

可选的，本发明实施例的电路装置扩展性好，通过接线座J2和接线座J5的合理并联方式连接处理，可以很好的进行通道扩展，实现多条枪阵电缆同步控制和监控。在一个实施例中，例如接线座J2是交流电输入，将每块板中每个通道交流电相同的极连接在一块即可，并且连到船载控制系统的通信信号线上，如接线座J5连到船载控制系统的双绞线传输信号线即可。

可选的，上述本发明实施例的电路装置通过通道扩展后，可组合为一个整体，在一个实施例中，例如六块本发明的电路装置装入箱体后，产生六个通道的一个箱体，每个通道相互独立，互不干扰。

需要说明的是，图2仅仅是一个实施例，其中具体的电路组成并不用于限定本发明的保护范围。在本发明提供的技术方案的基础上，本领域技术人员是能够容易地得出其他替换电路的，这并不用于限定本发明的保护范围。

本发明电路装置是船载控制系统与水下枪阵声学鸟的通信与供电桥梁。本发明通过对各路信号进行隔离，从而有效避免了当水下某一路漏电时候对其他路工作的影响。因此本发明电路装置具有信号干扰小、系统稳定性高的特点。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (3)

1.一种供电与通信一体化电路装置，其特征在于，至少包括：供电模块、通信控制模块、合成与分解模块以及发送模块；其中，

供电模块，用于提供直流供电电压；

通信控制模块，用于向合成与分解模块输出来自船载控制系统的控制信号；并且，获取来自合成与分解模块的枪阵声学鸟的反馈信号；

合成与分解模块，分别与供电模块、通信控制模块和发送模块连接，用于将供电模块的供电电压与通信控制模块的控制信号合成为一个电力线信号输出给发送模块；并且，从来自发送模块的包含枪阵声学鸟的反馈信号的电力线信号中分解出反馈信号并输出给通信控制模块；其中，

所述合成与分解模块还包括隔离变压器，用于隔离干扰信号，具体用于：

将所述船载控制系统的控制信号与水下干扰信号进行隔离；并且，对所述分解出的反馈信号进行隔离后再发送给所述船载控制系统；

发送模块，用于将合成与分解模块合成的包含供电电压和控制信号的电力线信号发送给水下枪阵声学鸟，并且，将包含水下枪阵声学鸟的反馈信号的电力线信号发送给合成与分解模块；

所述供电模块包括交流电输入单元、电源滤波单元，以及供电电压产生单元；其中，

交流电输入单元，用于连接交流信号并对其进行限流处理；

电源滤波单元，用于对来自交流电输入单元的交流信号进行滤波处理；

供电电压产生单元，用于将经过电源滤波单元滤波处理的交流信号转换为直流信号，输出直流工作电压；

所述供电模块的供电电压的电源线信号和通信控制模块的通信信号分开传输。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述合成与分解模块合成后的电力线信号为一个频移键控调制信号，其中含有一个48伏的直流分量。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，所述合成与分解模块包括电感L1和电感L2、电容C1和电容C4以及隔离变压器T1；其中，

电感L1一端连接供电模块的直流供电电压的负电压，另一端连接电容C1的一端以及负输出端OUT0-，电容C1的另一端与隔离变压器T1的次级负信号端连接，隔离变压器T1的初级负信号端连接负输入端IN0-；

电感L2一端连接供电模块的直流供电电压的正电压，另一端连接电容C4的一端以及正输出端OUT0+，电容C4的另一端与隔离变压器T1的次级正信号端连接，隔离变压器T1的初级正信号端连接正输入端IN0+。