CN201957016U - 实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及深海供电与视频数据混合传输技术，具体涉及铠装同轴电缆供电、数据的载波传输和电力缆通讯技术，即实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，该信号分离器包括相互并联的高频滤波模块和低频滤波耦合模块。本实用新型的信号分离器具有稳定、高效，可进行长距离优质传输等优点，该信号分离器用于数据载波传输和电力缆通讯技术的结合通过电力同轴缆从甲板向水下传输直流电同时在缆上传输数据和视频，这样就可以省略电池，达到仪器设备工作不受电池的时间限制、运行可靠、设备体积缩小、使用和维护简单方便、工作效率提高。

Description

实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置

技术领域

本实用新型涉及深海供电与视频数据混合传输技术，具体涉及同轴电缆供电、数据的载波传输和电力缆通讯技术，即实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置。

背景技术

由于全球经济和科技的发展，经济的发展越来越离不开科学技术的进步，经济发展需要大量利用自然资源，而现代社会经济的发展对能源和矿产资源的需求日益增长，陆地上有限的资源已经不能够满足日后全球经济的快速发展的需要，科学技术的发展和进步让人类开始着眼于占地球面积约四分之三面积的海洋及其中蕴藏的大量丰富的资源，所以海洋资源的开发和利用已经成为世界各国战略发展的前沿和重点。

多年以来，我国在深海海洋领域科学考察装备已经从引进国外设备到自己研制设备的阶段，并且自行研制的设备已经有了长足的进步，一批自行研制的重要深海科学考察设备如深海摄像系统、可视化多管浅钻等已在大洋上工作进十余载。这些下水作业设备工作方式在传统上采用数据和视频通过同轴电缆(为了提高抗拉强度和承受力也可以采用铠装同轴电缆)传输，对这些下水作业设备供电时，需要采用多节锂离子电池来实现，但这种工作方式存在工作时间受限制、设备体积过大、电池可靠性差、使用和维护成本高、工作效率低等缺陷，尤其是采用多节锂离子电池供电时，待电池电量耗尽时，需要重新更换电池才能继续为水下作业设备进行供电，这样不但操作不方便，而且费时费力。基于此，迫切的需要本领域技术人员开发出一款可以不间断对水下设备进行供电、且实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置。该信号分离装置可以应用于不同领域中，尤其涉及到数据载波传输和电力缆通讯技术的结合通过同轴电缆(铠装同轴电缆)从甲板向水下传输直流电同时在缆上传输数据和视频，这样就可以省略电池，达到仪器设备工作不受电池的时间限制、运行可靠、设备体积缩小、使用和维护简单方便、工作效率提高。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提出一种稳定、高效、可实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其改进之处在于：该装置包括通过同轴电缆相连的两个信号分离器，所述两个信号分离器均包括相互并联的高频滤波模块和低频滤波耦合模块。

其中，所述低频滤波耦合模块包括由差分电感构成的第一级结构、由差分电容构成的第二级结构、由互感耦合电感和耦合电阻构成的第三级结构以及由耦合电容构成的第四级结构，所述第一级结构分别与高频滤波模块和第二级结构相连接，所述第三级结构分别与第二级结构和第四级结构相连接，所述第四级结构与同轴电缆相连接。

其中，所述第一级结构由两个差分电感L1、L2并联而成，两个差分电感L1、L2均由高磁通环形磁芯和绕制于环形磁芯上相同匝数的漆包线组成。

其中，所述第二级结构由两个差分电容CAP1、CAP2并联而成，两个差分电容CAP1、CAP2由瓷片电容和聚丙烯电容(CBB电容)组成，当差分电容CAP1为瓷片电容时，差分电容CAP2为聚丙烯电容；当差分电容CAP1为聚丙烯电容时，差分电容CAP2为瓷片电容。

其中，所述第三级结构由互感耦合电感L3和耦合电阻R1并联而成，所述互感耦合电感L3由环形磁芯和对称绕制于环形磁芯上相同匝数的互感线圈组成。

其中，所述第四级结构由三个耦合电容CAP3、CAP4、CAP5组成，其中两个耦合电容CAP4、CAP5相串联后再与另一耦合电容CAP3相并联。

其中，所述高频滤波模块包括由滤波耦合电容构成的第一级结构以及由压敏电阻和稳态电阻构成的第二级结构，所述第一级结构与第二级结构相并联，所述第二级结构与低频滤波耦合模块相并联。

其中，所述第一级结构由两个滤波耦合电容CAP6、CAP7并联而成。

其中，所述第二级结构由压敏电阻VR和稳态电阻R2并联而成。

由于采取以上技术方案，本实用新型具有以下优点：

1)、本实用新型所述的信号分离装置主要是把数据耦合加载到直流供电的电力缆上，实现在一根同轴电缆上同时传输直流电和视频数据信号，直流供电电压可以达到300V、电流可以达到9A；

2)、本实用新型采用同轴电缆作为传输媒介，尤其是采用铠装同轴电缆不但提高了该信号分离器装置的承载力和抗拉力，还可以实现数据的稳定、高效、优质传输，即电力同轴缆直流载波通讯。

3)、本实用新型的信号分离装置使用调制解调器将数据信号调制到低频信号范围上，以直流电力信号为载体在其上通过耦合加载多路低频调制数据信号，实现信号与信号、信号与电力互不干扰的长距离优质传输，该装置可广泛应用于各种需要将电流和数据信号加载于同一电缆的各种领域中，尤其适用于为深海作业的拖体部分进行不间断供电。

附图说明

图1是电缆加载数据传输系统的结构示意图，其中，1-显示器，2-视频解码卡，3-甲板工控机，4-甲板供电程控电源，5-调制解调器(ADSL)，6-甲板信号分离器，7-拖体信号分离器，8-调制解调器(ADSL)，9-电源转换器，10-视频采集卡，11-水下控制机，12-深海摄像头，13-铠装同轴电缆；

图2是本实用新型信号分离装置的结构示意图；

图3是高频滤波模块和低频滤波耦合模块的结构示意图；

其中，I-高频滤波模块，II-低频滤波耦合模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的信号分离器作进一步详细的描述。

本例中以该信号分离装置应用于深海作业为例进行说明。如图1所示，虚线上方为电缆加载数据传输系统的水上部分即甲板部分，虚线下方为电缆加载数据传输系统的水下部分即拖体部分，本例中的两个信号分离器分别为位于水上的甲板信号分离器6和位于水下的拖体信号分离器7，两个信号分离器之间可以采用同轴电缆连接，本例中以采用铠装同轴电缆13为佳。具体结构连接关系如下：深海摄像头12捕捉视频模拟信号，由视频采集卡10转换为数字视频信号，并由水下控制机11进行编码进行网络传输，通过调制解调器5和8联通网络，同时视频信号由拖体信号分离器7和甲板信号分离器6进行与直流电信号的混合和分离，最终传输到甲板部分，进入甲板工控机3网络，并由视屏解码卡2解码，最终海底画面显示在显示器1上。在视频传输的同时网络上还进行着控制的上下双方向传输，传输遵守IP5的网络协议。系统工作时，由甲板供电程控电源4采用直流高压供电，电力经过甲板信号分离器6通过铠装同轴电缆13传送到拖体信号分离器7进入电源转换器9，给水下拖体部分和外部传感器供电。

该技术涉及到数据载波传输和电力缆通讯技术的结合通过电力同轴缆从甲板向水下传输直流电同时在缆上传输数据和视频，这样就可以省略电池，达到仪器设备工作不受电池的时间限制、运行可靠、设备体积缩小、使用和维护简单方便、工作效率提高。该技术具有下述特点：

实现本技术的关键就是本实用新型所述的信号分离装置，其包括通过同轴电缆相连接的两个信号分离器(即图1中所示的甲板信号分离器6和拖体信号分离器7)，如图2所示，两个信号分离器的基本结构包括高频滤波模块I和低频滤波耦合模块II。当信号分离器作为甲板信号分离器6时，高频滤波模块I的一端接调制解调器5、其另一端接低频滤波耦合模块II的输入端，高频滤波模块I主要由滤波电容组成。低频滤波耦合模块II输入端接供电电源模块、其另一端接铠装同轴电缆13。低频滤波耦合模块II的末端输出的就是电力和视屏耦合后的信号，低频滤波耦合模块II主要由高磁通线圈、LC调谐电路和保护电路完成耦合。当信号分离器6作为拖体信号分离器7时，由甲板信号分离器6输出的信号通过铠装同轴电缆13传递给本信号分离器7中的低频滤波耦合模块II的输入端，低频滤波耦合模块II的输出端与高频滤波模块I的输入端连接，高频滤波模块I的输出端与调制解调器8相连，低频滤波耦合模块II的输出端还连接有一电源转换器9，通过电源转换器9将电信号进行转换后给水下拖体部分和外部传感器供电。

甲板信号分离器6和拖体信号分离器7的内部结构和原理完全相同，仅信号传输的过程相反，以甲板信号分离器6的高频滤波模块I和低频滤波耦合模块II为例进行说明，如图3所示，高频滤波模块I包括第一级滤波耦合电容CAP6、CAP7；第二级压敏电阻VR和稳态电阻R2，压敏电阻可以抑制瞬态响应电压。第一级滤波耦合电容CAP6、CAP7一端与铠装同轴电缆连接，另一端与第二级压敏电阻VR和稳态电阻R2并联；稳态电阻R2通过RJ11两芯接口与调制解调器连接。

高频滤波模块I，用于阻止低频干扰，过滤高频信号，阻隔高压直流电，高压直流电与低压信号隔离。元器件选择耐高压、耐高温、稳定性好的电容和电阻。

低频滤波耦合模块II包括第一级差分电感L1、L2；第二级差分电容CAP1、CAP2；第三级互感耦合电感L3和稳态电阻R1；第四级耦合电容CAP3、CAP4、CAP5。第一级差分电感L1、L2由高磁通环形磁芯和相同匝数绕制漆包线组成；第二级差分电容CAP1、CAP2由瓷片电容和聚丙烯电容(CBB电容)组成，即：当差分电容CAP1为瓷片电容时，差分电容CAP2为CBB电容；当差分电容CAP1为CBB电容时，差分电容CAP2为瓷片电容；第三级互感耦合电感L3由环形磁芯，环形磁芯上对称绕制相同匝数互感线圈。第一级差分电感L1、L2的输入端与高频滤波模块和直流电源连接，第一级差分电感L1、L2的输出端和第二级差分电容CAP1、CAP2的输入端连接，第二级差分电容CAP1、CAP2的输出端和第三级互感耦合电感L3和稳态电阻R1的输入端连接，第三级互感耦合电感L3和稳态电阻R1的输出端和第四级耦合电容CAP3、CAP4、CAP5的输入端连接，第四级耦合电容CAP3、CAP4、CAP5的输出端和铠装同轴电缆连接，CAP4和CAP5的另一端接地。

低频滤波耦合模块II，用于对低频信号过滤，阻隔高频干扰信号。元器件选择高稳定性、耐高压的电容、电阻、和漆包线。

本实用新型主要利用低频滤波模块的电器特性对直流低频电信号导通而对高频信号阻隔的特性，本实用新型的信号分离装置具有工作不受电池的时间限制，运行稳定、高效、可靠，可进行优质传输，设备体积缩小，使用和维护简单方便，工作效率提高等优点。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：该装置包括通过同轴电缆相连的两个信号分离器，所述两个信号分离器均包括相互并联的高频滤波模块和低频滤波耦合模块。

2.如权利要求1所述的实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：所述低频滤波耦合模块包括由差分电感构成的第一级结构、由差分电容构成的第二级结构、由互感耦合电感和耦合电阻构成的第三级结构以及由耦合电容构成的第四级结构，所述第一级结构分别与高频滤波模块和第二级结构相连接，所述第三级结构分别与第二级结构和第四级结构相连接，所述第四级结构与同轴电缆相连接。

3.如权利要求2所述的实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：所述第一级结构由两个差分电感L1、L2并联而成，两个差分电感L1、L2均由高磁通环形磁芯和绕制于环形磁芯上相同匝数的漆包线组成。

4.如权利要求2所述的实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：所述第二级结构由两个差分电容CAP1、CAP2并联而成，两个差分电容CAP1、CAP2由瓷片电容和聚丙烯电容组成，当差分电容CAP1为瓷片电容时，差分电容CAP2为聚丙烯电容；当差分电容CAP1为聚丙烯电容时，差分电容CAP2为瓷片电容。

5.如权利要求2所述的实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：所述第三级结构由互感耦合电感L3和耦合电阻R1并联而成，所述互感耦合电感L3由环形磁芯和对称绕制于环形磁芯上相同匝数的互感线圈组成。

6.如权利要求2所述的实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：所述第四级结构由三个耦合电容CAP3、CAP4、CAP5组成，其中两个耦合电容CAP4、CAP5相串联后再与另一耦合电容CAP3相并联。

7.如权利要求1所述的实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：所述高频滤波模块包括由滤波耦合电容构成的第一级结构以及由压敏电阻和稳态电阻构成的第二级结构，所述第一级结构与第二级结构相并联，所述第二级结构与低频滤波耦合模块相并联。

8.如权利要求7所述的实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：所述第一级结构由两个滤波耦合电容CAP6、CAP7并联而成。

9.如权利要求7所述的实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：所述第二级结构由压敏电阻VR和稳态电阻R2并联而成。

10.如权利要求1-9任一所述的实现电流和数据信号同缆传输的信号分离装置，其特征在于：所述同轴电缆采用铠装同轴电缆。

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