一種鐵路軌邊多功能智能防雷箱的製作方法
2023-04-28 19:53:46 1
一種鐵路軌邊多功能智能防雷箱的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種鐵路軌邊多功能智能防雷箱，包括：防雷箱外殼以及固定在所述防雷箱外殼中的防雷電路板；其中，所述防雷電路板中包括：N個獨立的單路防雷單元、與每一單路防雷單元相連的運放AD單元、分別與所述N個單路防雷單元相連的顯示模塊及與所述顯示模塊相連的電源模塊；所述防雷箱外殼的兩側還設有供所述N個單路防雷單元與外部線纜連接的通孔。通過採用本實用新型公開的防雷箱保證了設備的正常工作，降低了維修概率。
【專利說明】一種鐵路軌邊多功能智能防雷箱
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及防雷【技術領域】，尤其涉及一種鐵路軌邊多功能智能防雷箱。
【背景技術】
[0002]鐵路貨運超偏載、軌道衡的壓力傳感器都安裝在鐵道線路上，通過線纜與室內採集系統連接，傳感器等經常出現因雷擊導致的設備損壞，大部分站點原來都安裝過防雷保護裝置，但效果甚微，一方面造成了巨大的經濟損失，另一方面導致了安全隱患。主要原因:防雷電路結構及參數不合理，有的防雷保護裝置未動作而傳感器遭雷擊損壞；有的防雷裝置動作，但不能保證其防護水平值小於被防護設備耐衝擊水平值，造成設備接口過電壓損壞；有的通流容量太小，一旦雷擊感應電流稍大，防護裝置被打壞。
[0003]目前，現場對該類傳感器大多採用單個模塊防護，需要安裝很多個模塊，安裝不便且容易混亂，且只有單一的防雷功能，沒有電壓採集實時顯示和雷擊計數功能；此外，現有超偏載、軌道衡設備都採用軌邊傳感器得到的都為低電壓信號，電壓只有幾毫伏，通過長電纜長距離傳輸到室內採集單元進行數據採集，必然會造成一定的測量誤差。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種鐵路軌邊多功能智能防雷箱，保證了設備的正常工作，降低了維修概率。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0006]—種鐵路軌邊多功能智能防雷箱，包括:防雷箱外殼以及固定在所述防雷箱外殼中的防雷電路板；
[0007]其中，所述防雷電路板中包括:N個獨立的單路防雷單元、與每一單路防雷單元相連的運放AD單元、分別與所述N個單路防雷單元相連的顯示模塊及與所述顯示模塊相連的電源模塊；
[0008]所述防雷箱外殼的兩側還設有供所述N個單路防雷單元與外部線纜連接的通孔。
[0009]進一步的，所述防雷電路板還包括:
[0010]依次連接的雷擊傳感器、計數驅動板及雷擊次數計數器。
[0011]進一步的，所述單路防雷單元包括:傳感器信號防雷電路與電源防雷電路；
[0012]其中，傳感器信號防雷電路包括:依次並聯在正負極的第一放電管與第一瞬態二極體，以及分別連接在正負極且位於所述第一放電管與第一瞬態二極體之間的第一電感與第二電感；
[0013]所述電源防雷電路包括:依次並聯在正負極的第二放電管與第二瞬態二極體，分別連接在正負極且位於所述第二放電管與第二瞬態二極體之間的第三電感與第四電感。
[0014]由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，鐵路軌邊多功能智能防雷箱，適用於鐵路貨運超偏載、軌道衡壓力傳感器響應速度快、適用頻率範圍寬、雷電限制電壓低、通流容量大、插損低等特點的防雷裝置；解決了鐵路貨運超偏載、軌道衡壓力傳感器等軌邊微電子設備在現場應用中出現的雷擊故障問題，保證設備的正常工作，降低維修概率；另外，該多功能智能防雷箱，集多路防雷、運放(AD)功能、採集實時顯示和雷擊計數於一體，巡檢人員可定期查看防雷箱是否遭雷擊及雷擊次數，以及各路傳感器的採集狀態，若發現採集狀態不對可立即進行相應檢測並更換相應設備，集成運放AD單元(高增益、低噪聲、寬頻帶放大電路)，降低傳輸過程中幹擾信號引起的測量誤差。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0016]圖1為本實用新型實施例一提供的一種鐵路軌邊多功能智能防雷箱中防雷電路板的結構示意圖；
[0017]圖2為本實用新型實施例一提供的一種包含6個獨立單路防雷單元的防雷電路板的結構不意圖；
[0018]圖3為本實用新型實施例一提供的一種單路防雷單元配置結構示意圖；
[0019]圖4為本實用新型實施例一提供的一種傳感器信號防雷電路的示意圖；
[0020]圖5為本實用新型實施例一提供的一種電源防雷電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型的保護範圍。
[0022]實施例一
[0023]本實用新型實施例一提供一種鐵路軌邊多功能智能防雷箱，其主要包括:
[0024]防雷箱外殼以及固定在所述防雷箱外殼中的防雷電路板；
[0025]其中，所述防雷電路板如圖1所示，主要包括:N個獨立的單路防雷單元、與每一單路防雷單元相連的運放AD單元、分別與所述N個單路防雷單元相連的顯示模塊及與所述顯不模塊相連的電源模塊；
[0026]所述防雷箱外殼的兩側還設有供所述N個單路防雷單元與外部線纜連接的通孔。
[0027]進一步的，所述防雷電路板還包括:
[0028]依次連接的雷擊傳感器、計數驅動板及雷擊次數計數器。
[0029]進一步的，所述單路防雷單元包括:傳感器信號防雷電路與電源防雷電路；
[0030]其中，傳感器信號防雷電路包括:依次並聯在正負極的第一放電管與第一瞬態二極體，以及分別連接在正負極且位於所述第一放電管與第一瞬態二極體之間的第一電感與第二電感；
[0031]所述電源防雷電路包括:依次並聯在正負極的第二放電管與第二瞬態二極體，分別連接在正負極且位於所述第二放電管與第二瞬態二極體之間的第三電感與第四電感。[0032]為了便於說明，下面以6個獨立單路防雷單元為例並結合附圖2-5對本實用新型做進一步說明。
[0033]如圖2所示，防雷電路板中集成了 6個獨立的單路防雷單元及對應的AD單元，每一單路防雷單元均可通過防雷箱外殼側面的通孔與外部線纜連接；每一單路防雷均與顯示模塊(可以顯示O?20mv採集電壓)連接，所述顯示模塊通過選擇通過開關來選擇顯示某一單路防雷單元的採集電壓，所述顯示模塊由電路板中的電源模塊供電。
[0034]示例性的，防雷箱外殼可以為鐵質防水箱體，尺寸為25*20*9 (單位cm)，進出線孔尺寸為20mm，整體防雷電路板尺寸為22*16 (單位cm)。
[0035]本實用新型實施例中，每一單路防雷單元均可實現傳感器信號與電源防雷，配置結構示意圖可參見圖3。
[0036]傳感器信號防雷部分頻率範圍較寬，即要保證測量傳感電壓信號可靠傳輸，保證耐受很高的通流和衝擊電壓，還要保證很低的限制電壓(低於傳感器接口過壓耐受水平)，防護採用二級防護電路。第一級採用氣體放電管，它的響應時間較長，為200ns，雷電衝擊承受能力較強，大於5kA (8/20 μ s波形)。第二極採用瞬態二極體，它們的響應時間最快為1ns，雷電衝擊承受能力上百A (8/20ys波形)。每級電路用電感或電阻進行隔離，使得二極防護有明確的分界。
[0037]其線路圖如圖4所示，包括:並聯在正負極的第一放電管Gl與第一瞬態二極體D1，以及分別連接在正負極且位於所述第一放電管與第一瞬態二極體之間的第一電感LI與第二電感L2。
[0038]示例性的，其工作時的原理如下:第一級防護採用3R-90氣體放電管，它的響應時間較長，為200ns，雷電衝擊承受能力較強，大於5kA(8/20y s波形)。第二極採用瞬態二極體1.5KE6.8CA，它們的響應時間最快為1ns，雷電衝擊承受能力200A (8/20 μ s波形)。每級電路用114uH電感線圈進行隔離，有非常使得二極防護有明確的分界，使通過瞬態二極體中的電流在小於其最大衝擊承受電流之前，前級放電管可靠放電。
[0039]以一路為例，衝擊電壓侵入時，侵入的電磁波以行波方式進入氣體放電管，在通過該電路前第一級時，放電管來不及擊穿，衝擊波又繼續前進，併到達電感線圈LI入口，電流流經線圈LI被延時發生遲滯，等到達第二級瞬態二極體時，由於瞬態二極體的響應時間僅1ns，因此它立即被雷電電壓擊穿導通，將防護單元的殘壓鉗位至1V以下，使防雷裝置輸出的雷電壓低於傳感器內信號接口耐壓水平，有效防護了傳感器。瞬態二極體擊穿導通使第二級環路中有電流12。瞬態二極體的殘壓和流過電感L2的電流產生的電壓一起施加在第一級放電管上。該電壓大於第一級放電管的擊穿電壓，使第一級放電管導通，將後續大部分雷電流洩放入地。
[0040]示例性的，信號防雷部分的技術參數如下:
[0041 ] I)最大持續運行電壓UC=6V。
[0042]2)限制電壓:系統處於工作狀態時，輸入端用10/200 μ S、1KV的模擬雷電波衝擊時，對系統無影響，輸出端測得限制電壓UB ( 30V。
[0043]3)衝擊通流容量:用波形8/20 μ s的模擬雷電流波衝擊，通流容量大於5ΚΑ。
[0044]4)插損及速率< 0.5db (適用速率:0?IM bps)。
[0045]5)響應時間:小於1ns0[0046]6)工作及貯存條件:工作溫度:-40°C?+70°C，貯存:-10°C?+40°C、相對溼度不大於80%。
[0047]傳感器電源防雷部分，即要保證12V電壓可靠供電，保證耐受很高的通流和衝擊電壓，還要保證很低的限制電壓(低於傳感器接口過壓耐受水平)，用二級防護電路，第一級採用氣體放電管，它的響應時間較長，為200ns，雷電衝擊承受能力較強，大於5kA(8/20ys波形)。第二極採用瞬態二級管，它們的響應時間最快為1ns，雷電衝擊承受能力上百A (8/20 μ s波形)。每級電路用電感進行隔離，使得二極防護有明確的分界。
[0048]其線路圖如圖5所示，包括:依次並聯在正負極的第二放電管G2、瞬態二極體D2，分別連接在正負極且位於所述第二放電管G2與瞬態二極體D2之間的第三電感L3與第四電感L4。
[0049]示例性的，其工作時的原理如下:第一級採用3R-90氣體放電管，它的響應時間較長，為200ns，雷電衝擊承受能力較強，大於5kA(8/20ys波形)。第二極採用1.5KE36CA瞬態二極體，它們的響應時間最快為1ns，雷電衝擊承受能力200Α(8/20μ s波形)。每級電路用3.9mH電感進行隔離，使得二極防護有明確的分界。
[0050]以一路為例，衝擊電壓侵入時，侵入的電磁波以行波方式進入氣體放電管，在通過該電路前第一級時，放電管來不及擊穿，衝擊波又繼續前進，併到達電感線圈L3入口，電流流經線圈L3被延時發生遲滯，等到達第三級瞬態二極體時，由於瞬態二極體的響應時間僅1ns，因此它立即被雷電電壓擊穿導通，將防護單元的殘壓鉗位至50V以下，使防雷裝置輸出的雷電壓低於傳感器內電源接口耐壓水平，有效防護了傳感器。瞬態二極體擊穿導通使第三級環路中有電流12。瞬態二極體的殘壓和流過電感L4的電流產生的電壓一起施加在第一級放電管上，該電壓大於第一級放電管的擊穿電壓，使第一級放電管導通，將後續大部分雷電流洩放入地。
[0051]示例性的，電源防雷部分的技術參數如下:
[0052]I)最大持續運行電壓UC=30V。
[0053]2)限制電壓:系統處於工作狀態時，接入防雷器，輸入端用10/200μ s、10KV的模擬雷電波衝擊時，對系統無影響，輸出端測得限制電壓Ub ( 40V。
[0054]3)衝擊通流容量:用波形8/20 μ s的模擬雷電流波衝擊，通流容量大於5ΚΑ。
[0055]4)插損及速率< 0.5db (適用速率:0?100kbps)。
[0056]5)響應時間:小於1ns0
[0057]6)工作及貯存條件:工作溫度:-40°C?+70°C，貯存:-10°C?+40°C、相對溼度不大於80%。
[0058]本實用新型實施例提供的防雷箱防雷電路採用的多級組合防護方式有別一般的多級組合防護電路，主要是根據鐵運標準並針對鐵路電氣化特點和鐵路貨運計量安全檢測設備傳感器特點而設計的。本電路可以耐受10/200雷電波10KV，限制電壓低於傳感器耐受水平，保證了通流容量和限制電壓都滿足標準要求，同時在實際試驗中不影響設備傳輸並能可靠保護傳感器。
[0059]本實用新型實施例提供的多功能防雷箱，適用於鐵路貨運超偏載、軌道衡壓力傳感器響應速度快、適用頻率範圍寬、雷電限制電壓低、通流容量大、插損低等特點的防雷裝置；解決了鐵路貨運超偏載、軌道衡壓力傳感器等軌邊微電子設備在現場應用中出現的雷擊故障問題，保證設備的正常工作，降低維修概率；另外，該多功能智能防雷箱，集多路防雷、AD功能、採集實時顯示和雷擊計數於一體，巡檢人員可定期查看防雷箱是否遭雷擊及雷擊次數，以及各路傳感器的採集狀態，若發現採集狀態不對和立即進行相應檢測並更換相應設備，集成AD單元(高增益、低噪聲、寬頻帶放大電路)，降低傳輸過程中幹擾信號引起的
測量誤差。
[0060]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種鐵路軌邊多功能智能防雷箱，其特徵在於，包括:防雷箱外殼以及固定在所述防雷箱外殼中的防雷電路板； 其中，所述防雷電路板中包括:N個獨立的單路防雷單元、與每一單路防雷單元相連的運放AD單元、分別與所述N個單路防雷單元相連的顯示模塊及與所述顯示模塊相連的電源模塊； 所述防雷箱外殼的兩側還設有供所述N個單路防雷單元與外部線纜連接的通孔。
2.根據權利要求1所述的防雷箱，其特徵在於，所述防雷電路板還包括: 依次連接的雷擊傳感器、計數驅動板及雷擊次數計數器。
3.根據權利要求1所述的防雷箱，其特徵在於，所述單路防雷單元包括:傳感器信號防雷電路與電源防雷電路； 其中，傳感器信號防雷電路包括:依次並聯在正負極的第一放電管與第一瞬態二極體，以及分別連接在正負極且位於所述第一放電管與第一瞬態二極體之間的第一電感與第二電感； 所述電源防雷電路包括:依次並聯在正負極的第二放電管與第二瞬態二極體，分別連接在正負極且位於所述第二放電管與第二瞬態二極體之間的第三電感與第四電感。
【文檔編號】H02H9/04GK203826949SQ201420159778
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】王州龍 申請人:中國鐵道科學研究院, 中國鐵道科學研究院通信信號研究所, 北京市華鐵信息技術開發總公司, 北京銳馳國鐵智能運輸系統工程技術有限公司