具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器的製作方法

2023-05-05 20:59:21 1

專利名稱：具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信領域，尤其是涉及一種應用於漏洩通信系統的雙向中繼器。
背景技術：
漏洩通信系統目前仍為國內外礦山井下無線通信的基本手段。它是將一條外導體開口的特殊的同軸電纜一漏洩電纜代替天線，將電磁波引向井下巷道，從而實現地面井下一體化的超短波調頻通信，即井下無線對講系統。漏洩通信系統一旦在某礦山組建，由於其操作簡單便捷、聲音清晰洪亮、沒有任何延時、沒有通信盲區等特點，往往很快成為井下運輸調度、井筒聯絡、設備檢修、安全檢查等各部門不可或缺的通信手段。在漏洩通信系統中，凡漏洩電纜所到之處，即該系統的通信覆蓋範圍。為使系統通信能覆蓋全礦，需要不斷延伸漏洩電纜的長度。由於射頻信號在電纜中遠距離傳輸將帶來損耗，為彌補這種傳輸損耗，要求每隔一定距離插入一個中繼放大器。一個基本雙向中繼放大器的電路組成如圖I所示，包括下行放大器，上行放大器，定向耦合器I，定向耦合器II以及為放大器供電的上行穩壓器和下行穩壓器。上行穩壓器與上行放大器連接，下行穩壓器與下行放大器連接；定向耦合器I與下行放大器輸入端及上行放大器輸出端連接，定向耦合器II及上行放大器輸入端和下行放大器輸出端連接，雙向中繼器的輸入與輸出端之間包括直流供電通道。其中，下行放大器用於放大從基地臺到井下手持機的下行信號，上行放大器用於放大從手持機到基地臺的上行信號，兩個定向耦合器使兩路放大電路既能同時工作又互不影響。為便於隔離，上下鏈路的工作頻率相隔了17MHz O來自基臺的射頻信號通過漏洩電纜從A端進入中繼器，經過定向耦合器II耦合到下行放大器輸入端，放大後經定向耦合器I從B端耦合到漏洩電纜，引向巷道遠端。而由B端來的上行信號則經定向耦合器I耦合到上行放大器輸入端，放大後經定向耦合器II從A端通過漏洩電纜送往基臺。從而完成了同時放大上、下行兩路不同頻率的信號的功能。圖中虛線部分是其直流供電通道，通過兩個扼流電感與交流通道相互隔離，實線部分為射頻通道。為提高上下鏈路的隔離度，上下行放大器分別由兩個穩壓器供電。實際操作中，很多礦山經常因放炮等原因造成電纜內外導體短路，短路後由於所有中繼器同時失去工作電壓，要查清那一段電纜發生故障十分費時費力，維護部門將因此承受很大的檢修壓力，而一旦系統癱瘓，將嚴重影響生產效率，甚至導致局部停工。中繼放大器為有源通信設備，需要直流供電。為避免對井下每個中繼器單獨供電所帶來的繁瑣，在漏洩通信系統中，中繼放大器通常都利用電纜的芯線和屏蔽層實現直流串聯供電。這種供電方式大大降低了系統的成本，但在另一方面，這種供電方式也帶來系統一處電纜發生短路故障，就會造成全網因斷電而癱瘓的困擾。
發明內容為解決上述問題，本實用新型提供一種具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器，通過持續監測輸出電壓判斷後續電纜是否短路，從而控制電子開關，實現自動斷開後續電纜及自動恢復功能，並驅動故障報警指示，以達到弱化電纜短路故障的效果。本實用新型所稱斷尾即為中繼器斷開後續故障電纜連接。通過斷尾操作，能夠保證故障點前面的中繼器和其他分支的網絡正常工作。為了達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案包括上行放大器，下行放大器，定向耦合器I，定向耦合器II，與上行放大器連接的上行穩壓器和與下行放大器連接的下行穩壓器，所述定向耦合器I與下行放大器輸入端及上行放大器輸出端連接，所述定向耦合器II及上行放大器輸入端和下行放大器輸出端連接，雙向中繼器的輸入與輸出端之間包括直流供電通道，還包括輸出電壓取樣電路，CPU,場效應管，控制電路以及為CPU連接的穩壓器，輸出電壓取樣電路與中繼器輸出端連接，所述場效應管設置在中繼器的直流通道中，所述CPU與輸出電壓取樣電路連接，CPU與場效應管之間通過控制電路連接。作為改進，還包括輸入電壓取樣電路，所述輸入電壓取樣電路與CPU連接。作為改進，還包括與上行放大器輸出端連接的上行電平檢測電路，以及與下行放大器輸出端連接的下行電平檢測電路，所述上行電平檢測電路和下行電平檢測電路分別與CPU相連接。作為改進，還包括與CPU相連的LED指示燈。作為優選，所述LED指示燈包括故障指示燈，電源指示燈，上行電平指示燈和下行電平指示燈。作為改進，還包括與定向耦合器II連接的可變衰減器。本實用新型提供的雙向中繼器與現有技術相比，具有以下有益效果I.能夠在電纜某處發生短路後，自動斷開故障點之後的電纜，保證前續中繼器和其他分支網絡正常工作，並能通過亮起中繼器面板上的LED故障指示燈對發生故障的電纜加以指示；還能在電纜修復好之後自動接通原故障點之後的電纜，恢復整個系統的正常運轉。2.能夠監測中繼器的供電電壓，並通過亮滅相應指示燈對供電電壓狀況加以指
/Jn ο3.能夠監測上、下行射頻電平，並通過亮滅相應指示燈對上、下行射頻電平狀況加以指示。4.能靈活適應不同的漏洩電纜長度。

圖I為現有技術中的雙向中繼器的結構示意圖；圖2為具有斷開故障點功能的雙向中繼器的的結構示意圖；圖3為兩個雙向中繼器在漏洩通信系統中的連接圖；圖4為增加監測輸入電壓功能的雙向中繼器的的結構示意圖；圖5為增加監測上下行射頻電平功能的雙向中繼器的的結構示意圖.。
具體實施方式
[0025]
以下結合附圖和具體實施方式
，進一步闡明本實用新型，應理解下述具體實施方式
僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語「前」、「後」、「左」、「右」、「上」和「下」指的是附圖中的方向，詞語「內」和「外」分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向。如圖2所示，本實用新型提供的具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器，在基本雙向中繼器的基礎上，增加了與雙向中繼器輸出端相連的輸出電壓取樣電路以及一片控制板。控制板的核心器件是一片CPU，它內含A/D變換器、模擬比較器以及與CPU連接的穩壓器等資源，輸出電壓取樣電路能夠獲得中繼器輸出端的電壓並傳送給CPU，穩壓器與上行放大器連接並為CPU供電。圖中實線為交流通道，虛線為直流通道。要使得電纜短路時，不影響後續網絡，則中繼器的供電電源必須具有短路保護和自恢復功能。 由於中繼器要求能通過IA以上的直流電流以供後續中繼器工作，所以要切斷後續電路通常考慮採用繼電器。繼電器的吸合需要一定的能量，而串聯供電的中繼器則要求功耗越小越好。否則，電流的增大將導致漏洩電纜上直流壓降過快，以致最後面的中繼器因欠壓而不能正常工作。超低導通電阻的場效應管解決了上述矛盾它的高輸入阻抗決定了其導通不需消耗電能，而其極低的導通電阻(小於20πιΩ )決定了其導通時不會產生明顯的電壓降。(通過IA電流時壓降不超過20mV)。因此本實用新型還在中繼器直流通道內設置了一個導通電阻極低的場效應管作為電子開關，在本文中，也可稱為斷尾開關。電子開關通過控制電路連接CPU，CPU根據獲得的中繼器輸出端電壓發送相應信號給控制電路用以控制場效應管的導通、截止，實現中繼器後續電纜短路時的自動斷開功能。控制電路為三極體或其他業內常規簡單控制元件。本實用新型提供的中繼器在斷開後續電纜的基礎上，通過場效應管保證其前面的中繼器和其他分支的網絡正常工作。作為優選，中繼器面板上設置一個與CPU連接的LED故障指示燈，在電子開關截止時CPU控制故障指示燈亮起，導通時CPU控制故障指示燈熄滅，用於指示故障點的位置。實際應用中，漏洩通信系統中的雙向中繼器為多個，接下來以兩個相鄰的中繼器在漏洩電纜發生短路故障時的工作狀態為例說明在漏洩電纜發生短路故障時，中繼器通過電子開關斷開、恢復的過程。如圖3所示的兩個相鄰的中繼器Z1、Z2，當系統正常工作時，中繼器Z1、Z2的電子開關均處於導通狀態，主幹線始端直流電壓為18V，每過一個中繼器，直流電壓會因電纜上的直流壓降而有所降低。但不低於12V (中繼器最低允許工作電壓)。若中繼器Z2後續電纜於C處發生短路時，系統整條主幹線直流電壓將被拉到0V。供電電源處於短路保護狀態。此時，Z1、Z2等所有中繼器均被斷電，它們的電子開關均進入截止狀態。由於供電電源具有自恢復功能，當中繼器Zl、Z2的電子開關截止後，短路點已被隔離，於是供電電源恢復供電。當中繼器Zl加電時，Z2尚未加電，Z2的電子開關也未導通。因而Zl之後的負荷相當於開路。其輸出電壓取樣電路獲得的電壓接近18V，於是由CPU控制將電子開關接通，將18V電壓送到中繼器Z2。當中繼器Z2加電時，由於其後續電纜A處仍處於短路狀態，所以Z2的輸出電壓取樣電路獲得的是OV電壓，於是CPU控制其電子開關保持截止狀態。並點亮其故障指示燈，指示出中繼器Z2之後的電纜發生了故障。這樣，故障點C之後的網絡已經斷電而停止工作,而C點之前的中繼器Z2截止，ZI及Zl之前的通信電纜則仍保持正常工作狀態，實現了電纜短路故障的弱化。中繼器Z2處於斷尾保護狀態後，CPU將繼續監測其輸出電壓。一旦發現電壓升高，即短路故障排除，將立即通過控制電路接通電子開關，恢復全系統的正常工作。作為一種改進方案，本實用新型還可在中繼器的輸入端連接輸入電壓取樣電路，如圖4所示，所述輸入電壓取樣電路還與CPU連接，以使CPU監測輸入直流供電電壓正常或欠壓，並可進一步通過與CPU連接的電源指示燈對供電電壓狀況加以指示。作為改進，還可在中繼器中增加分別與CPU連接的上、下行電平檢測電路用於檢 測上下行信號電平，並通過中繼器面板上的LED指示燈顯示上述內容。如圖5所示，與上行放大器輸出端相連的上行電平檢測電路為CPU中的A/D變換器提供與上行信號強度相關的直流電壓，當測得上行射頻電平>某一設定好的閾值時，通過點亮與CPU連接的上行電平指示燈指示上行射頻信號的強度；與下行放大器輸出端相連的下行電平檢測電路為CPU中的A/D變換器提供與下行信號強度相關的直流電壓，當測得下行射頻電平>閾值某一設定好的閾值時，通過點亮與CPU連接的下行電平指示燈指示下行射頻信號的強度。此外，為了使本雙向中繼器能靈活適應不同的漏洩電纜長度，還在定向耦合器II與中繼器輸入端之間增加了可變衰減器。本實用新型提供的雙向中繼器工作時，能夠實現已有的中繼器基本功能，來自基臺的射頻信號通過漏洩電纜從A端進入中繼器，經過定向耦合器II耦合到下行放大器輸入端，放大後經定向耦合器I從B端耦合到漏洩電纜，引向巷道遠端。而由B端來的上行信號則經定向耦合器I耦合到上行放大器輸入端，放大後經定向耦合器II從A端通過漏洩電纜送往基臺。從而完成了同時放大上、下行兩路不同頻率的信號的功能。圖中虛線部分是其直流供電通道，通過兩個扼流電感與交流通道相互隔離，實線部分為射頻通道。本雙向中繼器中CPU的總體控制過程如下(I) CPU通過輸出取樣電路監測輸出直流電壓，當輸出直流電壓斷開臨界值時，執行步驟(5)，本例中斷開臨界值設為9V;(2) CPU發出信號切斷電子開關，並點亮中繼器面板上的LED故障指示燈；(3)在電子開關斷開狀態下,CPU繼續監測輸出電壓，當輸出電壓升聞時，例如輸出電壓為IV時，轉入步驟(4)，否則繼續執行步驟(3)；(4) CPU發出信號立即接通電子開關，熄滅故障指示燈，恢復全系統的正常工作。(5) CPU通過輸入取樣電路監測輸入直流電壓，當輸入電壓 12V時，電源指示燈常亮。其中12V為中繼器最低允許工作電壓，該電壓值在CPU中預先設定。(6)CPU通過上、下行電平檢測電路獲得上、下行射頻電平，當下行射頻電平彡閾值時，中繼器面板上的下行電平指示燈亮起；當上行射頻電平>閾值時，中繼器面板上的上行電平指不燈売起。
權利要求1.一種具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器，包括上行放大器，下行放大器，定向耦合器I，定向耦合器II，與上行放大器連接的上行穩壓器和與下行放大器連接的下行穩壓器，所述定向耦合器I與下行放大器輸入端及上行放大器輸出端連接，所述定向耦合器II及上行放大器輸入端和下行放大器輸出端連接，雙向中繼器的輸入與輸出端之間包括直流供電通道，其特徵在於還包括輸出電壓取樣電路，CPU，場效應管，控制電路以及與CPU連接的穩壓器，輸出電壓取樣電路與中繼器輸出端連接，所述場效應管設置在中繼器的直流通道中，所述CPU與輸出電壓取樣電路連接，CPU與場效應管之間通過控制電路連接。
2.根據權利要求I所述的具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器，其特徵在於還包括輸入電壓取樣電路，所述輸入電壓取樣電路與CPU連接。
3.根據權利要求I所述的具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器，其特徵在於還包括與上行放大器輸出端連接的上行電平檢測電路，以及與下行放大器輸出端連接的下行電平檢測電路，所述上行電平檢測電路和下行電平檢測電路分別與CPU相連接。
4.根據權利要求I 3中任意一項權利要求所述的具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器，其特徵在於還包括與定向耦合器II連接的可變衰減器。
5.根據權利要求I 3中任意一項權利要求所述的具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器，其特徵在於還包括與CPU相連的LED指示燈。
6.根據權利要求5所述的具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器，其特徵在於所述LED指示燈包括故障指示燈，電源指示燈，上行電平指示燈和下行電平指示燈。
專利摘要本實用新型提供一種具有自動斷尾和恢復功能的雙向中繼器，通過持續監測輸出電壓判斷後續電纜是否短路，從而控制電子開關，實現自動斷開後續電纜及自動恢復功能，並驅動故障報警指示，以達到弱化電纜短路故障的效果。本實用新型公開的雙向中繼器，包括上行放大器，下行放大器，定向耦合器Ⅰ，定向耦合器Ⅱ，與上行放大器連接的上行穩壓器和與下行放大器連接的下行穩壓器，所述定向耦合器Ⅰ與下行放大器輸入端及上行放大器輸出端連接，所述定向耦合器Ⅱ及上行放大器輸入端和下行放大器輸出端連接，雙向中繼器的輸入與輸出端之間包括直流供電通道，還包括輸出電壓取樣電路，CPU，場效應管，控制電路以及與CPU連接的穩壓器。
文檔編號H04B7/15GK202798715SQ20122016984
公開日2013年3月13日 申請日期2012年4月20日 優先權日2012年4月20日
發明者沈繼三, 蘭寧, 何煦春, 唐永德, 姜軍, 餘波, 艾寧 申請人:南京礦通科技有限公司