專利名稱：實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及深海供電與視頻數(shù)據(jù)混合傳輸技術(shù)，具體涉及同軸電纜供電、數(shù)據(jù)的載波傳輸和電力纜通訊技術(shù)，即實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置。
背景技術(shù)：
由于全球經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越離不開科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要大量利用自然資源，而現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源和礦產(chǎn)資源的需求日益增長，陸地上有限的資源已經(jīng)不能夠滿足日后全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展的需要，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步讓人類開始著眼于占地球面積約四分之三面積的海洋及其中蘊(yùn)藏的大量豐富的資源，所以海洋資源的開發(fā)和利用已經(jīng)成為世界各國戰(zhàn)略發(fā)展的前沿和重點(diǎn)。多年以來，我國在深海海洋領(lǐng)域科學(xué)考察裝備已經(jīng)從引進(jìn)國外設(shè)備到自己研制設(shè)備的階段，并且自行研制的設(shè)備已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，一批自行研制的重要深海科學(xué)考察設(shè)備如深海攝像系統(tǒng)、可視化多管淺鉆等已在大洋上工作進(jìn)十余載。這些下水作業(yè)設(shè)備工作方式在傳統(tǒng)上采用數(shù)據(jù)和視頻通過同軸電纜(為了提高抗拉強(qiáng)度和承受力也可以采用鎧裝同軸電纜)傳輸，對(duì)這些下水作業(yè)設(shè)備供電時(shí)，需要采用多節(jié)鋰離子電池來實(shí)現(xiàn)，但這種工作方式存在工作時(shí)間受限制、設(shè)備體積過大、電池可靠性差、使用和維護(hù)成本高、工作效率低等缺陷，尤其是采用多節(jié)鋰離子電池供電時(shí)，待電池電量耗盡時(shí)，需要重新更換電池才能繼續(xù)為水下作業(yè)設(shè)備進(jìn)行供電，這樣不但操作不方便，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力?；诖?，迫切的需要本領(lǐng)域技術(shù)人員開發(fā)出一款可以不間斷對(duì)水下設(shè)備進(jìn)行供電、且實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置。該信號(hào)分離裝置可以應(yīng)用于不同領(lǐng)域中，尤其涉及到數(shù)據(jù)載波傳輸和電力纜通訊技術(shù)的結(jié)合通過同軸電纜(鎧裝同軸電纜)從甲板向水下傳輸直流電同時(shí)在纜上傳輸數(shù)據(jù)和視頻，這樣就可以省略電池，達(dá)到儀器設(shè)備工作不受電池的時(shí)間限制、 運(yùn)行可靠、設(shè)備體積縮小、使用和維護(hù)簡單方便、工作效率提高。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提出一種穩(wěn)定、高效、可實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案一種實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其改進(jìn)之處在于該裝置包括通過同軸電纜相連的兩個(gè)信號(hào)分離器， 所述兩個(gè)信號(hào)分離器均包括相互并聯(lián)的高頻濾波模塊和低頻濾波耦合模塊。其中，所述低頻濾波耦合模塊包括由差分電感構(gòu)成的第一級(jí)結(jié)構(gòu)、由差分電容構(gòu)成的第二級(jí)結(jié)構(gòu)、由互感耦合電感和耦合電阻構(gòu)成的第三級(jí)結(jié)構(gòu)以及由耦合電容構(gòu)成的第四級(jí)結(jié)構(gòu)，所述第一級(jí)結(jié)構(gòu)分別與高頻濾波模塊和第二級(jí)結(jié)構(gòu)相連接，所述第三級(jí)結(jié)構(gòu)分別與第二級(jí)結(jié)構(gòu)和第四級(jí)結(jié)構(gòu)相連接，所述第四級(jí)結(jié)構(gòu)與同軸電纜相連接。其中，所述第一級(jí)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)差分電感L1、L2并聯(lián)而成，兩個(gè)差分電感L1、L2均由高磁通環(huán)形磁芯和繞制于環(huán)形磁芯上相同匝數(shù)的漆包線組成。
3[0008]其中，所述第二級(jí)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)差分電容CAPl、CAP2并聯(lián)而成，兩個(gè)差分電容CAPl、 CAP2由瓷片電容和聚丙烯電容(CBB電容)組成，當(dāng)差分電容CAPl為瓷片電容時(shí)，差分電容 CAP2為聚丙烯電容；當(dāng)差分電容CAPl為聚丙烯電容時(shí)，差分電容CAP2為瓷片電容。其中，所述第三級(jí)結(jié)構(gòu)由互感耦合電感L3和耦合電阻Rl并聯(lián)而成，所述互感耦合電感L3由環(huán)形磁芯和對(duì)稱繞制于環(huán)形磁芯上相同匝數(shù)的互感線圈組成。其中，所述第四級(jí)結(jié)構(gòu)由三個(gè)耦合電容CAP3、CAP4、CAP5組成，其中兩個(gè)耦合電容 CAP4、CAP5相串聯(lián)后再與另一耦合電容CAP3相并聯(lián)。其中，所述高頻濾波模塊包括由濾波耦合電容構(gòu)成的第一級(jí)結(jié)構(gòu)以及由壓敏電阻和穩(wěn)態(tài)電阻構(gòu)成的第二級(jí)結(jié)構(gòu)，所述第一級(jí)結(jié)構(gòu)與第二級(jí)結(jié)構(gòu)相并聯(lián)，所述第二級(jí)結(jié)構(gòu)與低頻濾波耦合模塊相并聯(lián)。其中，所述第一級(jí)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)濾波耦合電容CAP6、CAP7并聯(lián)而成。其中，所述第二級(jí)結(jié)構(gòu)由壓敏電阻VR和穩(wěn)態(tài)電阻R2并聯(lián)而成。由于采取以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1)、本實(shí)用新型所述的信號(hào)分離裝置主要是把數(shù)據(jù)耦合加載到直流供電的電力纜上，實(shí)現(xiàn)在一根同軸電纜上同時(shí)傳輸直流電和視頻數(shù)據(jù)信號(hào)，直流供電電壓可以達(dá)到300V、 電流可以達(dá)到9A ；2)、本實(shí)用新型采用同軸電纜作為傳輸媒介，尤其是采用鎧裝同軸電纜不但提高了該信號(hào)分離器裝置的承載力和抗拉力，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)傳輸，即電力同軸纜直流載波通訊。3)、本實(shí)用新型的信號(hào)分離裝置使用調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到低頻信號(hào)范圍上，以直流電力信號(hào)為載體在其上通過耦合加載多路低頻調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)與信號(hào)、 信號(hào)與電力互不干擾的長距離優(yōu)質(zhì)傳輸，該裝置可廣泛應(yīng)用于各種需要將電流和數(shù)據(jù)信號(hào)加載于同一電纜的各種領(lǐng)域中，尤其適用于為深海作業(yè)的拖體部分進(jìn)行不間斷供電。

圖1是電纜加載數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1-顯示器，2-視頻解碼卡， 3-甲板工控機(jī)，4-甲板供電程控電源，5-調(diào)制解調(diào)器(ADSL)，6-甲板信號(hào)分離器，7-拖體信號(hào)分離器，8-調(diào)制解調(diào)器(ADSL)，9_電源轉(zhuǎn)換器，10-視頻采集卡，11-水下控制機(jī)， 12-深海攝像頭，13-鎧裝同軸電纜；圖2是本實(shí)用新型信號(hào)分離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是高頻濾波模塊和低頻濾波耦合模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I-高頻濾波模塊，II-低頻濾波耦合模塊。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的信號(hào)分離器作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本例中以該信號(hào)分離裝置應(yīng)用于深海作業(yè)為例進(jìn)行說明。如圖1所示，虛線上方為電纜加載數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的水上部分即甲板部分，虛線下方為電纜加載數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的水下部分即拖體部分，本例中的兩個(gè)信號(hào)分離器分別為位于水上的甲板信號(hào)分離器6和位于水下的拖體信號(hào)分離器7，兩個(gè)信號(hào)分離器之間可以采用同軸電纜連接，本例中以采用鎧裝同軸電纜13為佳。具體結(jié)構(gòu)連接關(guān)系如下深海攝像頭12捕捉視頻模擬信號(hào)，由視頻采集卡10轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)，并由水下控制機(jī)11進(jìn)行編碼進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，通過調(diào)制解調(diào)器5 和8聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)視頻信號(hào)由拖體信號(hào)分離器7和甲板信號(hào)分離器6進(jìn)行與直流電信號(hào)的混合和分離，最終傳輸?shù)郊装宀糠?，進(jìn)入甲板工控機(jī)3網(wǎng)絡(luò)，并由視屏解碼卡2解碼，最終海底畫面顯示在顯示器1上。在視頻傳輸?shù)耐瑫r(shí)網(wǎng)絡(luò)上還進(jìn)行著控制的上下雙方向傳輸， 傳輸遵守IP5的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。系統(tǒng)工作時(shí)，由甲板供電程控電源4采用直流高壓供電，電力經(jīng)過甲板信號(hào)分離器6通過鎧裝同軸電纜13傳送到拖體信號(hào)分離器7進(jìn)入電源轉(zhuǎn)換器9，給水下拖體部分和外部傳感器供電。該技術(shù)涉及到數(shù)據(jù)載波傳輸和電力纜通訊技術(shù)的結(jié)合通過電力同軸纜從甲板向水下傳輸直流電同時(shí)在纜上傳輸數(shù)據(jù)和視頻，這樣就可以省略電池，達(dá)到儀器設(shè)備工作不受電池的時(shí)間限制、運(yùn)行可靠、設(shè)備體積縮小、使用和維護(hù)簡單方便、工作效率提高。該技術(shù)具有下述特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的關(guān)鍵就是本實(shí)用新型所述的信號(hào)分離裝置，其包括通過同軸電纜相連接的兩個(gè)信號(hào)分離器(即圖1中所示的甲板信號(hào)分離器6和拖體信號(hào)分離器7)，如圖2 所示，兩個(gè)信號(hào)分離器的基本結(jié)構(gòu)包括高頻濾波模塊I和低頻濾波耦合模塊II。當(dāng)信號(hào)分離器作為甲板信號(hào)分離器6時(shí)，高頻濾波模塊I的一端接調(diào)制解調(diào)器5、其另一端接低頻濾波耦合模塊Π的輸入端，高頻濾波模塊I主要由濾波電容組成。低頻濾波耦合模塊II輸入端接供電電源模塊、其另一端接鎧裝同軸電纜13。低頻濾波耦合模塊II的末端輸出的就是電力和視屏耦合后的信號(hào)，低頻濾波耦合模塊II主要由高磁通線圈、LC調(diào)諧電路和保護(hù)電路完成耦合。當(dāng)信號(hào)分離器6作為拖體信號(hào)分離器7時(shí)，由甲板信號(hào)分離器6輸出的信號(hào)通過鎧裝同軸電纜13傳遞給本信號(hào)分離器7中的低頻濾波耦合模塊II的輸入端，低頻濾波耦合模塊II的輸出端與高頻濾波模塊I的輸入端連接，高頻濾波模塊I的輸出端與調(diào)制解調(diào)器8相連，低頻濾波耦合模塊II的輸出端還連接有一電源轉(zhuǎn)換器9，通過電源轉(zhuǎn)換器 9將電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后給水下拖體部分和外部傳感器供電。甲板信號(hào)分離器6和拖體信號(hào)分離器7的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理完全相同，僅信號(hào)傳輸?shù)倪^程相反，以甲板信號(hào)分離器6的高頻濾波模塊I和低頻濾波耦合模塊II為例進(jìn)行說明，如圖3所示，高頻濾波模塊I包括第一級(jí)濾波耦合電容CAP6、CAP7 ；第二級(jí)壓敏電阻VR 和穩(wěn)態(tài)電阻R2，壓敏電阻可以抑制瞬態(tài)響應(yīng)電壓。第一級(jí)濾波耦合電容CAP6、CAP7 一端與鎧裝同軸電纜連接，另一端與第二級(jí)壓敏電阻VR和穩(wěn)態(tài)電阻R2并聯(lián)；穩(wěn)態(tài)電阻R2通過 RJll兩芯接口與調(diào)制解調(diào)器連接。高頻濾波模塊I，用于阻止低頻干擾，過濾高頻信號(hào)，阻隔高壓直流電，高壓直流電與低壓信號(hào)隔離。元器件選擇耐高壓、耐高溫、穩(wěn)定性好的電容和電阻。低頻濾波耦合模塊II包括第一級(jí)差分電感Li、L2 ；第二級(jí)差分電容CAPl、CAP2 ； 第三級(jí)互感耦合電感L3和穩(wěn)態(tài)電阻Rl ；第四級(jí)耦合電容CAP3、CAP4、CAP5。第一級(jí)差分電感L1、L2由高磁通環(huán)形磁芯和相同匝數(shù)繞制漆包線組成；第二級(jí)差分電容CAP1、CAP2由瓷片電容和聚丙烯電容(CBB電容)組成，S卩當(dāng)差分電容CAPl為瓷片電容時(shí)，差分電容CAP2 為CBB電容；當(dāng)差分電容CAPl為CBB電容時(shí)，差分電容CAP2為瓷片電容；第三級(jí)互感耦合電感L3由環(huán)形磁芯，環(huán)形磁芯上對(duì)稱繞制相同匝數(shù)互感線圈。第一級(jí)差分電感L1、L2的輸入端與高頻濾波模塊和直流電源連接，第一級(jí)差分電感Li、L2的輸出端和第二級(jí)差分電容CAP1、CAP2的輸入端連接，第二級(jí)差分電容CAP1、CAP2的輸出端和第三級(jí)互感耦合電感L3 和穩(wěn)態(tài)電阻Rl的輸入端連接，第三級(jí)互感耦合電感L3和穩(wěn)態(tài)電阻Rl的輸出端和第四級(jí)耦合電容CAP3、CAP4、CAP5的輸入端連接，第四級(jí)耦合電容CAP3、CAP4、CAP5的輸出端和鎧裝同軸電纜連接，CAP4和CAP5的另一端接地。低頻濾波耦合模塊II，用于對(duì)低頻信號(hào)過濾，阻隔高頻干擾信號(hào)。元器件選擇高穩(wěn)定性、耐高壓的電容、電阻、和漆包線。本實(shí)用新型主要利用低頻濾波模塊的電器特性對(duì)直流低頻電信號(hào)導(dǎo)通而對(duì)高頻信號(hào)阻隔的特性，本實(shí)用新型的信號(hào)分離裝置具有工作不受電池的時(shí)間限制，運(yùn)行穩(wěn)定、高效、可靠，可進(jìn)行優(yōu)質(zhì)傳輸，設(shè)備體積縮小，使用和維護(hù)簡單方便，工作效率提高等優(yōu)點(diǎn)。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于該裝置包括通過同軸電纜相連的兩個(gè)信號(hào)分離器，所述兩個(gè)信號(hào)分離器均包括相互并聯(lián)的高頻濾波模塊和低頻濾波耦合模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于 所述低頻濾波耦合模塊包括由差分電感構(gòu)成的第一級(jí)結(jié)構(gòu)、由差分電容構(gòu)成的第二級(jí)結(jié)構(gòu)、由互感耦合電感和耦合電阻構(gòu)成的第三級(jí)結(jié)構(gòu)以及由耦合電容構(gòu)成的第四級(jí)結(jié)構(gòu)，所述第一級(jí)結(jié)構(gòu)分別與高頻濾波模塊和第二級(jí)結(jié)構(gòu)相連接，所述第三級(jí)結(jié)構(gòu)分別與第二級(jí)結(jié)構(gòu)和第四級(jí)結(jié)構(gòu)相連接，所述第四級(jí)結(jié)構(gòu)與同軸電纜相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于 所述第一級(jí)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)差分電感Li、L2并聯(lián)而成，兩個(gè)差分電感Li、L2均由高磁通環(huán)形磁芯和繞制于環(huán)形磁芯上相同匝數(shù)的漆包線組成。
4.如權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于 所述第二級(jí)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)差分電容CAPl、CAP2并聯(lián)而成，兩個(gè)差分電容CAPl、CAP2由瓷片電容和聚丙烯電容組成，當(dāng)差分電容CAPl為瓷片電容時(shí)，差分電容CAP2為聚丙烯電容；當(dāng)差分電容CAPl為聚丙烯電容時(shí)，差分電容CAP2為瓷片電容。
5.如權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于 所述第三級(jí)結(jié)構(gòu)由互感耦合電感L3和耦合電阻Rl并聯(lián)而成，所述互感耦合電感L3由環(huán)形磁芯和對(duì)稱繞制于環(huán)形磁芯上相同匝數(shù)的互感線圈組成。
6.如權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于 所述第四級(jí)結(jié)構(gòu)由三個(gè)耦合電容CAP3、CAP4、CAP5組成，其中兩個(gè)耦合電容CAP4、CAP5相串聯(lián)后再與另一耦合電容CAP3相并聯(lián)。
7.如權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于 所述高頻濾波模塊包括由濾波耦合電容構(gòu)成的第一級(jí)結(jié)構(gòu)以及由壓敏電阻和穩(wěn)態(tài)電阻構(gòu)成的第二級(jí)結(jié)構(gòu)，所述第一級(jí)結(jié)構(gòu)與第二級(jí)結(jié)構(gòu)相并聯(lián)，所述第二級(jí)結(jié)構(gòu)與低頻濾波耦合模塊相并聯(lián)。
8.如權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于 所述第一級(jí)結(jié)構(gòu)由兩個(gè)濾波耦合電容CAP6、CAP7并聯(lián)而成。
9.如權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于 所述第二級(jí)結(jié)構(gòu)由壓敏電阻VR和穩(wěn)態(tài)電阻R2并聯(lián)而成。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述的實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，其特征在于所述同軸電纜采用鎧裝同軸電纜。
專利摘要本實(shí)用新型涉及深海供電與視頻數(shù)據(jù)混合傳輸技術(shù)，具體涉及鎧裝同軸電纜供電、數(shù)據(jù)的載波傳輸和電力纜通訊技術(shù)，即實(shí)現(xiàn)電流和數(shù)據(jù)信號(hào)同纜傳輸?shù)男盘?hào)分離裝置，該信號(hào)分離器包括相互并聯(lián)的高頻濾波模塊和低頻濾波耦合模塊。本實(shí)用新型的信號(hào)分離器具有穩(wěn)定、高效，可進(jìn)行長距離優(yōu)質(zhì)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，該信號(hào)分離器用于數(shù)據(jù)載波傳輸和電力纜通訊技術(shù)的結(jié)合通過電力同軸纜從甲板向水下傳輸直流電同時(shí)在纜上傳輸數(shù)據(jù)和視頻，這樣就可以省略電池，達(dá)到儀器設(shè)備工作不受電池的時(shí)間限制、運(yùn)行可靠、設(shè)備體積縮小、使用和維護(hù)簡單方便、工作效率提高。
文檔編號(hào)H04B3/54GK201957016SQ201020652448
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者吳宣志, 李云達(dá), 趙金花, 顧玉民, 高磊 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所