專利名稱：實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及深海供電與視頻數據混合傳輸技術，具體涉及同軸電纜供電、數據的載波傳輸和電力纜通訊技術，即實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置。
背景技術：
由于全球經濟和科技的發展，經濟的發展越來越離不開科學技術的進步，經濟發展需要大量利用自然資源，而現代社會經濟的發展對能源和礦產資源的需求日益增長，陸地上有限的資源已經不能夠滿足日后全球經濟的快速發展的需要，科學技術的發展和進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藏的大量豐富的資源，所以海洋資源的開發和利用已經成為世界各國戰略發展的前沿和重點。多年以來，我國在深海海洋領域科學考察裝備已經從引進國外設備到自己研制設備的階段，并且自行研制的設備已經有了長足的進步，一批自行研制的重要深海科學考察設備如深海攝像系統、可視化多管淺鉆等已在大洋上工作進十余載。這些下水作業設備工作方式在傳統上采用數據和視頻通過同軸電纜(為了提高抗拉強度和承受力也可以采用鎧裝同軸電纜)傳輸，對這些下水作業設備供電時，需要采用多節鋰離子電池來實現，但這種工作方式存在工作時間受限制、設備體積過大、電池可靠性差、使用和維護成本高、工作效率低等缺陷，尤其是采用多節鋰離子電池供電時，待電池電量耗盡時，需要重新更換電池才能繼續為水下作業設備進行供電，這樣不但操作不方便，而且費時費力。基于此，迫切的需要本領域技術人員開發出一款可以不間斷對水下設備進行供電、且實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置。該信號分離裝置可以應用于不同領域中，尤其涉及到數據載波傳輸和電力纜通訊技術的結合通過同軸電纜(鎧裝同軸電纜)從甲板向水下傳輸直流電同時在纜上傳輸數據和視頻，這樣就可以省略電池，達到儀器設備工作不受電池的時間限制、 運行可靠、設備體積縮小、使用和維護簡單方便、工作效率提高。
實用新型內容為了克服現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提出一種穩定、高效、可實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置。為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案一種實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其改進之處在于該裝置包括通過同軸電纜相連的兩個信號分離器， 所述兩個信號分離器均包括相互并聯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成的第一級結構、由差分電容構成的第二級結構、由互感耦合電感和耦合電阻構成的第三級結構以及由耦合電容構成的第四級結構，所述第一級結構分別與高頻濾波模塊和第二級結構相連接，所述第三級結構分別與第二級結構和第四級結構相連接，所述第四級結構與同軸電纜相連接。其中，所述第一級結構由兩個差分電感L1、L2并聯而成，兩個差分電感L1、L2均由高磁通環形磁芯和繞制于環形磁芯上相同匝數的漆包線組成。
3[0008]其中，所述第二級結構由兩個差分電容CAPl、CAP2并聯而成，兩個差分電容CAPl、 CAP2由瓷片電容和聚丙烯電容(CBB電容)組成，當差分電容CAPl為瓷片電容時，差分電容 CAP2為聚丙烯電容；當差分電容CAPl為聚丙烯電容時，差分電容CAP2為瓷片電容。其中，所述第三級結構由互感耦合電感L3和耦合電阻Rl并聯而成，所述互感耦合電感L3由環形磁芯和對稱繞制于環形磁芯上相同匝數的互感線圈組成。其中，所述第四級結構由三個耦合電容CAP3、CAP4、CAP5組成，其中兩個耦合電容 CAP4、CAP5相串聯后再與另一耦合電容CAP3相并聯。其中，所述高頻濾波模塊包括由濾波耦合電容構成的第一級結構以及由壓敏電阻和穩態電阻構成的第二級結構，所述第一級結構與第二級結構相并聯，所述第二級結構與低頻濾波耦合模塊相并聯。其中，所述第一級結構由兩個濾波耦合電容CAP6、CAP7并聯而成。其中，所述第二級結構由壓敏電阻VR和穩態電阻R2并聯而成。由于采取以上技術方案，本實用新型具有以下優點1)、本實用新型所述的信號分離裝置主要是把數據耦合加載到直流供電的電力纜上，實現在一根同軸電纜上同時傳輸直流電和視頻數據信號，直流供電電壓可以達到300V、 電流可以達到9A ；2)、本實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分離器裝置的承載力和抗拉力，還可以實現數據的穩定、高效、優質傳輸，即電力同軸纜直流載波通訊。3)、本實用新型的信號分離裝置使用調制解調器將數據信號調制到低頻信號范圍上，以直流電力信號為載體在其上通過耦合加載多路低頻調制數據信號，實現信號與信號、 信號與電力互不干擾的長距離優質傳輸，該裝置可廣泛應用于各種需要將電流和數據信號加載于同一電纜的各種領域中，尤其適用于為深海作業的拖體部分進行不間斷供電。
圖1是電纜加載數據傳輸系統的結構示意圖，其中，1-顯示器，2-視頻解碼卡， 3-甲板工控機，4-甲板供電程控電源，5-調制解調器(ADSL)，6-甲板信號分離器，7-拖體信號分離器，8-調制解調器(ADSL)，9_電源轉換器，10-視頻采集卡，11-水下控制機， 12-深海攝像頭，13-鎧裝同軸電纜；圖2是本實用新型信號分離裝置的結構示意圖；圖3是高頻濾波模塊和低頻濾波耦合模塊的結構示意圖；其中，I-高頻濾波模塊，II-低頻濾波耦合模塊。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的信號分離器作進一步詳細的描述。本例中以該信號分離裝置應用于深海作業為例進行說明。如圖1所示，虛線上方為電纜加載數據傳輸系統的水上部分即甲板部分，虛線下方為電纜加載數據傳輸系統的水下部分即拖體部分，本例中的兩個信號分離器分別為位于水上的甲板信號分離器6和位于水下的拖體信號分離器7，兩個信號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。具體結構連接關系如下深海攝像頭12捕捉視頻模擬信號，由視頻采集卡10轉換為數字視頻信號，并由水下控制機11進行編碼進行網絡傳輸，通過調制解調器5 和8聯通網絡，同時視頻信號由拖體信號分離器7和甲板信號分離器6進行與直流電信號的混合和分離，最終傳輸到甲板部分，進入甲板工控機3網絡，并由視屏解碼卡2解碼，最終海底畫面顯示在顯示器1上。在視頻傳輸的同時網絡上還進行著控制的上下雙方向傳輸， 傳輸遵守IP5的網絡協議。系統工作時，由甲板供電程控電源4采用直流高壓供電，電力經過甲板信號分離器6通過鎧裝同軸電纜13傳送到拖體信號分離器7進入電源轉換器9，給水下拖體部分和外部傳感器供電。該技術涉及到數據載波傳輸和電力纜通訊技術的結合通過電力同軸纜從甲板向水下傳輸直流電同時在纜上傳輸數據和視頻，這樣就可以省略電池，達到儀器設備工作不受電池的時間限制、運行可靠、設備體積縮小、使用和維護簡單方便、工作效率提高。該技術具有下述特點實現本技術的關鍵就是本實用新型所述的信號分離裝置，其包括通過同軸電纜相連接的兩個信號分離器(即圖1中所示的甲板信號分離器6和拖體信號分離器7)，如圖2 所示，兩個信號分離器的基本結構包括高頻濾波模塊I和低頻濾波耦合模塊II。當信號分離器作為甲板信號分離器6時，高頻濾波模塊I的一端接調制解調器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，低頻濾波耦合模塊II主要由高磁通線圈、LC調諧電路和保護電路完成耦合。當信號分離器6作為拖體信號分離器7時，由甲板信號分離器6輸出的信號通過鎧裝同軸電纜13傳遞給本信號分離器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的輸出端與調制解調器8相連，低頻濾波耦合模塊II的輸出端還連接有一電源轉換器9，通過電源轉換器 9將電信號進行轉換后給水下拖體部分和外部傳感器供電。甲板信號分離器6和拖體信號分離器7的內部結構和原理完全相同，僅信號傳輸的過程相反，以甲板信號分離器6的高頻濾波模塊I和低頻濾波耦合模塊II為例進行說明，如圖3所示，高頻濾波模塊I包括第一級濾波耦合電容CAP6、CAP7 ；第二級壓敏電阻VR 和穩態電阻R2，壓敏電阻可以抑制瞬態響應電壓。第一級濾波耦合電容CAP6、CAP7 一端與鎧裝同軸電纜連接，另一端與第二級壓敏電阻VR和穩態電阻R2并聯；穩態電阻R2通過 RJll兩芯接口與調制解調器連接。高頻濾波模塊I，用于阻止低頻干擾，過濾高頻信號，阻隔高壓直流電，高壓直流電與低壓信號隔離。元器件選擇耐高壓、耐高溫、穩定性好的電容和電阻。低頻濾波耦合模塊II包括第一級差分電感Li、L2 ；第二級差分電容CAPl、CAP2 ； 第三級互感耦合電感L3和穩態電阻Rl ；第四級耦合電容CAP3、CAP4、CAP5。第一級差分電感L1、L2由高磁通環形磁芯和相同匝數繞制漆包線組成；第二級差分電容CAP1、CAP2由瓷片電容和聚丙烯電容(CBB電容)組成，S卩當差分電容CAPl為瓷片電容時，差分電容CAP2 為CBB電容；當差分電容CAPl為CBB電容時，差分電容CAP2為瓷片電容；第三級互感耦合電感L3由環形磁芯，環形磁芯上對稱繞制相同匝數互感線圈。第一級差分電感L1、L2的輸入端與高頻濾波模塊和直流電源連接，第一級差分電感Li、L2的輸出端和第二級差分電容CAP1、CAP2的輸入端連接，第二級差分電容CAP1、CAP2的輸出端和第三級互感耦合電感L3 和穩態電阻Rl的輸入端連接，第三級互感耦合電感L3和穩態電阻Rl的輸出端和第四級耦合電容CAP3、CAP4、CAP5的輸入端連接，第四級耦合電容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，用于對低頻信號過濾，阻隔高頻干擾信號。元器件選擇高穩定性、耐高壓的電容、電阻、和漆包線。本實用新型主要利用低頻濾波模塊的電器特性對直流低頻電信號導通而對高頻信號阻隔的特性，本實用新型的信號分離裝置具有工作不受電池的時間限制，運行穩定、高效、可靠，可進行優質傳輸，設備體積縮小，使用和維護簡單方便，工作效率提高等優點。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于該裝置包括通過同軸電纜相連的兩個信號分離器，所述兩個信號分離器均包括相互并聯的高頻濾波模塊和低頻濾波耦合模塊。
2.如權利要求1所述的實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于 所述低頻濾波耦合模塊包括由差分電感構成的第一級結構、由差分電容構成的第二級結構、由互感耦合電感和耦合電阻構成的第三級結構以及由耦合電容構成的第四級結構，所述第一級結構分別與高頻濾波模塊和第二級結構相連接，所述第三級結構分別與第二級結構和第四級結構相連接，所述第四級結構與同軸電纜相連接。
3.如權利要求2所述的實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于 所述第一級結構由兩個差分電感Li、L2并聯而成，兩個差分電感Li、L2均由高磁通環形磁芯和繞制于環形磁芯上相同匝數的漆包線組成。
4.如權利要求2所述的實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于 所述第二級結構由兩個差分電容CAPl、CAP2并聯而成，兩個差分電容CAPl、CAP2由瓷片電容和聚丙烯電容組成，當差分電容CAPl為瓷片電容時，差分電容CAP2為聚丙烯電容；當差分電容CAPl為聚丙烯電容時，差分電容CAP2為瓷片電容。
5.如權利要求2所述的實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于 所述第三級結構由互感耦合電感L3和耦合電阻Rl并聯而成，所述互感耦合電感L3由環形磁芯和對稱繞制于環形磁芯上相同匝數的互感線圈組成。
6.如權利要求2所述的實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于 所述第四級結構由三個耦合電容CAP3、CAP4、CAP5組成，其中兩個耦合電容CAP4、CAP5相串聯后再與另一耦合電容CAP3相并聯。
7.如權利要求1所述的實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于 所述高頻濾波模塊包括由濾波耦合電容構成的第一級結構以及由壓敏電阻和穩態電阻構成的第二級結構，所述第一級結構與第二級結構相并聯，所述第二級結構與低頻濾波耦合模塊相并聯。
8.如權利要求7所述的實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于 所述第一級結構由兩個濾波耦合電容CAP6、CAP7并聯而成。
9.如權利要求7所述的實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于 所述第二級結構由壓敏電阻VR和穩態電阻R2并聯而成。
10.如權利要求1-9任一所述的實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，其特征在于所述同軸電纜采用鎧裝同軸電纜。
專利摘要本實用新型涉及深海供電與視頻數據混合傳輸技術，具體涉及鎧裝同軸電纜供電、數據的載波傳輸和電力纜通訊技術，即實現電流和數據信號同纜傳輸的信號分離裝置，該信號分離器包括相互并聯的高頻濾波模塊和低頻濾波耦合模塊。本實用新型的信號分離器具有穩定、高效，可進行長距離優質傳輸等優點，該信號分離器用于數據載波傳輸和電力纜通訊技術的結合通過電力同軸纜從甲板向水下傳輸直流電同時在纜上傳輸數據和視頻，這樣就可以省略電池，達到儀器設備工作不受電池的時間限制、運行可靠、設備體積縮小、使用和維護簡單方便、工作效率提高。
文檔編號H04B3/54GK201957016SQ201020652448
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者吳宣志, 李云達, 趙金花, 顧玉民, 高磊 申請人:中國地質科學院礦產資源研究所