一种铁路轨边多功能智能防雷箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种铁路轨边多功能智能防雷箱，包括：防雷箱外壳以及固定在所述防雷箱外壳中的防雷电路板；其中，所述防雷电路板中包括：N个独立的单路防雷单元、与每一单路防雷单元相连的运放AD单元、分别与所述N个单路防雷单元相连的显示模块及与所述显示模块相连的电源模块；所述防雷箱外壳的两侧还设有供所述N个单路防雷单元与外部线缆连接的通孔。通过采用本实用新型公开的防雷箱保证了设备的正常工作，降低了维修概率。
【专利说明】一种铁路轨边多功能智能防雷箱
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及防雷【技术领域】，尤其涉及一种铁路轨边多功能智能防雷箱。
【背景技术】
[0002]铁路货运超偏载、轨道衡的压力传感器都安装在铁道线路上，通过线缆与室内采集系统连接，传感器等经常出现因雷击导致的设备损坏，大部分站点原来都安装过防雷保护装置，但效果甚微，一方面造成了巨大的经济损失，另一方面导致了安全隐患。主要原因:防雷电路结构及参数不合理，有的防雷保护装置未动作而传感器遭雷击损坏；有的防雷装置动作，但不能保证其防护水平值小于被防护设备耐冲击水平值，造成设备接口过电压损坏；有的通流容量太小，一旦雷击感应电流稍大，防护装置被打坏。
[0003]目前，现场对该类传感器大多采用单个模块防护，需要安装很多个模块，安装不便且容易混乱，且只有单一的防雷功能，没有电压采集实时显示和雷击计数功能；此外，现有超偏载、轨道衡设备都采用轨边传感器得到的都为低电压信号，电压只有几毫伏，通过长电缆长距离传输到室内采集单元进行数据采集，必然会造成一定的测量误差。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种铁路轨边多功能智能防雷箱，保证了设备的正常工作，降低了维修概率。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]—种铁路轨边多功能智能防雷箱，包括:防雷箱外壳以及固定在所述防雷箱外壳中的防雷电路板；
[0007]其中，所述防雷电路板中包括:N个独立的单路防雷单元、与每一单路防雷单元相连的运放AD单元、分别与所述N个单路防雷单元相连的显示模块及与所述显示模块相连的电源模块；
[0008]所述防雷箱外壳的两侧还设有供所述N个单路防雷单元与外部线缆连接的通孔。
[0009]进一步的，所述防雷电路板还包括:
[0010]依次连接的雷击传感器、计数驱动板及雷击次数计数器。
[0011]进一步的，所述单路防雷单元包括:传感器信号防雷电路与电源防雷电路；
[0012]其中，传感器信号防雷电路包括:依次并联在正负极的第一放电管与第一瞬态二极管，以及分别连接在正负极且位于所述第一放电管与第一瞬态二极管之间的第一电感与第二电感；
[0013]所述电源防雷电路包括:依次并联在正负极的第二放电管与第二瞬态二极管，分别连接在正负极且位于所述第二放电管与第二瞬态二极管之间的第三电感与第四电感。
[0014]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，铁路轨边多功能智能防雷箱，适用于铁路货运超偏载、轨道衡压力传感器响应速度快、适用频率范围宽、雷电限制电压低、通流容量大、插损低等特点的防雷装置；解决了铁路货运超偏载、轨道衡压力传感器等轨边微电子设备在现场应用中出现的雷击故障问题，保证设备的正常工作，降低维修概率；另外，该多功能智能防雷箱，集多路防雷、运放(AD)功能、采集实时显示和雷击计数于一体，巡检人员可定期查看防雷箱是否遭雷击及雷击次数，以及各路传感器的采集状态，若发现采集状态不对可立即进行相应检测并更换相应设备，集成运放AD单元(高增益、低噪声、宽频带放大电路)，降低传输过程中干扰信号引起的测量误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0016]图1为本实用新型实施例一提供的一种铁路轨边多功能智能防雷箱中防雷电路板的结构示意图；
[0017]图2为本实用新型实施例一提供的一种包含6个独立单路防雷单元的防雷电路板的结构不意图；
[0018]图3为本实用新型实施例一提供的一种单路防雷单元配置结构示意图；
[0019]图4为本实用新型实施例一提供的一种传感器信号防雷电路的示意图；
[0020]图5为本实用新型实施例一提供的一种电源防雷电路的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0022]实施例一
[0023]本实用新型实施例一提供一种铁路轨边多功能智能防雷箱，其主要包括:
[0024]防雷箱外壳以及固定在所述防雷箱外壳中的防雷电路板；
[0025]其中，所述防雷电路板如图1所示，主要包括:N个独立的单路防雷单元、与每一单路防雷单元相连的运放AD单元、分别与所述N个单路防雷单元相连的显示模块及与所述显不模块相连的电源模块；
[0026]所述防雷箱外壳的两侧还设有供所述N个单路防雷单元与外部线缆连接的通孔。
[0027]进一步的，所述防雷电路板还包括:
[0028]依次连接的雷击传感器、计数驱动板及雷击次数计数器。
[0029]进一步的，所述单路防雷单元包括:传感器信号防雷电路与电源防雷电路；
[0030]其中，传感器信号防雷电路包括:依次并联在正负极的第一放电管与第一瞬态二极管，以及分别连接在正负极且位于所述第一放电管与第一瞬态二极管之间的第一电感与第二电感；
[0031]所述电源防雷电路包括:依次并联在正负极的第二放电管与第二瞬态二极管，分别连接在正负极且位于所述第二放电管与第二瞬态二极管之间的第三电感与第四电感。[0032]为了便于说明，下面以6个独立单路防雷单元为例并结合附图2-5对本实用新型做进一步说明。
[0033]如图2所示，防雷电路板中集成了 6个独立的单路防雷单元及对应的AD单元，每一单路防雷单元均可通过防雷箱外壳侧面的通孔与外部线缆连接；每一单路防雷均与显示模块(可以显示O?20mv采集电压)连接，所述显示模块通过选择通过开关来选择显示某一单路防雷单元的采集电压，所述显示模块由电路板中的电源模块供电。
[0034]示例性的，防雷箱外壳可以为铁质防水箱体，尺寸为25*20*9 (单位cm)，进出线孔尺寸为20mm，整体防雷电路板尺寸为22*16 (单位cm)。
[0035]本实用新型实施例中，每一单路防雷单元均可实现传感器信号与电源防雷，配置结构示意图可参见图3。
[0036]传感器信号防雷部分频率范围较宽，即要保证测量传感电压信号可靠传输，保证耐受很高的通流和冲击电压，还要保证很低的限制电压(低于传感器接口过压耐受水平)，防护采用二级防护电路。第一级采用气体放电管，它的响应时间较长，为200ns，雷电冲击承受能力较强，大于5kA (8/20 μ s波形)。第二极采用瞬态二极管，它们的响应时间最快为1ns，雷电冲击承受能力上百A (8/20ys波形)。每级电路用电感或电阻进行隔离，使得二极防护有明确的分界。
[0037]其线路图如图4所示，包括:并联在正负极的第一放电管Gl与第一瞬态二极管D1，以及分别连接在正负极且位于所述第一放电管与第一瞬态二极管之间的第一电感LI与第二电感L2。
[0038]示例性的，其工作时的原理如下:第一级防护采用3R-90气体放电管，它的响应时间较长，为200ns，雷电冲击承受能力较强，大于5kA(8/20y s波形)。第二极采用瞬态二极管1.5KE6.8CA，它们的响应时间最快为1ns，雷电冲击承受能力200A (8/20 μ s波形)。每级电路用114uH电感线圈进行隔离，有非常使得二极防护有明确的分界，使通过瞬态二极管中的电流在小于其最大冲击承受电流之前，前级放电管可靠放电。
[0039]以一路为例，冲击电压侵入时，侵入的电磁波以行波方式进入气体放电管，在通过该电路前第一级时，放电管来不及击穿，冲击波又继续前进，并到达电感线圈LI入口，电流流经线圈LI被延时发生迟滞，等到达第二级瞬态二极管时，由于瞬态二极管的响应时间仅1ns，因此它立即被雷电电压击穿导通，将防护单元的残压钳位至1V以下，使防雷装置输出的雷电压低于传感器内信号接口耐压水平，有效防护了传感器。瞬态二极管击穿导通使第二级环路中有电流12。瞬态二极管的残压和流过电感L2的电流产生的电压一起施加在第一级放电管上。该电压大于第一级放电管的击穿电压，使第一级放电管导通，将后续大部分雷电流泄放入地。
[0040]示例性的，信号防雷部分的技术参数如下:
[0041 ] I)最大持续运行电压UC=6V。
[0042]2)限制电压:系统处于工作状态时，输入端用10/200 μ S、1KV的模拟雷电波冲击时，对系统无影响，输出端测得限制电压UB ( 30V。
[0043]3)冲击通流容量:用波形8/20 μ s的模拟雷电流波冲击，通流容量大于5ΚΑ。
[0044]4)插损及速率< 0.5db (适用速率:0?IM bps)。
[0045]5)响应时间:小于1ns0[0046]6)工作及贮存条件:工作温度:-40°C?+70°C，贮存:-10°C?+40°C、相对湿度不大于80%。
[0047]传感器电源防雷部分，即要保证12V电压可靠供电，保证耐受很高的通流和冲击电压，还要保证很低的限制电压(低于传感器接口过压耐受水平)，用二级防护电路，第一级采用气体放电管，它的响应时间较长，为200ns，雷电冲击承受能力较强，大于5kA(8/20ys波形)。第二极采用瞬态二级管，它们的响应时间最快为1ns，雷电冲击承受能力上百A (8/20 μ s波形)。每级电路用电感进行隔离，使得二极防护有明确的分界。
[0048]其线路图如图5所示，包括:依次并联在正负极的第二放电管G2、瞬态二极管D2，分别连接在正负极且位于所述第二放电管G2与瞬态二极管D2之间的第三电感L3与第四电感L4。
[0049]示例性的，其工作时的原理如下:第一级采用3R-90气体放电管，它的响应时间较长，为200ns，雷电冲击承受能力较强，大于5kA(8/20ys波形)。第二极采用1.5KE36CA瞬态二极管，它们的响应时间最快为1ns，雷电冲击承受能力200Α(8/20μ s波形)。每级电路用3.9mH电感进行隔离，使得二极防护有明确的分界。
[0050]以一路为例，冲击电压侵入时，侵入的电磁波以行波方式进入气体放电管，在通过该电路前第一级时，放电管来不及击穿，冲击波又继续前进，并到达电感线圈L3入口，电流流经线圈L3被延时发生迟滞，等到达第三级瞬态二极管时，由于瞬态二极管的响应时间仅1ns，因此它立即被雷电电压击穿导通，将防护单元的残压钳位至50V以下，使防雷装置输出的雷电压低于传感器内电源接口耐压水平，有效防护了传感器。瞬态二极管击穿导通使第三级环路中有电流12。瞬态二极管的残压和流过电感L4的电流产生的电压一起施加在第一级放电管上，该电压大于第一级放电管的击穿电压，使第一级放电管导通，将后续大部分雷电流泄放入地。
[0051]示例性的，电源防雷部分的技术参数如下:
[0052]I)最大持续运行电压UC=30V。
[0053]2)限制电压:系统处于工作状态时，接入防雷器，输入端用10/200μ s、10KV的模拟雷电波冲击时，对系统无影响，输出端测得限制电压Ub ( 40V。
[0054]3)冲击通流容量:用波形8/20 μ s的模拟雷电流波冲击，通流容量大于5ΚΑ。
[0055]4)插损及速率< 0.5db (适用速率:0?100kbps)。
[0056]5)响应时间:小于1ns0
[0057]6)工作及贮存条件:工作温度:-40°C?+70°C，贮存:-10°C?+40°C、相对湿度不大于80%。
[0058]本实用新型实施例提供的防雷箱防雷电路采用的多级组合防护方式有别一般的多级组合防护电路，主要是根据铁运标准并针对铁路电气化特点和铁路货运计量安全检测设备传感器特点而设计的。本电路可以耐受10/200雷电波10KV，限制电压低于传感器耐受水平，保证了通流容量和限制电压都满足标准要求，同时在实际试验中不影响设备传输并能可靠保护传感器。
[0059]本实用新型实施例提供的多功能防雷箱，适用于铁路货运超偏载、轨道衡压力传感器响应速度快、适用频率范围宽、雷电限制电压低、通流容量大、插损低等特点的防雷装置；解决了铁路货运超偏载、轨道衡压力传感器等轨边微电子设备在现场应用中出现的雷击故障问题，保证设备的正常工作，降低维修概率；另外，该多功能智能防雷箱，集多路防雷、AD功能、采集实时显示和雷击计数于一体，巡检人员可定期查看防雷箱是否遭雷击及雷击次数，以及各路传感器的采集状态，若发现采集状态不对和立即进行相应检测并更换相应设备，集成AD单元(高增益、低噪声、宽频带放大电路)，降低传输过程中干扰信号引起的
测量误差。
[0060]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种铁路轨边多功能智能防雷箱，其特征在于，包括:防雷箱外壳以及固定在所述防雷箱外壳中的防雷电路板； 其中，所述防雷电路板中包括:N个独立的单路防雷单元、与每一单路防雷单元相连的运放AD单元、分别与所述N个单路防雷单元相连的显示模块及与所述显示模块相连的电源模块； 所述防雷箱外壳的两侧还设有供所述N个单路防雷单元与外部线缆连接的通孔。
2.根据权利要求1所述的防雷箱，其特征在于，所述防雷电路板还包括: 依次连接的雷击传感器、计数驱动板及雷击次数计数器。
3.根据权利要求1所述的防雷箱，其特征在于，所述单路防雷单元包括:传感器信号防雷电路与电源防雷电路； 其中，传感器信号防雷电路包括:依次并联在正负极的第一放电管与第一瞬态二极管，以及分别连接在正负极且位于所述第一放电管与第一瞬态二极管之间的第一电感与第二电感； 所述电源防雷电路包括:依次并联在正负极的第二放电管与第二瞬态二极管，分别连接在正负极且位于所述第二放电管与第二瞬态二极管之间的第三电感与第四电感。
【文档编号】H02H9/04GK203826949SQ201420159778
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】王州龙 申请人:中国铁道科学研究院, 中国铁道科学研究院通信信号研究所, 北京市华铁信息技术开发总公司, 北京锐驰国铁智能运输系统工程技术有限公司