一种光电吊舱系统的电磁兼容结构布局的制作方法

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一种光电吊舱系统的电磁兼容结构布局的制作方法

本发明涉及一种光电吊舱系统的电磁兼容结构布局,针对巡检光电吊舱系统的特点,从光机结构设计、系统电气设计等方面进行了简要的电磁兼容设计研究。



背景技术:

巡检光电吊舱是一种通用型光电观测装置,可安装于有人直升机、无人直升机、浮空器等多种机载平台,装载有高清摄像机和制冷型红外传感器,能够获得高清晰度的可见光图像和高质量的红外图像,可实现对目标搜索、跟踪、取证、定位等功能,广泛应用于电力巡线、森林防火、海洋搜救、执法取证、城市或水域巡逻、跟踪和监视等多个领域。

随着科学技术的发展,现代各种电子、电气、信息设备的数量和种类越来越多,各种电磁干扰也越来越严重,而在生产、测试及使用等各个方面对电磁兼容的要求也日益提高。为降低复杂电磁环境下巡检光电吊舱对内对外的电磁干扰影响,满足国标(国军标)/航标电磁兼容法规及用户对使用安全性、可靠性等方面的要求,在研制设计阶段对巡检光电吊舱的电磁兼容问题进行分析和优化设计就显得尤为重要。



技术实现要素:

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处,本发明提出一种光电吊舱系统的电磁兼容结构布局,针对巡检光电吊舱系统的特点,从光机结构设计、系统电气设计等方面进行了简要的电磁兼容设计研究。

技术方案

一种光电吊舱系统的电磁兼容结构布局,包括转塔1和操控手柄2;所述转塔1包括外方位组件和外俯仰组件;所述操控手柄2内部安装有操控手柄航空插座3、主控电路5、防雷电路6、滤波电路7和DC/DC模块8;所述外俯仰组件包括中框、前罩、后罩、主框架、左右两个侧盖板及稳定平台;系统控制板、随动控制板、图像跟踪板、测角板、平台功放板、外俯仰驱动板、外俯仰电机、外俯仰码盘、稳定平台组件安装在俯仰框架上;其特征在于:所述操控手柄2的结构布局为:主控电路5置于内腔矩形结构的一侧,防雷电路6置于主控电路5的最前面,依次为滤波电路7和DC/DC模块8;上盖设有操控手柄航空插座3和安装壳体上操控手柄的开孔,防雷电路6与与操控手柄航空插座的距离小于3cm,安装壳体上操控手柄的开孔4位置与主控电路的距离大于5cm;所述外方位组件上转塔航空插座9、防雷板10、保险丝11、系统电源滤波器12、第一继电器13、第二继电器14、第一浪涌抑制器15、第二浪涌抑制器16、大容量钽电容17、系统电源板18、外方位功放板19、外方位电机20、外方位码盘、观察窗及充氮口安装在外方位框架上,且防雷板、保险丝、系统电源滤波器、继电器、浪涌抑制器、大电容按照信号流向靠近转塔航空插座放置,滤波器与防雷板距离在5cm内;滤波器顺着供电线路放置;外方位功放板19、外方位电机20置于防雷板10相对远的侧边;所述外俯仰电机内的外俯仰功放板与外俯仰电机的屏蔽电缆长度小于10cm。

所述平台功放板内部布局为:平台功放板25置于走线孔24与进线孔26之间。

所述电机驱动信号线缆选用屏蔽线缆。

所述传感器的电源输入线缆及电机的驱动信号线缆选用屏蔽线缆,线缆屏蔽层两端需要接地。

所述操控手柄的控制盒28为金属壳体,操控杆采用金属材料,盖板27与金属壳体之间采用迷宫搭接方式,两者之间的搭接面导电防氧化处理,并安装有复合“双峰”型导电橡胶条,普通硅橡胶安装在外侧,导电橡胶安装在内侧;所述金属壳体内部导电防氧化处理,不喷绝缘漆。

所述转塔1采用厚度不小于0.5mm的金属壳体,各电路板的安装凸台与转塔壳体为一体化设计,后罩内的电路板安装在金属隔板上,然后通过金属锁紧条与壳体搭接;所述各搭接面导电防氧化处理,使用复合“双峰”型导电橡胶条,普通硅橡胶安装在外侧,导电橡胶安装在内侧;转塔的安装搭接面导电防氧化处理,且搭铁线接机壳地。

所述操控手柄上的开孔和转塔上的开孔,孔的表面均导电防氧化处理。

所述转塔及操控手柄对外连接插座选用滤波航空插座,采用C形滤波方式,各插针的滤波电容容值大小根据实际通过信号的工作频率选取。

所述电缆插头选用屏蔽式航空插头,插头后附件选用屏蔽式后附件。

所述电缆的屏蔽设计为:相同类型的模拟量信号可以同股采用编织网屏蔽;开关信号采用编织网屏蔽;RS 422信号采用双绞编织屏蔽电缆;视频信号采用同轴编织屏蔽电缆;系统电缆所用防波套的编织密度满足80%以上。

有益效果

本发明提出的一种光电吊舱系统的电磁兼容结构布局,根据巡检光电吊舱系统电磁兼容设计需求,对巡检光电吊舱的光机结构、系统电气等方面进行了电磁兼容设计研究,从光机结构布局、搭接、屏蔽、接地、开孔、器件选型、滤波、电缆走线、电缆屏蔽等方面阐述了巡检光电吊舱系统的电磁兼容设计,以期满足巡检光电吊舱在复杂电磁环境下的电磁兼容效果。

本发明与现有技术相比,其优点在于不显著增加巡检光电吊舱体积、重量的前提下,实现其对内对外较为理想的电磁兼容设计,保证整个装置在复杂电磁环境下的稳定可靠工作。

附图说明

图1为巡检光电吊舱组成图:

1-转塔,2-操控手柄;

图2为操控手柄内部布局示意图;

3-操控手柄航空插座,4-操控手柄开孔,5-主控电路,6-防雷电路,7-滤波电路,8-DC/DC模块;

图3为外方位组件内部布局示意图;

9-转塔航空插座,10-防雷板,11-保险丝,12-系统电源滤波器,13-第一继电器,14-第二继电器,15-第一浪涌抑制器,16-第二浪涌抑制器,17-大容量钽电容,18-系统电源板,19-外方位功放板,20-外方位电机;

图4为外俯仰电机侧内部布局示意图;

21-外俯仰功放板,22-外俯仰电机,23-轴承;

图5为平台功放板侧内部布局示意图;

24-走线孔,25-平台功放板,26-进线孔;

图6为操控手柄控制盒与上盖板搭接方式示意图;

27-操控手柄上盖板,28-操控手柄控制盒,29-迷宫搭接;

图7为转塔与载机之间的搭接设计示意图;

30-转塔的安装搭接面导电防氧化处理,31-搭铁线接机壳地;

图8为中框与俯仰框之间的搭接设计示意图;

32-两根搭铁线;

图9为稳定平台组件与中框之间的搭接设计示意图;

33-两根搭铁线;

图10为保险丝座安装孔设计示意图;

34-保险丝座,35-屏蔽罩;

图11为系统电源滤波器插入损耗参考曲线。

图12为电源、信号针脚排布示意图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:

1产品组成

巡检光电吊舱由转塔、操控手柄2个LRU组成,系统组成如图1所示,1为转塔,2为操控手柄。

转塔内部安装有红外热像仪、可见光传感器、陀螺组件、电源板、功放板以及控制系统(包括系统控制板、随动控制板、测角板、图像跟踪板)等。

从功能上可分为以下主要分系统:

a)光机结构;

b)随动控制系统;

c)红外热像仪系统;

d)可见光传感器系统;

e)控制计算机系统;

f)图像处理系统;

g)操控手柄。

2光机结构电磁兼容设计

2.1产品各组件内部布局设计

巡检光电吊舱操控手柄内部布局如图2所示,3为操控手柄航空插座,4为操控手柄开孔,5为主控电路,6为防雷电路,7为滤波电路,8为DC/DC模块。防雷电路放置于电路系统的最前面,与操控手柄航空插座的距离小于3cm,安装壳体上操控手柄的开孔位置与主控电路的距离大于5cm。

巡检光电吊舱转塔光机组件主要分为外方位组件、外俯仰组件两大部分。

外方位组件内部布局如图3所示,转塔航空插座9、防雷板10、保险丝11、系统电源滤波器12、第一继电器13、第二继电器14、第一浪涌抑制器15、第二浪涌抑制器16、大容量钽电容17、系统电源板18、外方位功放板19、外方位电机20、外方位码盘、观察窗及充氮口等都安装在外方位框架上。

a)防雷板、保险丝、系统电源滤波器、继电器、浪涌抑制器、大电容按照信号流向靠近转塔航空插座放置,走线尽可能短,滤波器与防雷板距离在5cm内;

b)滤波器顺着供电线路放置,避免滤波器的输入线缆与输出线缆交叉重叠,以避免电源干扰经过滤波器后的输入和输出二次耦合;

c)外方位功放板、外方位电机远离防雷板和滤波器的输入端口,减小外方位功放板和外方位电机对转塔航空插座及滤波器输入接口线缆的干扰耦合。

外俯仰组件由中框、前罩、后罩、主框架、左右两个侧盖板及稳定平台等组成;系统控制板、随动控制板、图像跟踪板、测角板、平台功放板、外俯仰驱动板、外俯仰电机、外俯仰码盘、稳定平台组件(包括陀螺组件、红外热像仪、可见光传感器、内方位码盘、内俯仰码盘、内方位电机、内俯仰电机等)等都安装在俯仰框架上。

外俯仰电机侧内部布局如图4所示,21为外俯仰功放板,22为外俯仰电机,23为轴承,另外,外俯仰电机侧还安装有外俯仰码盘等部件。外俯仰功放板靠近外俯仰电机放置,两者之间的走线长度小于10cm,采用屏蔽电缆。

平台功放板侧内部布局如图5所示,24为走线孔,25为平台功放板,26为进线孔。平台功放板靠近线孔放置,电机驱动信号线缆选用屏蔽线缆。

红外热像仪、可见光传感器、陀螺组件、内方位电机、内俯仰电机、内俯仰码盘等部件均安装在稳定平台组件上。其中,红外热像仪、内方位电机、内俯仰电机为比较强的干扰源,其他部件的电路尽量远离这些干扰源安装;两种传感器的电源输入线缆及电机的驱动信号线缆选用屏蔽线缆,线缆屏蔽层两端良好接地,减小线缆对外的干扰。

2.2搭接、屏蔽、接地设计

操控手柄的搭接、屏蔽、接地设计包含以下几个方面:

a)操控手柄安装壳体为金属壳体,操控杆采用金属材料,以保证整个操控手柄为一个完整的屏蔽腔体;

b)盖板的固定螺钉间间隔不大于3cm;

c)控制板安装在金属支架上的金属凸台上,通过金属凸台与操控手柄壳体之间实现良好搭接;

d)操控手柄的盖板与安装盒体之间的搭接面导电防氧化处理;并安装有复合“双峰”型导电橡胶条(型号:TPT SF-25),普通硅橡胶安装在外侧,导电橡胶安装在内侧;操控手柄航空插座与安装盒体间通过导电橡胶垫搭接。如图6所示,27为操控手柄上盖板,28为操控手柄控制盒,29处为迷宫搭接设计示意;

e)安装壳体内部导电防氧化处理,不喷绝缘漆。

转塔的搭接、屏蔽、接地设计包含以下几个方面:

a)材料选择采用金属壳体设计;

b)壳体厚度不小于0.5mm;

c)搭接设计:

■各电路板的安装凸台与转塔壳体一体化设计,后罩内的电路板安装在金属隔板上,然后通过金属锁紧条与壳体搭接;

■各搭接面(转塔航空插座与上盖板之间的搭接面、上盖板与外方位框之间的搭接面、后罩与俯仰框之间的搭接面、前后罩与中框之间的搭接面、两个侧盖板与外俯仰框之间的搭接面、外方位框架与外俯仰框架的动/静密封处及搭接面等)导电防氧化处理,使用复合“双峰”型导电橡胶条(型号:TPT SF-25),普通硅橡胶安装在外侧,导电橡胶安装在内侧;

■各盖板的固定螺钉间的间隔不大于3cm;

■转塔的安装搭接面须导电防氧化处理,并设计专用搭铁线接机壳地,如图7所示,30处转塔的安装搭接面导电防氧化处理,31处搭铁线接机壳地;

■中框与俯仰框之间的搭接设计如图8所示,32为两根搭铁线,通过两根搭铁线实现中框与俯仰框之间的良好搭接;搭铁线的长度在满足框架回转要求的条件下尽可能短,两端的固定螺钉为Ф4,安装螺钉的搭接面导电防氧化处理;

■稳定平台组件与中框之间的搭接设计如图9所示,33为两根搭铁线,通过两根搭铁线实现稳定平台组件与中框之间的良好搭接;搭铁线的长度在满足框架回转要求的条件下尽可能短,两端的固定螺钉为Ф4,安装螺钉的搭接面导电防氧化处理;

■各组件与稳定平台组件支架之间的搭接设计:红外热像仪、可见光传感器、陀螺组件与稳定平台组件支架之间的搭接面须导电防氧化处理;

■外方位框架安装浪涌抑制器、滤波器的安装位置须导电防氧化处理。

d)接地设计:外方位框架、外俯仰框架上为各组件电路板接地线及线缆屏蔽层接地线预留接地片安装位置,该位置须导电防氧化处理;

e)屏蔽设计:采用屏蔽光窗,以实现整个转塔良好的电磁屏蔽;转塔调试检测插座用金属插座堵盖盖住;用金属罩将保险丝座和计时器罩住。

2.3开孔设计

操控手柄上的开孔主要有:开关按钮安装孔、操控杆安装孔、操控手柄航空插座安装孔。这些安装孔的表面均导电防氧化处理。

转塔上的开孔主要有:转塔航空插座安装孔、保险丝座安装孔、充氮口安装孔、搭铁接线柱安装孔、光窗等。这些安装孔的表面均导电防氧化处理,个别安装孔在其外侧增加屏蔽罩,屏蔽罩接触面也导电防氧化处理,如图10所示保险丝座安装孔设计,34为保险丝座,35为屏蔽罩。

3系统电气电磁兼容设计

3.1器件选型

连接器选型:

a)转塔及操控手柄对外连接插座选用滤波航空插座,采用C形滤波方式,各插针的滤波电容容值大小根据实际通过信号的工作频率选取;

b)系统电缆插头选用屏蔽式航空插头,插头后附件选用屏蔽式后附件;

c)选用HJ30J系列高速传输微矩形电连接器,用于产品内部传输视频、通讯等差分信号。

滤波器选型:

在系统电源入口处安装合适的电源滤波器对机上28VDC进行滤波处理。选用电源滤波器时,综合考虑产品的工作电压、最大工作电流、插入损耗、结构尺寸、环境适应性等方面的因素,滤波器选用MNF223-633-15A,其插入损耗参考曲线如图11所示。

3.2电缆设计

电缆的走线布局:

a)28VDC电源信号与其他信号需要分区域、分开一定距离走线;

b)视频信号、模拟量信号电缆远离电源信号、电机驱动信号;

c)在捆扎时同类型信号注意分组,避免强干扰信号(如电源、电机驱动信号)与敏感信号(如视频信号、模拟量信号)捆扎在一起。

电缆的屏蔽设计:

a)相同类型的模拟量信号可以同股采用编织网屏蔽设计;

b)开关信号采用编织网屏蔽设计;

c)RS 422信号采用双绞编织屏蔽电缆;

d)视频信号采用同轴编织屏蔽电缆;

e)系统电缆所用防波套的编织密度满足80%以上。

电缆的接地设计:

a)单股屏蔽电缆的屏蔽层进行裸露设计,以便多个单股屏蔽层之间,以及与外面整体屏蔽层之间,在走线过程中能够进行多点接地搭接;

b)单股屏蔽层在靠近连接器两端单点搭接;

c)整股电缆的屏蔽层在航插连接器两端采用360度环接方式接地。

连接器布局设计:

a)在具有信号输入和信号输出的组件中,输入信号和输出信号尽量不在同一个连接器,按照信号流分开设计,不出现信号相互交叉重叠;

b)考虑电源的回流以及信号的回流,即电源管脚邻近有地管脚,信号管脚就近有地管脚,保证信号回流面积小,如图12所示。

本实施例是基于某型巡检用光电吊舱系统在复杂电磁环境中实现电磁兼容的目的,针对巡检光电吊舱系统的特点,利用电磁屏蔽、滤波处理等原理提高巡检光电吊舱抗电磁干扰的能力,得出巡检光电吊舱在光机结构、系统电气等方面的电磁兼容设计方法和技术措施。

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