专利名称：一种雷电冲击设备的信号传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种雷电冲击设备的信号传输装置，属于雷电科学与技术领域。
背景技术：
雷电冲击设备主要用于电涌保护器的冲击测试，产生几十kA至上百kA的 10/350US及8/20US的雷电流波形。在电涌保护器中流过的电流波形及其两端产生的残压 波形分别通过罗氏线圈以及电压分压器送到数字存储示波器，再通过雷电冲击设备的信号 传输装置接到计算机的RS232通信端口，将通过电涌保护器中的雷电流波形及残压波形采 集到计算机中进行处理。电涌保护器在冲击测试时，雷电冲击设备的充电电容需要进行充电，其充电电压 可达到几十kv。电容在瞬间放电时，在几十us的时间内将存储的能量通过设备的调波电 感、电阻及电涌保护器将存储的能量释放。由于测量电路的分压器的保护接地端与电容器 的一端相互连接，并连接到大地上；数字存储示波器的信号输入端的一端与分压器的保护 接地端相连接。这样，当电涌保护器在进行冲击测试，保护接地端瞬间形成的高电压加到数 字存储示波器上，由于数字存储示波器的电位与计算机的电位相差很大，很容易形成电位 反击现象，造成数字存储示波器采集卡以及计算机的通信接口损坏。
实用新型内容为了解决上述问题，本实用新型提出了一种雷电冲击设备的信号传输装置，将数 字存储示波器的采集卡与计算机的通信进行电气隔离，利用光纤将示波器采集的信号传到 计算机中进行处理，保证设备的正常运行。本实用新型为解决其技术问题采用如下技术方案一种雷电冲击设备的信号传输装置，由保护电路、MAX232驱动电路、红外光驱动 电路、红外光发射管、红外光接收管、接收放大电路、MAX232接收电路顺序连接而成，其中 MAX232驱动电路的输出与通信显示电路的输入连接，接收放大电路的输出与通信显示电路 的输入连接。本实用新型的有益效果如下1、电信号的接口端设有保护电路，具有抑制暂态过电压的特点。[0012]2、数字存储示波器与计算机之间实现电气隔离，利用光纤对信号进行传输，提高 了信号传输中的抗干扰能力，且具有传输距离远的特点。3、光纤传输克服了周围电磁干扰以及避免示波器上的瞬间高电压进入计算机而 导致计算机端口的损坏。4、电路结构简单，工作性能稳定。5、该电路具有通信状态实时显示的特点，能够直观地观察信号传输的状况。6、该装置采用标准的RS232接口，安装方便，可扩展为标准的RS232近程或远程通
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图1信号传输装置的连接示意图。[0019]图2信号传输装置I及信号传输装置II的内部结构框图。图3雷电冲击设备的信号传输装置的电路原理图。 图4保护电路的原理图。图5红外光发射与接收电路的原理图。图6红外光驱动电路的原理图。图7 MAX232驱动电路以及MAX232接收电路的原理图。图8通信显示电路的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明创造做进一步详细说明。一种雷电冲击设备的信号传输装置的连接示意图如图1所示，主要由示波器采集 卡、信号传输装置I、信号传输装置II、光纤I、光纤II和计算机通信接口组成。信号传输装 置I以及信号传输装置II的主要作用是将电信号放大并转换为光信号以及将光信号转换 为标准的RS232接口的电信号。光纤I、光纤II的作用是实现光信号的传输。信号传输装置的工作过程示波器采集卡采集电涌保护器中的电流及两端残压波 形，通过信号传输装置I将电信号转换为光信号，经光纤I传输到信号传输装置II，由信号 传输装置II将光信号转换为电信号传送给计算机通信接口，由计算机系统对采集的波形信 号进行处理。计算机发出的控制指令信号通过信号传输装置II将电信号转换为光信号，经 过光纤II传送到信号传输装置I，由信号传输装置I将光信号转换为电信号送到示波器采 集卡。信号传输装置I以及信号传输装置II的作用是相同，内部电路组成形式也一样， 只是信号的转换方式以及信号的传输方向是相反的。其内部电路的方框图如图2所示，其 工作过程为通信信号来自示波器的数据采集卡或者计算机RS232接口，信号正常工作时， 保护电路不对通信信号产生任何的影响，通信信号通过MAX232驱动电路对信号进行处理 后加到红外光驱动电路以驱动红外光发射管使得输入的电信号转换成光信号并由光纤连 接到红外光接收管中去，另一路信号送到通信显示电路中，用以指示电路的工作状态为发 送状态。当光信号通过红外光接收管时，红外信号将被转换为电信号，输出的电信号送到接 收放大电路以对信号进行放大，输出的电信号加到MAX232接收电路以对信号进行处理后 输出到计算机RS232接口或者示波器的采集卡。保护电路的作用是当雷电冲击设备进行 冲击测试时，将由于各种耦合形成的过电压限制在接口芯片MAX232能够承受的耐压范围， MAX232电路主要的作用是对信号接收或驱动。红外光驱动电路的作用是将电信号放大以驱 动红外光发射管。红外光发射管的作用是将电信号转换为红外光信号。红外光接收管的作 用是将光信号转换为电信号。接收放大电路的作用是将转换的电信号进行放大。通信显示 电路的作用是显示通信的状态，分为接收和发送两个通信方向。一种雷电冲击设备的信号传输装置的电路原理图如图3所示。信号的工作流程首先信号通过信号发送端T)(D进行信号的发送，当雷电冲击设 备工作时产生了过电压时，由气体放电管G2、整流桥D2、暂态抑制二极管TVS构成的保护电 路将动作以抑制该过电压，保护后面的芯片电路。当电路中没有过电压产生时，该保护电 路不起作用，发送的信号将经过U2 (MAX232)的13脚，经过其内部电路的信号处理之后由 12脚输出，一路送到Ul (SN75451)的7脚对信号放大后由其5脚输出以驱动U3 (AgilentHFBR-1414T)红外发射管，U3将电信号转换为光信号并通过光纤进行传输。另一路信号送 到TO (CD4093BCM)构成的状态指示电路，以驱动发光二极管D3，指示电路处于发送状态。 光信号通过光纤传送到U4 (Agilent HFBR-M12T)红外光接收管时，光信号将被转换成电 信号，并将其送到U5 (CD4093BCM)构成的驱动电路，以对信号进行处理，由TO的3脚输出 的信号一路传送到U5的12、13脚并由其11脚输出驱动D5，指示电路处于接收状态，另一路 输出到U2的11脚，经MAX232处理后由14脚输出，通过气体放电管Gl、整流桥Dl、暂态抑 制二极管TVS构成的保护电路送到信号接收端RXD。显然，此时的保护电路的作用与效果同 气体放电管G2、整流桥D2、暂态抑制二极管TVS组成的保护电路。各单元电路的组成及工作原理保护电路的原理图如图4所示，电路主要由气体放电管G1、气体放电管G2、整流 桥Dl、整流桥D2、电阻R1、电阻R2、暂态抑制二极管TVS组成。工作原理如图4所示。当浪涌沿RXD接收线路传输时，由于退耦元件电阻Rl的 作用，抬升气体放电管Gl (3RM090-8)两端电压，当其达到一定值时气体放电管Gl导通放 电，将大部分雷电流释放入地。作为二级箝位保护的瞬态抑制二极管TVS (P6KE18A)反向 导通，将浪涌过电压箝位在较低水平，从而保证设备的正常运行。图4中整流桥Dl和D2是 用来减少暂态抑制二极管TVS管的分布电容；电阻Rl和电阻R2的作用为线间隔离器件， 改善了放电管的动作特性，改进两级之间的能量匹配，当然上下两个电阻应该具有相同的 参数以保证电路平衡。显然浪涌作用于T)(D发射线路的SPD箝位原理与浪涌作用于RXD接 收线路上的相同。红外光发射与接收电路的原理图如图5所示，电路主要由U3 (Agilent HFBR-1414T)、U4 (Agilent HFBR-2412T)以及电阻 R8 (阻值为 560 欧姆)、电容 C8 (电容为 0. IuF)组成。U3为红外光发射管，主要作用是将电信号转化为光信号；U4为红外光接收管， 主要作用是将光信号转换为电信号。红外光驱动电路的原理图如图6所示，电路主要由U1(SN7M51芯片)、电容C7(电 容0. luF)、电阻R3 (阻值为Ik欧姆)、电阻R6 (阻值为Ik欧姆)组成，信号由7脚输入，5脚 输出，该电路的主要功能是驱动红外光发射管。MAX232驱动电路以及MAX232接收电路的原理图如图7所示，电路主要由U2 (MAX232芯片)、电容C1、C2、C3、C4、C5 (电容值均为0. IuF)组成，发送信号时由13脚输入、 12脚输出信号；接收信号时由11脚输入、14脚输出。通信显示电路的原理图如图8所示，通信显示电路主要由U5 (⑶4093BCM)、发光 二极管03、04、05、电阻1 7、1 9、1 5 (电阻470欧姆)、电容ClO (0. luF)，当信号由U5的5、6 脚输入，4脚输出驱动发光二极管D4以指示电路处于发送状态，当信号由TO的12、13脚输 入，11脚输出时驱动发光二极管D5以指示电路处于接收状态。发光二极管D3只要电源接 通就能点亮。
权利要求1. 一种雷电冲击设备的信号传输装置，其特征在于由保护电路、MAX232驱动电路、红 外光驱动电路、红外光发射管、红外光接收管、接收放大电路、MAX232接收电路顺序连接而 成，其中MAX232驱动电路的输出与通信显示电路的输入连接，接收放大电路的输出与通信 显示电路的输入连接。
专利摘要本实用新型涉及一种雷电冲击设备的信号传输装置，属于雷电科学与技术领域。该信号传输装置由保护电路、MAX232驱动电路、红外光驱动电路、红外光发射管、红外光接收管、接收放大电路、MAX232接收电路顺序连接而成，其中MAX232驱动电路的输出与通信显示电路的输入连接，接收放大电路的输出与通信显示电路的输入连接。该信号传输装置结构简单，工作性能稳定，并且可以实时显示，能够直观地观察信号传输的状况，适于远程通信。
文档编号G01R31/12GK201918996SQ20112000811
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者张其林, 李祥超, 王金虎, 行鸿彦 申请人:南京信息工程大学