一种低频分路信号产生与检测装置的制作方法

1.本发明涉及低频信号通信装置技术领域，尤其涉及一种低频分路信号产生与检测装置。


背景技术：

2.随着电力电子技术的快速发展，固态发射机广泛应用于低频通信系统中。目前，固态低频发射机一般采用开关方式提高转换效率，通常由多个h形单相逆变桥经输出变压器进行并联或串联组合构成；每个h形单相逆变桥由四只电力电子功率器件构成，h形单相逆变桥两桥臂门极的控制信号相同，同一桥臂的门极激励信号为两路带死区的方波信号，这种形式的控制信号使固态低频发射机输出电压含有较大的谐波，必须在输出端加上体积较大的lc滤波器，这一举措会使得发射机系统的规模变大，导致该系统在安装、使用、维护等方便更为复杂，且会增加发射机系统的插入损耗，最终会导致系统工作效率的降低。
3.固态发射机在实际应用过程中，电路上存在高电压和大电流，并且回路上的分布电容和分布电感都很大，电力电子功率器件门极激励信号稍有故障就会在功率回路上引起过电压(或过电流)而烧毁设备或器件，对设备的安全性能带来隐患，对设备的维护带来了一定的挑战。
4.现有技术中，如北京北广科技股份有限公司于2009年3月21日提出“模拟激励器与功率放大器之间的信号处理方法和接口电路”发明专利申请，申请号200910080198.8，公开号cn101847983a，其模拟器件较多，会引起额外的谐波分量，从而固态低频发射机输出电压含有较大的谐波；也无光电转换模块，信号抗干扰能力较差，并且也无激励信号检测保护功能，不能及时对激励信号稍有故障作出及时保护，不能有效应对固态发射机谐波大的情况和且不能有效地保护固态发射机。


技术实现要素：

5.本发明提供一种低频分路信号产生与检测装置，用以解决上述现有技术中的缺陷，针对固态发射机谐波较大和电路的保护需要，对输入的激励信号进行分路适应固态发射机多电平从而降低谐波需要，增加低频分路信号检测功能，使得在出现异常能时能够及时保护发射机，解决现有固态发射机输出电压含有较大的谐波、信号抗干扰能力较差的问题，同时对激励信号进行检测，能够及时保护固态低频发射机。
6.本发明提供一种低频分路信号产生与检测装置，包括依次电连接的信号接收模块、分路信号产生模块、信号检测模块和电光转换模块，与所述分路信号产生模块、所述信号检测模块分别电连接的接口模块；
7.其中，所述信号接收模块接收输入信号，将输出方波信号传输至所述分路信号产生模块；
8.所述分路信号产生模块将所述方波信号分为多路信号并将每一路输出信号传输至所述信号检测模块；
9.所述信号检测模块接收所述信号接收模块输出的原方波信号，并获取所述方波信号的脉宽，判断所述方波信号的脉宽是否在预设脉宽范围内，并生成封锁信号；所述信号检测模块还接收每一路输出信号，并分别对每两路输出信号进行相与操作获取对应的相位检测信号，获取所述相位检测信号的脉宽，判断所述相位检测信号的脉宽是否在预设脉宽范围内，并生成封锁信号；
10.所述电光转换模块将所述分路信号产生模块输出的多路电信号转换为光信号输出。
11.具体的，所述信号接收电路包括第一运算放大器u1、第二运算放大器u2和第一电平转换芯片u3；
12.其中，所述第一运算放大器u1的正向输入端通过电阻r2接地，负向输入端连接串联的电阻r1和电容c1，输出端分别通过电阻r3和电阻r4连接所述第一运算放大器u1的负向输入端和所述第二运算放大器u2的负向输入端；
13.所述第二运算放大器u2的正向输入端通过电阻r5接地，所述第二运算放大器u2的输出端通过电阻r6连接第一电平转换芯片u3的高电平端，第一电平转换芯片u3的低电平端连接电阻r7。
14.具体的，所述分路信号产生模块由反相子模块、移相参数计算子模块和多个信号生成子模块构成；
15.反相子模块将信号接收电路输出的方波信号取反得到反相方波信号；
16.移相参数计算子模块接收所述接口模块输入的方波信号的频率值fc，生成移相参数。
17.具体的，每个所述信号生成子模块结构相同，每个所述信号生成子模块均包括第一计数器和第二计数器。
18.具体的，所述信号检测模块包括检测参数计算子模块、脉宽比较子模块、多个检测子模块和报警处理子模块；
19.其中，所述检测参数计算子模块基于所述方波信号的频率值和预设最大允许频率误差，计算最大允许脉宽l
max
、最小允许脉宽l
min
、最大允许相位差对应脉宽x
max
和最小允许相位差对应脉宽x
min
；
20.所述脉宽比较子模块基于所述方波信号的脉宽t
pulse
，判断所述方波信号的脉宽是否满足l
min
《t
pulse
《l
max
，若满足则输出高电平封锁信号至所述报警处理子模块，否则输出低电平封锁信号至所述报警处理子模块；
21.每个所述检测子模块分别对每两路输出信号进行相与操作获取对应的相位检测信号，获取所述相位检测信号的脉宽xn，判断所述相位检测信号的脉宽是否满足x
min
《xn《x
max
，若满足则输出高电平封锁信号至所述报警处理子模块，否则输出低电平封锁信号至所述报警处理子模块；
22.所述报警处理子模块接收到脉宽比较子模块和每个所述检测子模块中任意一个输出的封锁信号为低电平时，产生低电平报警信号，并将所述分路信号产生模块产生的每一路输出信号置为低电平，并将低电平报警信号传送至接口模块。
23.可选的，计算最大允许脉宽l
max
、最小允许脉宽l
min
、最大允许相位差对应脉宽x
max
和最小允许相位差对应脉宽x
min
，包括：
[0024][0025][0026]
式中，最大允许频率误差
△fmax
为400hz。
[0027]
具体的，所述接口模块接收外部传送过来的方波信号的频率值fc和信号检测模块传送过来的低电平报警信号，显示所述频率值fc和低电平报警信号，并将所述频率值fc分别传送至信号产生模块和信号检测模块。
[0028]
具体的，所述光电转换模块包括第二电平转换芯片u4、预设数目个信号驱动芯片和预设数目个电光转换芯片；
[0029]
所述分路信号产生模块输出的各路输出信号分别连接到所述第二电平转换芯片u4的低电平端，由第二电平转换芯片u4转换为对应的高电平信号；
[0030]
每路高电平信号分别送至2个信号驱动芯片的输入端；预设数目个信号驱动芯片输出的驱动信号分别输出至预设数目个电光转换芯片，经过电光转换后变为电信号路数两倍的光信号输出。
[0031]
可选的，所述分路信号产生模块、信号检测模块和接口模块均使用hdl语言在fpga中实现。
[0032]
本发明提供的一种低频分路信号产生与检测装置，具有如下的技术效果：
[0033]
通过将正弦激励信号转变为适合低频固态发射机使用的阶梯方波信号，并把电信号转换为光信号，避免了现有固态发射机输出电压含有较大的谐波，有效的提高了现有固态发射机的信号抗干扰能力；
[0034]
通过信号检测模块同时对激励信号进行实时检测，从而能及时保护固态低频发射机；本发明提供的装置工作效率高、成本低、操作直观便捷、维护方便，不仅提高了远距离远洋通信能力，而且保证了远洋通信的信号质量。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
[0036]
图1是本发明提供的低频分路信号产生与检测装置的结构示意图；
[0037]
图2是本发明提供的低频分路信号产生与检测装置的信号接收模块的结构示意图；
[0038]
图3是本发明提供的低频分路信号产生与检测装置的分路信号生成示意图；
[0039]
图4是本发明提供的低频分路信号产生与检测装置的分路信号的波形时序图；
[0040]
图5是本发明提供的低频分路信号产生与检测装置的信号检测模块示意图的结构示意图；
[0041]
图6是本发明提供的低频分路信号产生与检测装置的光电转换模块的结构示意图。
具体实施方式
[0042]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块。
[0044]
需要说明的是，本发明涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。
[0045]
在一个实施例中，如图1所示，本发明提供本发明提供一种低频分路信号产生与检测装置，包括依次电连接的信号接收模块、分路信号产生模块、信号检测模块和电光转换模块，与所述分路信号产生模块、所述信号检测模块分别电连接的接口模块；
[0046]
其中，所述信号接收模块接收输入信号，将输出方波信号传输至所述分路信号产生模块；
[0047]
所述分路信号产生模块将所述方波信号分为多路信号并将每一路输出信号传输至所述信号检测模块；
[0048]
所述信号检测模块接收所述信号接收模块输出的原方波信号，并获取所述方波信号的脉宽，判断所述方波信号的脉宽是否在预设脉宽范围内，并生成封锁信号；所述信号检测模块还接收每一路输出信号，并分别对每两路输出信号进行相与操作获取对应的相位检测信号，获取所述相位检测信号的脉宽，判断所述相位检测信号的脉宽是否在预设脉宽范围内，并生成封锁信号；
[0049]
所述电光转换模块将所述分路信号产生模块输出的多路电信号转换为光信号输出。
[0050]
可选的，所述信号接收电路接收正弦激励信号，输出方波信号至分路信号产生模块；
[0051]
在一个具体的实施例中，如图2所示，所述信号接收电路包括第一运算放大器u1、第二运算放大器u2和第一电平转换芯片u3，第一运算放大器u1的正向输入端通过电阻r2接地，第一运算放大器u1的负向输入端连接串联的电阻r1和电容c1，第一运算放大器u1的输出端分别通过电阻r3和电阻r4连接第一运算放大器u1的负向输入端和第二运算放大器u2的负向输入端，第二运算放大器u2的正向输入端通过电阻r5接地，第二运算放大器u2的输出端通过电阻r6连接第一电平转换芯片u3的高电平端，第一电平转换芯片u3的低电平端连接电阻r7；
[0052]
可选的，第一运算放大器u1、第二运算放大器u2采用ad8055芯片，第一电平转换芯片u3采用lj245a，电阻r1为1k，电阻r2为1k，电阻r3为2k，电阻r4为1k，电阻r5为1k，电阻r6为33，电阻r7为33，电容c1为0.1uf。
[0053]
在一个具体的实施例中，所述分路信号产生模块由反相子模块、移相参数计算子模块和多个信号生成子模块构成；
[0054]
反相子模块将信号接收电路输出的方波信号取反得到反相方波信号；
[0055]
移相参数计算子模块接收所述接口模块输入的方波信号的频率值fc，生成移相参数；
[0056]
作为示例的，如图3所示，所述分路信号产生模块包括反相子模块、移相参数计算子模块和第一至第六信号生成子模块；分路产生模块生成的第一路～第八路信号如图4所示；
[0057]
所述反相子模块将信号接收电路输出的方波信号i1取反得到反相方波信号i2；
[0058]
移相参数计算子模块接收接口模块输入的方波信号i1的频率值fc＝20khz，计算移相参数s0：
[0059][0060]
式中，参数f
clk
＝200mhz；
[0061]
具体的，每个所述信号生成子模块结构相同，每个所述信号生成子模块均包括第一计数器和第二计数器；
[0062]
其中，第一信号生成子模块中，当方波信号i1上升沿到达时，第一计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第一路信号in1为高电平，同时第一计数器清零；当方波信号i1下降沿到达时，第二计数器开始计数，当计数值等s0时，输出第一路信号in1为低电平，同时第二计数器清零；第一路信号in1送至第二信号生成子模块；
[0063]
第二信号生成子模块中，当第一路信号上升沿到达时，第一计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第二路信号in2为高电平，同时第一计数器清零；当第一路信号下降沿到达时，第二计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第二路信号in2为低电平，同时第二计数器清零；第二路信号in2分为两路，一路送至第五信号生成子模块，另一路作为第五路信号in5输出；
[0064]
第三信号生成子模块中，当反相方波信号i2上升沿到达时，第一计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第三路信号in3为高电平，同时第一计数器清零；当反相方波信号i2下降沿到达时，第二计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第三路信号in3为低电平，同时第二计数器清零；第三路信号in3送至第四信号生成子模块；
[0065]
第四信号生成子模块中，当第三路信号上升沿到达时，第一计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第四路信号in4为高电平，同时第一计数器清零；当第三路信号下降沿到达时，第二计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第四路信号in4为低电平，同时第二计数器清零；第四路信号in4分为两路，一路送至第六信号生成子模块，另一路作为第七路信号in7输出；
[0066]
第五信号生成子模块中，当第二路信号上升沿到达时，第一计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第六路信号in6为高电平，同时第一计数器清零；当第二路信号下降沿到达时，第二计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第六路信号in6为低电平，同时第二计数器清零；
[0067]
第六信号生成子模块中，当第四路信号上升沿到达时，第一计数器开始计数，当计
数值等于s0时，输出第八路信号in8为高电平，同时第一计数器清零；当第四路信号下降沿到达时，第二计数器开始计数，当计数值等于s0时，输出第八路信号in8为低电平，同时第二计数器清零。
[0068]
在一个具体的实施例中，所述信号检测模块包括检测参数计算子模块、脉宽比较子模块、多个检测子模块和报警处理子模块；
[0069]
作为示例的，如图5所示，所述信号检测模块包括检测参数计算子模块、脉宽比较子模块、第一至第四检测子模块和报警处理子模块；
[0070]
具体的，检测参数计算子模块接收接口模块输入的方波信号i1的频率值fc，计算最大允许脉宽l
max
、最小允许脉宽l
min
，以及最大允许相位差对应脉宽x
max
和最小允许相位差对应脉宽x
min
：
[0071][0072][0073]
式中，最大允许频率误差
△fmax
为400hz；方波信号i1的频率值fc为20khz；
[0074]
脉宽比较子模块接收l
max
、l
min
以及信号接收电路输出的方波信号i1，计算方波信号i1的脉宽t
pulse
，然后判断是否l
min
＜t
pulse
＜l
max
，是则输出封锁信号为高电平，否则输出封锁信号为低电平；
[0075]
第一检测子模块首先将第一路信号和第二路信号相与，得到第一相位检测信号,计算其脉宽x0，然后判断是否x
min
＜x0＜x
max
，是则输出封锁信号为高电平，否则输出封锁信号为低电平；
[0076]
第二检测子模块首先将第三路信号和第四路信号相与，得到第二相位检测信号,计算其脉宽x1，然后判断是否x
min
＜x1＜x
max
，是则输出封锁信号为高电平，否则输出封锁信号为低电平；
[0077]
第三检测子模块首先将第五路信号和第六路信号相与，得到第三相位检测信号,计算其脉宽x2，然后判断是否x
min
＜x2＜x
max
，是则输出封锁信号为高电平，否则输出封锁信号为低电平；
[0078]
第四检测子模块首先将第七路信号和第八路信号相与，得到第四相位检测信号,计算其脉宽x3，然后判断是否x
min
＜x3＜x
max
，是则输出封锁信号为高电平，否则输出封锁信号为低电平；
[0079]
报警处理子模块接收到脉宽比较子模块和第一～第四检测子模块中任意一个封锁信号为低电平时，产生低电平报警信号，将信号产生模块输出的第一路～第八路信号置为低电平，并将低电平报警信号传送至接口模块；
[0080]
所述接口模块接收外部传送过来的方波信号i1的频率值fc和信号检测模块传送过来的低电平报警信号，显示所述频率值fc和低电平报警信号；并将所述频率值fc分别传送至信号产生模块和信号检测模块；
[0081]
信号接收电路把接收到正弦激励信号转换为适合数字处理的方波信号，分路信号产生模块把方波信号根据发射机要求生成八路信号至信号检测模块，信号检测模块对生成的八路信号的相位和脉宽进行检测，同时，向接口模块实时传输设备检测和保护状态；接口
模块完成信息传输和显示；光电转换模块对第一路～第八路信号进行分路和驱动，同时实现多路电信号转换为光信号。
[0082]
在一个实施例中，如图6所示，所述光电转换模块包括第二电平转换芯片u4、16个信号驱动芯片和16个电光转换芯片，分路信号产生模块输出的第一路至第八路信号分别连接到第二电平转换芯片u4的低电平端，由第二电平转换芯片u4转换为八路高电平信号，每路高电平信号分别送至2个信号驱动芯片的输入端，16个信号驱动芯片输出的驱动信号分别送至16个电光转换芯片，经过电光转换后变为16路光信号输出；
[0083]
可选的，第二电平转换芯片u4采用lj245，信号驱动芯片采用u5～u12共8片ds75452，其内部包括两个信号驱动芯片，各电光转换芯片u13～u28共16片采用t-1528；
[0084]
可选的，所述分路信号产生模块、信号检测模块和接口模块均使用hdl语言在型号为ep2c35f672的fpga芯片中实现。
[0085]
作为对本发明的进一步说明，基于上述实施例，分路信号产生模块输出第一路～第八路信号，光电转换模块输出16路光信号，基于以下的连接方式实现：
[0086]
如图6所示，由分路信号产生模块输出的第一路～第八路信号分别连接到第二电平转换芯u4的低电平管脚21、管脚20、管脚19、管脚18、管脚17、管脚16、管脚15、管脚14，第二电平转换芯u4管脚3连接信号驱动芯片u5的管脚1和管脚6，第二电平转换芯u4管脚4连接信号驱动芯片u6的管脚1和管脚6，第二电平转换芯u4管脚5连接信号驱动芯片u7的管脚1和管脚6，第二电平转换芯u4管脚6连接信号驱动芯片u8的管脚1和管脚6，第二电平转换芯u4管脚7连接信号驱动芯片u9的管脚1和管脚6，第二电平转换芯u4管脚8连接信号驱动芯片u10的管脚1和管脚6，第二电平转换芯u4管脚9连接信号驱动芯片u11管脚1和管脚6，第二电平转换芯u4管脚10连接信号驱动芯片u12管脚1和管脚6，信号驱动芯片u5管脚3和管脚5分别连接到电光转换芯片u21管脚2和电光转换芯片u13管脚2，信号驱动芯片u6管脚3和管脚5分别连接到电光转换芯片u22管脚2和电光转换芯片u14管脚2，信号驱动芯片u7管脚3和管脚5分别连接到电光转换芯片u23管脚2和电光转换芯片u15管脚2，信号驱动芯片u8管脚3和管脚5分别连接到电光转换芯片u24管脚2和电光转换芯片u16管脚2，信号驱动芯片u9管脚3和管脚5分别连接到电光转换芯片u25管脚2和电光转换芯片u17管脚2，信号驱动芯片u10管脚3和管脚5分别连接到电光转换芯片u26管脚2和电光转换芯片u18管脚2，信号驱动芯片u11管脚3和管脚5分别连接到电光转换芯片u27管脚2和电光转换芯片u19管脚2，信号驱动芯片u12管脚3和管脚5分别连接到电光转换芯片u28管脚2和电光转换芯片u20管脚2，电光转换芯片u13、u14、u15、u16、u17、u18、u19、u20、u21、u22、u23、u24、u25、u26、u27、u28的管脚1都连接到5v上；电光转换芯片u13～u20的输出光信号分别为b1～b8，电光转换芯片u21～u28的输出光信号分别为a1～a8。
[0087]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0088]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上
述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0089]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。