ДЕТЕКТОР РАЗБАЛАНСА ПИТАНИЯ НА ЛИНИИ УСИЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H04B3/44 

Изобретение относится к линии усиления импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), в частности к детектору разбаланса питания, предназначенному для обнаружения разбаланса питания на линии усиления ИКМ и выдачи сигнала тревоги.

Данная заявка на детектор разбаланса питания на линии усиления основана на корейской заявке N 25487, 1995.

Регенеративный повторитель ИКМ с использованием симметричных пар выполняет функцию регенеративного повторения с пропускной способностью типа T1, обеспечивающей скорость передачи данных 1,544 Мб/с для 24 звуковых линий и пропускной способностью типа E1, обеспечивающей скорость передачи данных 2,048 Мб/с для 30 линий.

На фиг.1 представлена структурная схема сети известного регенеративного повторителя ИКМ, который будет описан ниже со ссылкой на фиг.1.

Аппаратура, составляющая первичную группу системы передачи, подразделяется на станционный регенеративный повторитель 112 и линейный регенеративный повторитель 114. Станционный регенеративный повторитель 112 устанавливают на станции и он выполняет функцию регенеративного повторения и функцию питания, заключающуюся в подводе рабочего напряжения к линейному регенеративному повторителю. Линейный регенеративный повторитель 114, устанавливаемый в необслуживаемом кабельном люке или на опоре, воспроизводит импульсные последовательности, например, импульсные последовательности сигнала типа T1 или E1, передаваемого с оконечной аппаратуры 110 через станционный регенеративный повторитель 112, через точный интервал времени и передает его на следующую линию передачи. Линейный регенеративный повторитель 114 соединяет максимум до 30 линий по типу E1 и до 24 линий по типу T1, чтобы потом с ними оперировать. При этом линейный регенеративный повторитель 114 расположен в пределах 800 м от станционного регенеративного повторителя 112 и нормально расположен на расстоянии 1,8 км от другого линейного регенеративного повторителя 114 (#2).

На фиг. 2 представлена схема источника питания неизменного тока и линия усиления.

Изображенный на фиг. 2 источник питания неизменного тока 210 расположен в станционном регенеративном повторителе 112 и передает рабочее напряжение на линейный регенеративный повторитель 114. Ток на выходе источника питания неизменного тока 210 имеет постоянную величину 48 мА. Напряжение постоянного тока передают с помощью промежуточного отвода трансформатора T. При этом напряжение V+ положительного выхода подают на первый трансформатор T1, а V - отрицательного выхода - на пятый трансформатор T5. Сигнал передачи S1 подают на первый трансформатор T1, а затем на регенеративный повторитель Rp1 линии передачи. Сигнал приема S2 подают на пятый трансформатор T5 через регенеративный повторитель Rp2 линии приема. Линейные регенеративные повторители Rp1 и Rp2 повернуты в направлении регенерации. Сопротивление R линии передачи/приема расположено в каждом интервале линии. Сопротивление R линии передачи /приема представляет собой кабель диаметром 0,65 мм и составляет 105 Ом/км. Напряжение постоянного тока на выходе источника питания неизменного тока 210 находится в интервале между +100 и -100 и изменяется от 10 до приблизительно 200 В (интервал напряжения постоянного тока) в зависимости от линейного сопротивления R и числа регенеративных повторителей Rp. Допустим, что линейный интервал составляет 2 км, тогда распределенное напряжение на один линейный интервал составит R • 48 мА (около 5,04 В). При этом, поскольку напряжение линейного регенеративного повторителя Rp составляет 6,8 B, 11,84 B расходуется на приведение в действие одного линейного регенеративного повторителя. Напряжение постоянного тока от положительного выхода V+ пропускают через линейное сопротивление R, напряжение туннельного пробоя p-n-перехода 6,8 В сбрасывают из стабистора ZD регенеративного повторителя Rp1 линии передачи, и напряжение выше 6,8 В насыщается для последующей передачи на линию следующего каскада.

Кроме того, 6,8 В стабистор ZD обеспечивает распределение по 6,8 В для регенеративного повторителя Rp1 линии передачи. Однако, поскольку регенеративный повторитель Rp2 линии приема не имеет стабистора ZD, положительный выход выше отрицательного выхода на уровень напряжения туннельного пробоя p-n- перехода за счет линейного сопротивления R1 и стабистора ZD.

Допустим, например, что 10-й линейный регенеративный повторитель затоплен,
V + = ((2R/R + R) • 1 + 6,8 V) • 10 = 118,4 V (1)
V - = ((2R/R + R) • 1) • 10 = -50,4 V (2)
Создается разность коэффициентов трансформации по напряжению между положительным и отрицательным напряжениями в затопленных зонах, как показано в зависимостях (1) и (2). Иными словами, поскольку стабистор имеется только на стороне регенеративного повторителя Rp1 линии передачи, при затоплении конкретной зоны возникает разность коэффициентов трансформации по напряжению более 0,8 - 1,25 В. Эту разность коэффициентов трансформации по напряжению называют состоянием разбаланса питания. Состояние разбаланса питания возникает, когда коэффициент трансформации по напряжению несбалансирован из-за утечки тока в результате затопления линии или аномальной характеристики источника питания.

Кроме того, линия усиления ИКМ находится в пропитанной оболочке, расположенной в кабельном люке или на опоре, и поэтому она подвержена воздействию окружающих условий. В частности, удар молнии или затопление во время дождливого сезона отрицательно влияет на работу аппаратуры. Линейный регенеративный повторитель Rp можно установить на опоре, т.е. на электрическом полюсе, или в люке. В дальнейшем изобретение будет описано на примере его расположения в люке. В гористых местностях регенеративные повторители располагают, в основном, в люках, в частности линейные регенеративные повторители воздушного типа. Такие регенеративные повторители можно зарыть непосредственно в землю или установить в трубе. В любом из этих случаев линейный регенеративный повторитель Rp заключают в закрытую пропитанную оболочку для исключения утечки тока из линии передачи в землю, вызванной проникновением воды в дождливый период. Кроме того, доступ дождевой воде блокируют путем нагнетания воздуха из станции через кабель. Однако идеальная защита от воды невозможна. Поэтому важно выявлять нарушение влагоизоляции.

Традиционный способ выявления аномалий источника питания состоит в автоматической закачке воздуха в кабель и пропитанную оболочку при установке устройства для нагнетания воздуха на станции. Давление в устройстве нагнетания воздуха регистрируют при утечке воздуха до того, как возникает полностью затопленное состояние, что позволяет определить вероятность затопления. Кроме того, затопленную секцию обнаруживают и приводят в порядок путем измерения давления воздуха в каждой секции с помощью блокирующего воздух клапана для каждой секции пропитанной оболочки. Это обеспечивает существенную экономию времени. Протечку воды обнаруживает устройство для закачки воздуха. Невозможность обеспечения питания из-за разрыва линии обнаруживает источник питания станционного регенеративного повторителя 112. Но аномалии источника питания линии линейного регенеративного повторителя обнаружить невозможно.

Кроме того, поскольку линейный регенеративный повторитель Rp работает от напряжения, подводимого от станционного регенеративного повторителя 112, станционный регенеративный повторитель 112 является самым важным фактором в системе линейного регенеративного повторителя. Однако с помощью известного способа можно обнаружить петлю питающего тока только из-за разрыва линии. Поэтому невозможно точно обнаружить тревожное состояние разбаланса питания.

В основу настоящего изобретения положена задача создать детектор разбаланса питания на линии усиления, который может облегчить работу и эксплуатацию за счет выдачи сигнала тревоги, если питающий ток уходит в землю из-за протечки воды в пропитанный корпус линейного регенеративного повторителя.

Следующая задача, положенная в основу изобретения, - создать детектор разбаланса питания на линии усиления, который может облегчить работу и эксплуатацию за счет выдачи сигнала тревоги в случае возникновения состояния невозможности питания из-за разрыва линии в линейном регенеративном повторителе.

И еще одна задача настоящего изобретения - создание детектора разбаланса питания на линии усиления, который может облегчить работу и эксплуатацию за счет выдачи сигнала тревоги в случае возникновения аномалии в самом источнике питания станционного регенеративного повторителя.

Поставленная задача решается тем, что, согласно изобретению, линия усиления содержит источник питания неизменного тока для подвода рабочего напряжения к линии усиления, блок действительного заземления для обнаружения разности напряжений между положительным и отрицательным выходами источника питания неизменного тока; компаратор для сравнения разности напряжений с напряжением земли; детектор для определения возможности управления на основании значения выходного уровня компаратора через заданное время детектирования и выдачи сигнала управления, если зарегистрировано детектирование, и дисплей для отображения сигнала тревоги при приеме сигнала управления.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его воплощения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает структурную схему известной сети регенеративных повторителей ИКМ;
фиг. 2 - схема известного источника питания неизменного тока и линии усиления;
фиг. 3 - функциональная схема детектора разбаланса питания на линии усиления, согласно изобретению;
фиг. 4 - детектор разбаланса питания на линии усиления, согласно изобретению;
фиг. 5 - временная диаграмма, поясняющая установку времени детектирования детектора разбаланса питания на линии усиления, согласно изобретению.

В дальнейшем предпочтительный вариант изобретения описан подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует отметить, что одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами позиций по всему описанию.

Детектор разбаланса питания, включенный в линию усиления на фиг. 3, изображен на фиг. 4.

Как видно из фиг. 4, источник питания неизменного тока 210 для подвода рабочего напряжения к линейному регенеративному повторителю прикладывает напряжение постоянного тока к нагрузочному сопротивлению. Кроме того, положительный выход источника питания неизменного тока 210 подключен к второму сопротивлению R2. Второе сопротивление R2 подключено к первому узлу N1. Отрицательный выход источника питания неизменного тока 210 подключен к первому сопротивлению R1, а затем к первому узлу N1. При этом значения первого и второго сопротивлений R1 и R2 равны. Следовательно, электрический уровень первого узла N1 представляет собой разность между напряжением V + положительного выхода и V - отрицательного выхода. Компаратор 212 для приема напряжения первого узла составлен из мостовых диодов. Иными словами, компаратор 212 состоит из первого диода D1, подключенного к первому узлу N1 через анод и расположенному между первым узлом N1 и третьим узлом N3; второго диода D2, подключенного к второму узлу N2 через анод и расположенного между вторым узлом N2 и заземлением; третьего диода D3, подключенного к первому узлу N1 через катод и расположенного между первым узлом N1 и вторым узлом N2, и четвертого диода D4, подключенного к третьему узлу N3 через катод и расположенного между третьим узлом N3 и заземлением. Третье сопротивление R3 размещено между вторым узлом N2 и третьим узлом N3. Когда положительное напряжение подводят к первому узлу N1, ток течет в землю через первый диод D1, третье сопротивление R3 и второй диод D2. Когда отрицательное напряжение подают на первый узел N1, ток течет в землю через третий диод D3, третье сопротивление R3 и четвертый диод D4. При этом напряжение V_R3, приложенное к третьему сопротивлению R3, передается на детектор 216. Иными словами, напряжение V_R3 поступает на транзистор Q1 детектора 216 на уровне включения/выключения. Это происходит потому, что третий узел N3 подключен к основанию транзистора Q1, а второй узел N2 подключен к эмиттеру транзистора Q1. Коллектор транзистора Q1 и основание транзистора Q1 соединены. Пятое сопротивление R5 подключено между коллектором транзистора Q2 и четвертым узлом N4. Четвертое сопротивление R4 подключено между четвертым узлом N4 и заземлением. Конденсатор C1 подключен к четвертому сопротивлению R4 параллельно и расположен между четвертым узлом N4 и заземлением.

Иными словами, создается постоянная задержка на основании постоянной времени четвертого сопротивления R4 и конденсатора C1 и напряжения туннельного пробоя p-n- перехода стабистора ZR. Время задержки является временем детектирования. Если напряжение, превышающее напряжение туннельного пробоя p-n-перехода, прикладывается к катоду стабистора, подключенного к четвертому узлу N4 через катод, включается стабистор ZD. Анод стабистора ZD и основание транзистора Q3 соединены. Коллектор транзистора Q3 и дисплей 218 соединены.

Далее следует подробное описание со ссылкой на фиг.4.

В нормальном состоянии коэффициент трансформации по напряжению, создаваемый в источнике питания неизменного тока 210, является постоянным независимо от нагрузочного сопротивления R_L. Поскольку электрические уровни положительного и отрицательного выходов одинаковы, разность напряжений равна основному уровню. Следовательно, напряжение первого узла N1 заземляется за счет разности напряжений. Тогда напряжение V_R3 становится основным уровнем. Так как разность электрических уровней между базой и эмиттером транзистора Q1 становится основным уровнем, транзистор Q1 выключается. При этом выключается и транзистор Q2. После этого заземляется четвертый узел N4, выключая транзистор Q3. Следовательно, напряжение сети Vcc подведено к дисплею 218, в результате чего тот не выполняет функцию отображения.

Если возникает утечка тока в конкретном месте линейного регенеративного повторителя с симметричными парами нагрузочного сопротивления (R_L) из-за протечки воды, или если положительное напряжение V+ превышает отрицательное напряжение V-, или наоборот, предложенная схема не функционирует.

Например, прямые напряжения первого, второго, третьего и четвертого диодов D1, D2, D3 и D4 устанавливают на 0,7 В, первое сопротивление R1 и второе сопротивление R2 - на 100 K, третье сопротивление R3 - на 27 K, напряжение включения транзистора Q1 - на 0,5 В и напряжение туннельного пробоя p-n-перехода стабистора - на 2,7 В.

При этом, если положительное напряжение V+ выше отрицательного напряжения V-, напряжение V_R3 получают из следующего уравнения:
V_R3 = (V_N1 - (V_D1 + V_D2)/R1 + R3) • R3 (3)
Также, если отрицательное напряжение V - выше положительного напряжения V +, напряжение V_R3 получают из следующего уравнения:
V_R3 = (V_N1 - (V_D3 + V_D4)/R1 + R3) • R3 (4)
При этом уравнения (3) и (4) имеют одинаковое значение, так как значение сопротивления и прямое напряжение диодов равны. Следовательно, если разность между положительным напряжением V+ и отрицательным напряжением V - составляет 20 В, напряжение V_R3 получают из уравнения (4):
V_R3 = (20-(0,7 + 0,7)/100K + 2,7 K = 0,488 B.

Поскольку напряжение V_R3 меньше напряжения включения транзистора Q1, т. е. 0,5 В, транзистор Q1 выключается.

Также, если разность между положительным напряжением V + и отрицательным напряжением V - составляет 21 В, напряжение V_R3 получают из уравнения (3) или (4):
V_R3 = (21 - (0,7 + 0,7)/100K + 2,7 K) • 2,7 K = 0,515 B
Поскольку напряжение V_R3 выше напряжения включения транзистора линии усиления, т.е. 0,5 В, включается транзистор Q1. Следовательно, сетевое напряжение Vcc эмиттера транзистора Q2 распределяется на четвертое сопротивление R4 и пятое сопротивление R5, чтобы затем быть приложенным к четвертому узлу N4. При этом образуется постоянная задержка на основании постоянной времени конденсатора C1 и четвертого сопротивления R4. Также формируется время обнаружения до тех пор, пока напряжение V_N4 не станет напряжением туннельного пробоя p-n-перехода 2,7 В. Затем через установленное время, когда напряжение V_N4 становится выше 2,7 В, напряжение включения прикладывают к основанию транзистора Q3, чтобы включить транзистор Q3. После этого заземляется коллектор транзистора Q3. При этом управляющий сигнал основного уровня прикладывается к дисплею 218, после чего дисплей 218 отображает видимый и звуковой сигнал тревоги для извещения оператора.

На фиг. 5 представлена временная диаграмма, поясняющая установку времени детектирования детектором разбаланса питания на линии усиления согласно изобретению. Подробное объяснение сопровождается ссылками на фиг. 4 и 5, показывающие состояние уровня напряжения V_N4 четвертого узла N4 после включения транзистора Q2 на основании постоянной времени четвертого сопротивления R4 и конденсатора C1. По истечении времени детектирования T после включения транзистора Q2 напряжение V_N4 становится равным напряжению туннельного пробоя p-n-перехода 2,7 В. При этом стабистор ZD насыщается и включается. Затем включается транзистор Q3 после истечения времени детектирования T, чтобы привести в действие дисплей 218.

После истечения времени T управляющий сигнал основного уровня поступает на дисплей 218 на основании постоянной времени четвертого сопротивления R4 и конденсатора C1 и напряжения туннельного пробоя p-n-перехода 2,7 В, формируя отображение сигнала тревоги с полным учетом времени, когда возникло аномальное состояние.

Поскольку напряжение разбаланса установлено на 20 В в данном изобретении, сигнал тревоги отображается, если разность напряжений превышает 20 В. Это основано на сбалансированном отношении выходного напряжения источника питания неизменного тока 210 на станционном регенеративном повторителе 112, т.е. 0,9 - 1,1, допускающем разность в 10 В. Иными словами, сбалансированное отношение положительного напряжения V+ и отрицательного напряжения V- колеблется от 0,9 до 1,1 в самом источнике питания неизменного тока 210. Как описывалось выше, поскольку напряжение, расходуемое в каждой секции линейного регенеративного повторителя Rp, составляет 11,8 B при линейном интервале 2 км, расходуемое напряжение одной секции устанавливают выше напряжения, полученного путем сложения регулируемого напряжения 10 B источника питания неизменного тока 210 и напряжения 11,8 B линейного регенеративного повторителя Rp. Поэтому опорное значение для детектирования разбаланса питания составляет 20 B или от 10 до 25 В, которое устанавливают путем регулировки третьего сопротивления R3.

Как было описано выше, если выходное сбалансированное отношение источника питания неизменного тока 210 выше этого опорного значения, отображается сигнал тревоги. Сигнал тревоги также отображается при затоплении линии во время работы, что существенно улучшает качество линии передачи.

Изобретение не ограничено описанным выше конкретным предпочтительным вариантом воплощения изобретения и другими описанными вариантами, за исключением формулы изобретения.

Изобретение относится к детектору разбаланса питания на линии усиления, предназначенному для обнаружения разбаланса питания на линии усиления ИКМ и отображения сигнала тревоги. Детектор разбаланса питания содержит источник питания неизменного тока для подвода рабочего напряжения к линии усиления, блок искусственного заземления для обнаружения разности напряжений между положительным и отрицательным выходами источника питания неизменного тока, компаратор для сравнения разности напряжений с напряжением земли, детектор для определения возможности управления на основании значения выходного уровня компаратора после заданного времени детектирования и выдачи сигнала управления, если зарегистрировано детектирование, и дисплей для отображения сигнала тревоги при приеме сигнала управления. При этом обеспечивается существенное улучшение качества линии передачи. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Детектор разбаланса питания на линии усиления, содержащий источник питания неизменного тока, выполненный с возможностью подвода рабочего напряжения к линии усиления, блок искусственного заземления, выполненный с возможностью детектирования разности напряжений между положительным и отрицательным выходами источника питания неизменного тока, а также компаратор, выполненный с возможностью сравнения разности напряжений с напряжением земли, отличающийся тем, что содержит детектор, выполненный с возможностью определения на основании значения выходного уровня компаратора через заданное время детектирования возможности управления и выдачи сигнала управления, если зарегистрировано детектирование, и дисплей для отображения сигнала тревоги при приеме сигнала управления. 2. Детектор по п.1, отличающийся тем, что блок действительного заземления содержит первое сопротивление между положительным выходом и компаратором и второе сопротивление между отрицательным выходом и компаратором. 3. Детектор разбаланса питания на линии усиления, содержащий источник питания неизменного тока, выполненный с возможностью подвода рабочего напряжения к линии усиления, блок искусственного заземления, выполненный с возможностью детектирования разности напряжений в источнике питания неизменного тока, отличающийся тем, что первое сопротивление расположено между положительным выходом и первой узловой точкой, а второе сопротивление расположено между отрицательным выходом и первой узловой точкой, компаратор, выполненный с возможностью сравнения разности напряжений с напряжением земли, используя диодный мост, расположенный между первой узловой точкой и заземлением, детектор, содержащий средства для измерения заданного времени детектирования, выполненные с возможностью определения на основании значения выходного уровня компаратора по истечении заданного времени детектирования возможности управления и выдачи сигнала управления, если зарегистрировано детектирование, и дисплей для отображения сигнала тревоги при приеме сигнала управления. 4. Детектор по п.3, отличающийся тем, что компаратор состоит из первого диода, подключенного к первой узловой точке через анод и расположенного между первой узловой точкой и третьей узловой точкой, второго диода, подключенного к второй узловой точке через анод и расположенного между второй узловой точкой и заземлением, третьего диода, подключенного к первой узловой точке через катод и расположенного между первой узловой точкой и второй узловой точкой, четвертого диода, подключенного к третьей узловой точке через катод и расположенного между третьей узловой точкой и заземлением, и третьего сопротивления, расположенного между второй и третьей узловыми точками. 5. Детектор по п. 4, отличающийся тем, что средство измерения времени детектирования состоит из четвертого сопротивления и конденсатора, соединенных параллельно, и тем, что время детектирования основано на постоянной времени.