一种信号防雷装置的制作方法

本实用新型涉及一种防护装置，尤其涉及一种信号防雷装置。

背景技术：

随着社会信息化进程，工业自动化进程的加快，微电子产品在社会的各个领域广泛地使用。现代电子技术中电子元器件或电气元件，一般无法承受5V的电压波动。

当雷击发生时，如果所有线路是共同敷设(如双绞线、网线、同轴电缆)，在雷电发生时，在所有的信号线路中产生感应极性和幅值相同的感应电压，由于雷击时释放的能量庞大，会在雷击附近范围内的线路中产生较大的感应电压，进而瞬间损坏连接在电路两端电子或电器元件，造成较大的损失。

现有技术中为防止雷电破坏，一般采用SPD(雷保护器)，使用时将相对应的SPD串/并联在相关的线路中，一旦线路由于雷击出现雷过电压，SPD将同保护地短接，将雷电流在在地中散流，以达到保护电气设备的目的。

本发明创造的发明人在研究现有技术的过程中发现，由于雷电是多脉冲放电，SPD经常在雷电的第一个脉冲被损坏失效，失去对后续脉冲放电的电磁感应生产的雷的保护，造成被保护设备的损坏，且SPD长出现雷过电压消失之后不能恢复高阻抗，在工作电压下其泄漏电流大等故障，使用其可靠性大大降低。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种信号防雷装置，使电信号在第一防雷模块内部进行短暂的光路传播，从而切断了由雷产生的高压流经的线路，将雷高压隔离在信号防雷装置的一侧，防止其对电子或电气原件造成损坏。通过采用该技术方案，有效的解决了现有技术中对多脉冲放电保护不足，以及电源高压过后SPD无法恢复高阻抗，在工作电压下泄漏电流大的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种信号防雷装置，包括：模数转换模块、第一防雷模块和数模转换模块，其中

模数转换模块，所述模数转换模块用于将输入的模拟信号转换为输出的数字信号；

第一防雷模块，所述第一防雷模块与所述模数转换模块连接，所述第一防雷模块接收所述数模转换模块输出的数字信号，所述数字信号在第一防雷模块内部转换为光信号，所述光信号在所述第一防雷模块内部进行短暂传播后转化为数字信号，所述第一防雷模块输出所述由光信号转化的数字信号；

数模转换模块，所述数模转换模块与所述第一防雷模块连接，所述数模转换模块接收所述第一防雷模块输出的数字信号，并将所述数字信号转换为模拟信号后输出所述模拟信号。

进一步地，所述信号防雷装置还包括：第二防雷模块；

所述第二防雷模块位于所述第一防雷模块与所述数模转换模块之间，所述第二防雷模块的输入端与所述第一防雷模块连接，所述第二防雷模块的输出端与所述数模转换模块的输入端连接。

更进一步地，所述信号防雷装置还包括：控制模块；

所述控制模块位于所述第一防雷模块与第二防雷模块之间，所述控制模块的输入端与所述第一防雷模块的输出端连接，所述控制模块的输出端与所述第二防雷模块的输入端连接，所述控制模块用于对数字信号进行编码控制。

进一步地，所述信号防雷装置还包括：恒流模块；

所述恒流模块的输入端与所述数模转换模块的输出端连接，用于恒定所述数模转换模块输出端输出模拟信号的电流值。

优选地，所述第一防雷模块与第二防雷模块均为光电耦合器。

更加优选地，所述第一防雷模块与第二防雷模块均为高速线性光耦。

更加优选地，所述第一防雷模块与第二防雷模块均为级联光电耦合器。

进一步地，所述信号防雷装置还包括：反馈电路；

所述反馈电路的输入端与数模转换模块的输出端连接，所述反馈电路的输出端与数模转换模块的输入端连接，所述反馈电路用于防止数模转换模块受温度变化的影响。

进一步地，所述信号防雷装置包括：至少一组第一防雷模块，以及数量与所述第一防雷模块相对应的第二防雷模块。

优选地，所述控制模块为系统级芯片。

本实用新型的有益效果是：通过使电信号在第一防雷模块内部进行短暂的光路传播，从而切断了由雷产生的高压流经的线路，将雷电产生的高压隔离在信号防雷装置的一侧，防止其对电子或电气原件造成损坏。由于信号在第一防雷模块内部以光信号的方式进行传播，无需通过线路进行传播，即使雷电为多脉冲放电在无法击穿第一防雷模块的情况下，多次放电也无法通过第一防雷模块。同时第一防雷模块在非击穿的情境下，不存在恢复的问题，不会导致雷高压过后出现工作电压泄露的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例1整体结构框图；

图2为本实用新型实施例2整体结构框图。

附图标记说明：11、第一电源；12、第二电源；21、模数转换模块；31、第一防雷模块；41、控制模块；51、反馈电路；61、第二防雷模块；71、数模转换模块；81、恒流模块。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1，一种信号防雷装置，包括：模数转换模块21、第一防雷模块31与数模转换模块71。其中，模数转换模块21用于将输入的模拟信号转换为输出的数字信号；第一防雷模块31与模数转换模块21连接，第一防雷模块31接收数模转换模块71输出的数字信号，数字信号在第一防雷模块31内部转换为光信号，光信号在第一防雷模块31内部进行短暂传播后转化为数字信号，第一防雷模块31输出由光信号转化的数字信号；数模转换模块71与第一防雷模块31连接，数模转换模块71接收第一防雷模块31输出的数字信号，并将数字信号转换为模拟信号后输出模拟信号。

本实施方式中，通过使电信号在第一防雷模块31内部进行短暂的光路传播，从而切断了由雷产生的高压流经的线路，将雷电产生的高压隔离在信号防雷装置的一侧，防止其对电子或电气原件造成损坏。由于信号在第一防雷模块31内部以光信号的方式进行传播，无需通过线路进行传播，即使雷电为多脉冲放电在无法击穿第一防雷模块31的情况下，多次放电也无法通过第一防雷模块31。同时第一防雷模块31在非击穿的情境下，不存在恢复的问题，不会导致雷高压过后出现工作电压泄露的问题。

其中，模数转换模块21为A/D转换器，电子或电气原件一般输出的电信号为模拟信号，模拟信号只有通过A/D转化为数字信号后才能被第一防雷模块31使用。A/D转换器使用时对模拟信号进行采样，根据采样结果将模拟信号的波形转换为脉冲波形，A/D转换器输出的波形为方波，但不限于此，根据具体应用场景的不同，采用不同的A/D转换器或调节A/D转换器的输出波形，A/D转换器输出的脉冲波形能够为(不限于)三角波。

第一防雷模块31为光电耦合器，光电耦合器以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。优选地，本实施方式中的光电耦合器为高速线性光耦。优选地，本实施方式中，第一防雷模块31是由级联的光电耦合器构成，级联时至少将两个光电耦合器以首尾相接的方式串联在一起，也就是第一个光电耦合器的输出端连接在第二个光电耦合器的输入端，本实施方式中，优选地将两个光电耦合器级联在一起。光电耦合器本身具有耐高压的上限值，本实施方式中的光电耦合器具体为高速线性光耦，现有技术中的高速线性光耦一般的耐压上限值为五千伏，级联后的光电耦合器呈倍数级别上升，实验数据表明两个光电耦合器级联后的耐压上限值为十万伏，能够有效地防止雷电击穿第一防雷模块31，起到较好的保护作用。

数模转换模块71为D/A转换器，D/A转换器就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，D/A转换器与第一防雷模块31连接，将第一防雷模块31输出的数字信号转换为模拟信号。

在一些选择性实施例中，信号防雷装置还包括：第二防雷模块61。一般现有技术中线路两端均设有电子或电气原件，由于线路较长且铺设于旷野中，容易由于雷电放电形成雷电高压，一旦形成雷电高压会对线路两端的电子或电气原件造成毁坏。为解决上述问题，在线路两端分别设置第一防雷模块31与第二防雷模块61。第二防雷模块61位于第一防雷模块31与数模转换模块71之间，第二防雷模块61的输入端与第一防雷模块31连接，第二防雷模块61的输出端与数模转换模块71的输入端连接。相同的，第二防雷模块61为光电耦合器。优选地，本实施方式中的光电耦合器为高速线性光耦。优选地，本实施方式中，第二防雷模块61是由级联的光电耦合器构成，级联时至少将两个光电耦合器以首尾相接的方式串联在一起，也就是第一个光电耦合器的输出端连接在第二个光电耦合器的输入端，本实施方式中，优选地将两个光电耦合器级联在一起。光电耦合器本身具有耐高压的上限值，现有技术中的高速线性光耦一般的耐压上限值为五千伏，级联后的光电耦合器呈倍数级别上升，实验数据表明两个光电耦合器级联后的耐压最低为10kV,1.2/50μs，能够有效地防止雷电击穿第二防雷模块61，起到较好的保护作用。

在一些选择性实施方式中，雷装置还包括：控制模块41；控制模块41位于第一防雷模块31与第二防雷模块61之间，控制模块41的输入端与第一防雷模块31的输出端连接，控制模块41的输出端与第二防雷模块61的输入端连接，控制模块41用于对数字信号进行编码控制。控制模块41用于对第一防雷模块31输出的数字信号进行编码与整形，使第一防雷模块31输出的数字信号能够更加方便的进行后续处理。控制模块41具体为编码控制装置，优选的，在本实施方式中，控制模块41为系统级芯片(SoC，System-on-a-Chip)。

信号防雷装置还包括：反馈电路51；反馈电路51的输入端与模数转换模块21的输出端连接，反馈电路51的输出端与模数转换模块21的输入端连接，反馈电路51用于防止模数转换模块21受温度变化的影响。模数转换模块21的信息处理能力受到环境温度的影响，同时，反馈电路51还能够提高模数转换模块21信息处理精度以及抗干扰能力。为使第一防雷装置的信息处理能力处于稳定状态，在模数转换模块21的输出端连接反馈电路51，反馈电路51的输出端连接在模数转换模块21的输入端。反馈电路51具体为温度负反馈电路，该温度负反馈电路为现有技术中的反馈电路51，现有技术中反馈电路51包括温敏电阻与三极管，温敏电阻的阻值随温度的升高而增大，温敏电阻连接在三极管的集电极，温敏电阻的阻值升高时，集电极的电压降低，相应的三极管的发射极的电压降低，由于三极管的发射极即反馈电路51的输出端，也就是说发射极的电压降低使得模数转换模块21的输入端电压降低，简单来说就是通过三极管发射极的电压控制模数转换模块21的输入电压值，属于典型的负反馈电路。

所述信号防雷装置还包括：恒流模块81；恒流模块81的输入端与数模转换模块71的输出端连接，用于恒定数模转换模块71输出端输出模拟信号的电流值。恒流模块81具体为恒流器。

本实施方式中信号防雷装置还包括：电源电路，电源电路分别为第一电源11电路与第二电源12电路，第一电源11电路与第二电源12电路均为直流电源。其中第一电源11电路模数转换模块21、第一防雷模块31连接和控制模块41连接。第二电源12电路分别与第二防雷模块61、数模转换模块71和恒流模块81连接。

实施例2

请参阅图2，一种信号防雷装置，包括：至少两组模数转换模块21、至少两组第一防雷模块31、至少两组数模转换模块71、至少两组第二防雷模块61、至少两组恒流模块81、控制模块41和至少两组反馈电路51。优选地，本实施方式中采用四组模数转换模块21、四组第一防雷模块31、四组数模转换模块71、四组第二防雷模块61、四组恒流模块81、控制模块41和四组反馈电路51。四组模数转换模块21的输出端分别与四组第一防雷模块31的输入端连接，四组第一防雷模块31的输出端与控制模块41控制模块41连接，控制模块41输出四路数字信号分别对应输出到四组第二防雷模块61，四组第二防雷模块61的输出端对应连接在四组数模转换模块71的输入端，四组数模转换模块71的输出端对应连接到四组恒流模块81的输入端。

本实施方式中输入信号的不限于四路，根据具体应用场景的不同，输信号的能够为两路、三路、五路、八路或者更多路。每一路输入信号均对应一路信号防雷装置，需要说明的是，无论输入信号有几路，控制模块41仅有一个。

本实施方式中信号防雷装置还包括：电源电路，电源电路分别为第一电源11电路与第二电源12电路，第一电源11电路与第二电源12电路均为直流电源。其中第一电源11电路分别与四组模数转换模块21、四组第一防雷模块31连接和四组控制模块41连接。第二电源12电路分别与四组第二防雷模块61、四组数模转换模块71和四组恒流模块81连接。

本实施方式中，仅对信号防雷装置内部结构及其连接关系加以描述，其具体作用与工作原理请参阅实施例1。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。