一种用于电气车钩高速信号传输的光模块的制作方法

本发明涉及连接器与网络信号传输领域，应用于轨道交通车辆中，具体涉及一种用于电气车钩高速信号传输的光模块。

背景技术：

1、在现代轨道交通系统中，电气车钩作为列车灵活编组的重要组成部分，其性能和可靠性直接影响到整个运输系统的效率和安全。随着列车编组灵活性的增加以及网络通信技术的发展，对电气车钩内嵌网络传输能力的要求也逐渐提升。传统的列车编组连接通常依赖于机械连挂与电气连接相结合的方式，其中电气连接部分负责提供电力供应及信号传递功能。

2、为了适应不断增长的数据传输需求，从最初的多功能车辆总线协议开始，电气车钩内的网络模块经历了从低速向高速发展的演变过程。目前，百兆级别的网络传输已经不能满足日益复杂且数据密集型应用的需求，如实时监控、故障诊断以及车厢间的高清视频流等。因此，网络传输速度进一步提高到了千兆级别，这无疑给现有的电气车钩带来了新的挑战。

3、传统电气车钩的网络模块在设计上存在一定的局限性，尤其是在面对频繁连挂操作时。由于每次连挂都会涉及到物理插拔动作，这种反复的机械运动不可避免地会对连接器造成磨损，进而影响其使用寿命和可靠性。此外，随着使用次数的增加，接触不良或腐蚀等问题也可能出现，导致信号传输不稳定或者失效。这些问题不仅增加了维护成本，还可能带来安全隐患，限制了列车运营的灵活性和效率。

4、另一个关键问题是，在高频率使用的环境下，传统网络模块难以达到电气车钩所需的数万次连挂寿命要求。即使采用了高质量材料和技术优化，仍然难以克服因物理接触而导致的老化问题。而且，当列车处于运行状态时，震动和其他环境因素也会加速这些组件的老化过程，进一步缩短它们的有效工作时间。

5、综上，当前轨道交通行业对于电气车钩网络传输的需求正朝着高速率、更高可靠性的方向发展，而现有的基于物理接触的网络连接方式已逐渐暴露出无法忽视的问题。随着列车编组灵活性的增强以及数据传输量的增长，现有网络模块在寿命和稳定性方面的不足成为了亟待解决的技术难题。为了解决该问题并满足未来更高的发展要求，行业内迫切需要探索一种新的方案来替代传统的电气车钩网络连接与信号传输模式，以确保列车编组及运行的高效性和安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有基于物理接触的网络连接方式在电气车钩中存在的寿命和稳定性方面的局限性问题，因此提出了一种用于电气车钩高速信号传输的光模块。光信号可实现空间光传输，降低光损失，而非接触式对接可直接避免零件的插拔寿命损耗，安装该光模块的电气车钩的性能影响因素仅为材料器件老化，因此其寿命和稳定性均得到较大提升。

2、本发明采用了以下技术方案来实现目的：

3、一种用于电气车钩高速信号传输的光模块，所述光模块安装于电气车钩的绝缘组件的远离车钩连接面一侧，所述电气车钩还具有防护外壳；绝缘组件与防护外壳相连接，且绝缘组件设置于防护外壳的面向车钩连接端一侧，绝缘组件上形成有车钩连接面；光模块位于由防护外壳与绝缘组件共同构成的中空容纳腔内；光模块具有发射端口和接收端口，发射端口和接收端口均设置于车钩连接面上并与光模块内部相连通；当两个所述电气车钩对接时，一个光模块的发射端口与另一光模块的接收端口在同一轴线上匹配对齐；用于传输通信数据的光信号由其中一个光模块的发射端口发出，并被另一光模块的接收端口接收处理。

4、优选的，当两个所述电气车钩对接时，一个光模块的发射端口与另一光模块的接收端口之间留有预设宽度的空间间隙；光信号由发射端口发出后，经过空间间隙后进入接收端口。

5、优选的，防护外壳包括壳体和翻盖，壳体一侧开口并设置有绝缘组件，壳体具有用于容纳光模块的内腔；翻盖可旋转的连接于壳体上，且翻盖位于绝缘组件所在对应位置处；当翻盖关闭时，翻盖旋转于壳体的开口一侧，并将绝缘组件的车钩连接面覆盖；当翻盖开启时，翻盖旋转于壳体的上方，并将绝缘组件的车钩连接面露出。

6、优选的，壳体的材质选用铝合金材质；当两个所述电气车钩对接时，对应的两个壳体通过对接支撑块导通并抵接配合，构成包覆绝缘组件及光模块的密封结构；在两个壳体的抵接配合处，对应于每个壳体均设置有橡胶件，通过橡胶件实现两个壳体的密封，此时翻盖均处于开启位置。

7、进一步的，发射端口和接收端口均通过光学天线连接至光模块的盒体；光学天线中具有光信号传输的通路，来自盒体内部的光信号经过对应的光学天线后由发射端口发出，来自另一光模块的光信号被接收端口接收后，经过对应的光学天线传入盒体内部。

8、具体的，发射端口对应的光学天线用于将光信号准直扩束后形成平行光束，并经过发射端口发出后由另一光模块的接收端口接收；接收端口对应的光学天线用于将接收到的光信号聚焦后传入光模块的盒体内部。

9、进一步的，光模块包括网络电口、phy芯片、驱动器、激光二极管和光接收电路；其中，网络电口与phy芯片相连接，phy芯片分别连接驱动器和光接收电路，驱动器与激光二极管相连接；发射通信数据时，由网络电口接收通信数据对应的电信号，将电信号传递至phy芯片，phy芯片将电信号转换为数字信号，并输出至驱动器，由驱动器驱动激光二极管产生对应的光信号，从发射端口发出；接收通信数据时，来自接收端口的光信号由光接收电路转换为数字信号，并传输至phy芯片，phy芯片将数字信号转变为电信号，经网络电口输出。

10、进一步的，光接收电路包括光敏二极管、跨阻放大器和限幅放大器；接收通信数据时，来自接收端口的光信号在光敏二极管作用下转化为光电流，光电流经过跨阻放大器后输出为差分电压信号，差分电压信号经限幅放大器后输出为数字信号并传输至phy芯片；差分电压信号的大小与光电流的强弱成正相关；限幅放大器用于对差分电压信号进行放大，并将大于预设输出电压的信号幅度进行压缩，输出为数字信号。

11、具体的，光模块还包括电源端口和dc-dc隔离电源模块；电源端口与dc-dc隔离电源模块相连接，电源端口用于获取车端提供的dc电源，dc-dc隔离电源模块用于对dc电源进行隔离变换，得到光模块的工作电源。

12、优选的，光模块的盒体采用屏蔽外壳，屏蔽外壳上开设有多个散热孔；光接收电路外围还设置有屏蔽罩，屏蔽罩用于将该光模块自身的激光二极管产生的光信号进行屏蔽隔离，使光接收电路仅接收由接收端口对应光学天线传输的来自另一光模块的光信号。

13、综上所述，由于采用了本技术方案，本发明的有益效果如下：

14、本发明的光模块采用了光信号传输机制，实现了空间光传输，这种非接触式对接的设计避免了传统插拔操作所导致的物理损耗影响。与传统的接触式连接相比，本发明仅需考虑材料和器件的老化对性能的影响，极大地延长了网络模块在其中的使用寿命与电气车钩系统整体的稳定性。

15、本发明中，光模块被集成于电气车钩的绝缘组件中，在两辆车辆进行连挂时，一个电气车钩的发射端和接收端能够与另一车辆的对应端口实现非接触式精准对接。两个对接端之间保持有微小的空间间隙，确保了光信号可以高效地进行传输，也能减少光损失。该结构设计可优化信号传输效率，由于光信号传输无需接触连接，减少了现有接触方式因线缆原因产生的影响。

16、非接触式对接设计还带来了额外的优势，即减少了绝缘面板的空间占用，使整个系统结构更加紧凑，为其他组件提供了更多的安装空间。这一特性同样赋予了本发明广泛的应用潜力，使其不仅适用于电气车钩，还可以方便地拓展到其他需要稳定、长寿命连接方案的产品上，为相关领域的发展提供了新的思路和技术支持。由此可见，本发明顺利为电气车钩中的网络模块、信号传输等关键部分提供了一种更加可靠、耐用且易于扩展的解决方案，使其成为了一种寿命和稳定性均得到提升的新式电气车钩。