CN101765278A - 助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动控制技术，特别是一种助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法及装置。本发明所设计的一种助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法，它包括借助恒流调光器原供电网络的固有特性：串联回路同步特性、恒流特性，隔离变压器等效原理特性，采用电源同步，时域地址编码和斩波技术，实现信号的双向传输，将传输的模拟信号转换为对应50Hz工频的0/1通断数码，进而采用不同分频数值的多路再计数电路解码确认，从而完成多路信号的双向传输进而实现助航灯的故障检测显示和单灯控制。所述多路信号的双向传输中，其通道数量的减少或扩展根据现场的实际需求和用户意见确定，分频数值亦采用对应的自然数。

Description

助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法及装置

技术领域

本发明涉及自动控制技术，特别是一种助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法及装置。

背景技术

依据国际民航组织对助航灯相关的技术要求：助航灯为工频交流供电方式，即由调光器电源输出恒定电流(灯光亮级由电流2.8A～6.6A分五级确定)经由多个隔离变压器原边串联成高压一次回路，由隔离变压器的副边的二次回路供助航灯点燃。随着我国民航事业的飞速发展，机场对贯彻国际民用航空公约“附件十四助航灯完好率标准”和“高级地面活动引导”对助航灯控制功能要求的紧迫感已涉及对机场类别的升级。机场用户对助航灯监控功能提出了具体要求：如助航灯灯芯开路故障、二次线短路故障、灯坑进水故障的警示，以及滑行道中线灯分组分段控制(跟着绿灯走)、停止排灯的控制等，诸多功能扩展要求需增加助航灯调光器回路中的通道数量，这一切都有待于我们去开发和研究。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种旨在提高检测和控制灯位的可靠性和扩展功能要求，以实现助航灯的故障检测显示和单灯控制及多通道双向传输的助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法及装置。

为了达到上述目的，本发明所设计的一种助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法，它包括借助恒流调光器原供电网络的固有特性：串联回路同步特性、恒流特性，隔离变压器等效原理特性，采用电源同步，时域地址编码和斩波技术，实现信号的双向传输，将传输的模拟信号转换为对应50HZ工频的0/1通断数码，进而采用不同分频数值的多路再计数电路解码确认，从而完成多路信号的双向传输进而实现助航灯的故障检测显示和单灯控制。所述多路信号的双向传输中，其通道数量的减少或扩展根据现场的实际需求和用户意见确定，分频数值亦采用对应的自然数。

所述的多路信号的双向传输特别可以是采用四路信号的双向传输方法，分频数值采用÷4、÷5、÷7、÷9。

本发明设计的一种助航灯监控装置的工频数字化分频传输装置，它包括主计算机、灯位监控器、多路调光器，多路调光器的回路监控串行联接主计算机实时对N路调光器监控。所述的灯位监控器的工作电源有两种供电方式；在助航灯开路时电源取自隔变BMN的AB点，而在通常情况下即助航灯正常工作时电源由特殊设计的专用变压器BH提供。

所述灯位监控器的输入端输入计数脉冲信号，计数脉冲信号取自隔变BMN的输出AB点或专用变压器BH的输出CD点，当助航灯开路时取自AB，当助航灯正常工作时取自CD，选用四组光耦T1-T4分别采样以上二种状态正负半周的积分信号放大电路IC1输入采用积分环(R1 R2 C1)同时比较器电路IC2引入延时电路(R5 C2)。

本发明提供的一种助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法及装置，具有如下优点：

1：发射、接收电路均在隔变的二次端进行对供电回路一次高压线的接点不作任何改变，因而是安全的。

2：由于不用载波信号，本方案突出优点在于：不受一次线绝缘电阻的影响，即使一次线绝缘电阻为零时，仍能正常工作。

3：全波发射(360°)半波接收(180°)无需考虑隔变的同名端，电路简化。

4：相同或相近的发射、接收电路，电路简明安装便捷。

5：特别是本方案的潜在优势，在于其传输特征与调光器主回路原有的固有特性融为一体。原电路同步的串联和工频(50HZ)供电特征为本方案采用工频计数：时域地址和数字分频提供了保证；主回路的恒流特性和隔变的等效变压器原理，其磁饱和特性为本方案发射电路积蓄能量。(对于100W隔变工作在2.8-6.6A时、瞬间能量可达几百瓦)使接收信号幅度足够大，信噪比高，整机性能能做得更可靠，与常规载波方案的国内外同类功能产品相比已初步显现了其竞争优势，可望进一步满足机场需求。

另外，采用本发明提供的助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法及装置，还提高了检测和控制灯位的可靠性和扩展功能要求，以实现助航灯的故障检测显示和单灯控制。

附图说明

图1系统装置示意图；

图2为助航灯主监控装置原理方框图；

图3为助航灯位监控装置原理方框图；

图4为主监控器电原理图；

图5为灯位监控器电原理图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

实施例：

本实施例所采用的一种助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法，是借助恒流调光器原供电回路的固有特性：串联回路同步特性、恒流特性，隔离变压器等效原理特性，采用电源同步，时域地址编码和斩波技术，实现信号的双向传输，其特征是将传输的模拟信号转换为50HZ工频的开关量(0/1)数码进而采用不同的分频数进行多路信号的双向传输进而实现助航灯的故障检测显示和单灯控制。根据现场的实际需求和用户意见通道数量可减少或扩展，分频数值亦可采用其他自然数。本实施例仅列举了四路信号的双向传输方法，分频数值采用÷4、÷5、÷7、÷9。

如图1所示，本发明设计的助航灯监控装置的工频数字化分频传输装置，由两大部分组成即：灯光站及灯光现场(跑道滑行道)组成。其中灯光站的工控机监控着多路调光器回路对应的回路监控器(主机1～N)即能检测和控制现场每一盏助航灯的工作状态，本方案采用工频数字化分频进行双向传输的目的旨在提高检测和控制灯位的可靠性和扩展功能要求。

本实施例提供的助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法是四通道(÷4、÷5、÷7、÷9)双向传输；该方案的实用性表现为：

1、位于灯光站的回路监控器(简称主机)发出4分频(简称÷4)转换指令信号，使对应的远端灯坑内的灯位监控器(简称小盒)执行红绿灯转换；

2、主机发出÷5自检清零指令，使小盒的计数器清零，重新计数，对应在该小盒自身设定的唯一的时间段内(简称时域地址)应答回送÷9信号；

3、主机在该时域地址期间，收到÷9应答信号，即实现了该小盒的自检功能；

4、当小盒发生灯芯开路，二次线短路，灯坑进水故障时，亦在时域地址期间发出÷7故障信号，主机在对应的时域地址期间收到÷7信号，确认该故障灯位，并通过计算机处理显示在对应的屏幕界面上。

本方案特征是以工频数字分频(÷4÷5÷7÷9)进行回路监控器(主机)和灯位监控器(小盒)的双向通讯：其中由计算机给主机的转换指令信号(见图4)。经IC104与门电路与来自接成4分频电路的IC102合成为÷4信号，输至载波发射电路的输入端F，控制T102和载波管T101的通断，改变负载电阻，经隔变B0副边AB输至主回路，使对应远端小盒(见图5)取样电阻R208获取峰值段动态变化信号，经由T201～204IC201、202等组成的放大整形变换电路形成含有÷4开关量的信号。由G点输至由T205～208IC203～211等组成的4路再计数电路确认，其输出H点信号经积分电路R253、C251，放大电路IC211、比较器电路IC212以及驱动电路T209使继电器J2接点转换，实现了单灯控制功能；当主机接到计算机自检清零指令时图4的IC101 IC103合成的÷5信号，经上述同样的发射接收通道，使图5的G点含有÷5开关量信号，经由IC240～250等组成的5路再计数电路确认，并经积分放大比较电路，进而形成Z点的自检清零信号，该信号分成3路①其前沿微分信号使T290瞬间导通，微分后沿给IC290、291等形成清零脉冲②对应本小盒自身的时域地址MN时段(4.8S)由IC253与门电路输出驱动信号，使T210 T211导通继电器J1断开，为信号发射做准备③IC251与门电路在MN时域区间输出I点为高电压，为IC252 9分频电路提供工作电源，其Q3输出经由门电路IC254合成为÷9信号，由光耦T5控制发射电路T270通断，通过隔变BMN的AB将÷9信号送回主回路，这样对应图4主机的由IC105、106等组成的峰值段取样变换电路输出信号内含÷9信号，再经由IC171-190等组成的9路再计数电路确认，进而使W点输出自检信号，也就是说在主机自检指令÷5发送期间，对应时域地址接收到÷9信号即验证了该小盒工作正常实现了自检功能；这里须说明的是当主机发射自检指令的同时，前沿信号经微分使T191瞬间导通，形成主机计数器的清零信号，与每个小盒均处与同步计数状态。

当助航灯发生故障时对应图5中隔变BMN整流输出X点的信号会有明显的变化：①灯芯开路或二次线开路使X点高电压脉冲经T271使K1点形成故障信号。②灯芯短路或二次线短路使X点输出信号为零经IC273比较器电路使K2点输出故障信号③当灯坑进水时水电阻探极棒K4K5形成的信号经IC270等组成的比较器电路输出点K3输出故障信号④上述三种故障信号均作为IC271÷7电路的工作电源，与前述的÷9信号叠加(或门电路)在对应的时域地址发射÷7或÷9信号，其中的IC253与门电路功能如前述，目的在于在时域地址期间使继电器J1断开，处于发射信号准备态。÷7故障信号经调光器主回路传输至主机(图4)的隔变B0经IC105 106等组成的峰值段取样变换为开关量脉冲(S点)再由IC151-164等接成的7路再计数电路确认进而经放大电路IC165.比较器电路IC166等，其输出点Y形成故障信号由计算机对时域地址解码，确定故障灯位并显示在对应的位置。至此，本实施例实现了四路信号在该路调光器回路中传输和监控。事实上根据用户的需要和现场的实际情况和功能要求不同，上述的通道数量，分频数值，可作相应的简化和扩展，一定程度上体现了本设计的灵活性。

从上述工作过程还可以看出，主机发射的指令信号是实时在线连续工作的，而小盒仅在自身设定的唯一的时域地址(4.8S)发射信号(÷7、÷9)，同时小盒的接收电路只选频在主机发射信号(÷4、÷5)因而不存在信号相互串扰的可能性，通常情况下主回路中只有指令信号在传输，以主机发射转换指令为例简述其工作原理：

1.如前所述，÷4信号控制斩波管T101通断用以改变隔变B0的等效负载(见图4)，事实是该隔变设计在临界饱和状态，即该100W隔变实际输出的峰值电压幅度对应国产闸流波输出调光器3级灯光工作时，可达几百伏，(对应准正弦波输出的进口调光器该幅值也可达百伏以上)上述通断信号使其输出端AB动态变化量可达100V以上并呈现三低一高的状态。该信号通过1∶1的隔变传至主回路目标灯小盒的隔变BMN，使其二次端AB(见图5)亦载有较大幅度变化三低一高的信号(10V以上)；小盒的峰值取样变换电路具有较强的随动动态功能，这里指的随动功能是适应调光器亮级变换、调光器输出波形不同，小盒的助航灯工作状态不同，由于该电路采用较强的直流负反馈(T203)，尤其是该电路多处设计了RC分压器，(如R201 C201)起到了动态稳压的效果，使输出波形始终动态跟踪在峰值段取样状态进而由图中的IC202比较器电路将模拟量变换为开关量，形成1000、或0100、0010、0001输出信号，四路再计数电路由÷4电路IC211的四个输出端Q0-Q3进行四路分别再计数，其中必然有一路处于连续计数状态，以1000为例(见图5)，IC203处于连续计数状态，当该计数器Q5有输出信号时H点输出信号被确认为转换指令有效，图中IC204、206、208、210接成÷8电路，也就是说在设定的8个周期内，只要有一路信号计数大于5，即执行指令(以上简称85配置)否则将被÷8电路清零。这样上述的主机指令发射直至灯位转换所需的时间，在÷4，85配置情况下约4×5个工频周期。考虑到积分电路延迟等因素，单灯控制时间约为0.5S。实现了国际民航组织“高级地面活动引导”手册的技术要求并留有一定的设计余量。

本方案的85配置是以可靠性设计为基础，顾及到可能出现的电网干扰，助航灯亮级变换，雷击等因素而设定的，事实上该配置比例和数值的确定与该回路需要的通道数量，以及每个通道的分频数值密切相关的，涉及到数学模型中最小公倍数、公约数、概率论等概念，针对现场不同的技术要求和用户意见，本方案具有较大的灵活性。

2.本方案小盒的工作电源有两种供电方式；在助航灯开路时电源取自隔变BMN的AB点，而在通常情况下即助航灯正常工作时电源由特殊设计的专用变压器BH提供，该变压器的设计要求①输出功率＞4W.②输出信号波形的相位和幅度满足计数脉冲和峰值段取样的技术要求，以确保整机较佳的信噪比。③体积小，为此，该变压器采用高导磁率(＞15000高斯)薄型(＜0.2mm)矽钢片，特殊绕制，原边为10匝(Φ2.5)输出功率为6W的小型变压器(或称互感器)。

3.本方案小盒的计数脉冲信号取自隔变BMN的输出AB点或专用变压器BH的输出CD点，(当助航灯开路时取自AB，当助航灯正常工作时取自CD)。选用四组光耦T1-T4分别采样两种状态正负半周的积分信号。放大电路IC1输入端引入经积分环(R1 R2 C1)同时比较器电路IC2引入延时电路(R5 C2)其目的在于克服国产闸流波输出的调光器低亮级时的双峰干扰，实现了主机和小盒的计数器始终处于同步计数的状态，使本方案更具实用性，适应各种波形输出的调光器和不同功率的隔离变压器(50-300W)顺便说明本方案的五级(÷3÷8÷10÷10÷10)计数电路亦引入积分环，提高了抗干扰能力，小盒的时域地址MN(计数器后两位)以0-99递进编码，因而对每个小盒而言，具有自身唯一的时域地址。对应50HZ工频时时域地址为4.8S(对应60HZ时为4S)满足了机场的实际需求。(根据国际标准进近灯166盏分两路调光器供电每路约为83盏)。

Claims (6)

1.一种助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法，它包括借助恒流调光器原供电网络的固有特性：串联回路同步特性、恒流特性，隔离变压器等效原理特性，采用电源同步，时域地址编码和斩波技术，实现信号的双向传输，其特征是将传输的模拟信号转换为对应50HZ工频的0/1通断数码，进而采用不同分频数值的多路再计数电路解码确认，从而完成多路信号的双向传输进而实现助航灯的故障检测显示和单灯控制。

2.根据权利要求1所述的助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法，其特征是所述多路信号的双向传输中，其通道数量的减少或扩展根据现场的实际需求和用户意见确定，分频数值亦采用对应的自然数。

3.根据权利要求1或2所述的助航灯监控装置的工频数字化分频传输方法，其特征是所述的多路信号的双向传输是采用四路信号的双向传输方法，分频数值采用÷4、÷5、÷7、÷9。

4.一种助航灯监控装置的工频数字化分频传输装置，它包括主计算机、灯位监控器、多路调光器，其特征是多路调光器的回路监控串行联接主计算机实时对N路调光器监控。

5.根据权利要求4所述的助航灯监控装置的工频数字化分频传输装置，其特征是所述的灯位监控器的工作电源有两种供电方式；在助航灯开路时电源取自隔变BMN的AB点，而在通常情况下即助航灯正常工作时电源由特殊设计的专用变压器BH提供。

6.根据权利要求4或5所述的助航灯监控装置的工频数字化分频传输装置，其特征是所述灯位监控器的输入端输入计数脉冲信号，计数脉冲信号取自隔变BMN的输出AB点或专用变压器BH的输出CD点，当助航灯开路时取自AB，当助航灯正常工作时取自CD，选用四组光耦T1-T4分别采样以上二种状态正负半周的积分信号放大电路IC1输入采用积分环(R1R2C1)同时比较器电路IC2引入延时电路(R5C2)。

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