CN112260705A - 一种地铁施工物联网信号抗干扰传输*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***，包括滤波调幅电路、异常电流检测电路、稳流电路和信号加强电路，滤波调幅电路运用三极管Q2的导通控制地铁施工物联网信号的电压调整，异常电流检测电路运用电容C6的充放电检测地铁施工物联网信号的正向幅值，通过运放器AR2得到其反向幅值，并与地铁施工物联网信号的电压进行比较，以检测地铁施工物联网信号的过流情况，稳流电路运用电阻R19‑R22、电容C11‑C12、电感L3‑L4组成的强电磁干扰吸收网络来吸收电磁干扰能量，信号加强电路将滤波调幅电路、稳流电路输出的地铁施工物联网信号合并放大，以抑制电磁干扰给地铁施工物联网信号接收电路带来的电流异常，防止数据在传输中丢失和传输错误的现象发生。

Description

一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***

技术领域

本发明涉及信号地铁施工技术领域，特别是涉及一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***。

背景技术

地铁已经成为人们不可缺少的交通工具，各城市均在大力建设地铁，但是，地铁的施工环境在地下，由于地层力学参数的不确定性及施工过程的不可预见性，使地下工程设计和施工中难免出现与实际地层条件不符合的情况，因此需要在施工过程中利用地铁施工物联网监测地铁施工信息并上传给监测技术人员，以便他们及时进行处理、分析并反馈到施工与设计中，然后通过监测信息的反馈来修正设计、指导施工；但由于地铁施工的电器设备会产生强电磁辐射干扰，地铁施工现场附近一些大功率电台也会因信号的电流变化产生电磁场干扰，这将影响地铁施工物联网信号的安全传输，例如传输图像时产生网状波纹等现象，严重地甚至会导致数据传输的丢失和传输错误。

发明内容

针对上述情况，本发明之目的在于提供一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***，能够抑制强电磁干扰给地铁施工物联网信号接收电路带来的电流异常，防止数据在传输中丢失和传输错误的现象发生，同时也防止电流过高烧坏地铁施工物联网信号接收电路。

其解决的技术方案是，包括地铁施工物联网信号接收机、前置放大器、抗电磁干扰模块、第一混频器，地铁施工物联网信号接收机中的前置放大器选频放大地铁施工物联网信号，抗电磁干扰模块对放大后的地铁施工物联网信号进行强电磁干扰抑制，经电磁干扰抑制后传输至地铁施工物联网信号接收机中的第一混频器，所述抗电磁干扰模块包括滤波调幅电路、异常电流检测电路、稳流电路、信号加强电路；

所述滤波调幅电路接收前置放大器传来的地铁施工物联网信号，运用电阻R8、电阻R10分压取样地铁施工物联网信号的电压，当电压过高时，压敏电阻R28超过自身阈值，阻值极小，三极管Q2导通，三极管Q1的基极电位下降，三极管Q1输出的地铁施工物联网信号下降到正常值；所述异常电流检测电路利用电容C6的充放电检测地铁施工物联网信号的正向幅值，运用运放器AR2将幅值反向，得到地铁施工物联网信号的反向幅值，电阻R4将地铁施工物联网信号的电流在此处形成电压差，并分别经运放器AR4、运放器AR3与地铁施工物联网信号的正向幅值、反向幅值进行比较；当运放器AR4、运放器AR3的输出至少有一个为高电平时，所述稳流电路中的三极管Q3导通，地铁施工物联网信号经电阻R19-R22、电容C11-C12、电感L3-L4组成的强电磁干扰吸收网络吸收电磁干扰能量；所述信号加强电路将滤波调幅电路、稳流电路输出的地铁施工物联网信号合并输入运放器AR5的同相输入端，进行比例放大，并将比例放大后的地铁施工物联网信号传输至第一混频器输入端口。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；

1. 利用异常电流检测电路通过检测检测地铁施工物联网信号是否过流，从而检测地铁施工物联网信号是否受到了强电磁干扰，当地铁施工物联网信号过流时，异常电流检测电路输出为高电平，稳流电路导通，吸收地铁施工物联网信号中的异常电流，并将吸收异常电流后的地铁施工物联网信号传输至信号加强电路，当地铁施工物联网信号不存在过流时，地铁施工物联网信号通过滤波调幅电路调节地铁施工物联网信号的幅度，滤除低频噪声和稳定地铁施工物联网信号的波形。

2. 异常电流检测电路先检测出地铁施工物联网信号的正向幅值，然后将正向幅值反向，得到反向幅值，再将地铁施工物联网信号的电流转换成电压，并分别经运放器AR4、运放器AR3与地铁施工物联网信号的正向幅值、反向幅值进行比较，当地铁施工物联网信号存在正向过流或反向过流或双向过流的状况时，异常电流检测电路输出高电平，以导通稳流电路。

附图说明

图1为本发明一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***的电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

为了滤除地铁施工物联网信号中夹杂的低频噪声、稳定地铁施工物联网信号的波形，采用滤波调幅电路接收前置放大器传来的地铁施工物联网信号，运用电阻R1并联电容C2滤除低频噪声，电容C3、电感L1并联组成谐振网络，其谐振频率与地铁施工物联网信号频率相同，以滤除频带外杂波；运用电阻R8、电阻R10分压取样地铁施工物联网信号的电压，当电压正常时，电源+5V经电阻R6加载在三极管Q1的基极，三极管Q1正常导通，压敏电阻R28未达到阈值，电阻极大，所以三极管Q2截止，地铁施工物联网信号正常地通过三极管Q1输出至信号加强电路和稳流电路；当电压过高时，压敏电阻R28超过自身阈值，阻值极小，三极管Q2导通，三极管Q1的基极电位下降，从而使三极管Q1输出的地铁施工物联网信号下降到正常值，再将地铁施工物联网信号输出至信号加强电路和稳流电路，以达到稳定地铁施工物联网信号波形的目的；

电容C1、电容C4为耦合电容，电容C5为去耦电容，电阻R6-R7为限流电阻，电阻R9的作用是设置三极管Q2的发射极电位；

所述滤波调幅电路的具体结构，电容C1的一端接前置放大器输出端口，电容C1的另一端接电阻R1、电容C2、电容C3、电感L1的一端，电阻R1的另一端接地和电容C2的另一端，电容C3的另一端接电容C4的一端、电感L1的另一端和异常电流检测电路的输入端，电容C4的另一端接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接电阻R9、电阻R10、电容C5的一端、信号加强信号的输入端和稳流电路的输入端，三极管Q1的基极接电阻R6的一端和三极管Q2的集电极，电阻R6的另一端接电源+5V，三极管Q2的基极接压敏电阻R28的一端，压敏电阻R28的另一端接电阻R10的另一端和电阻R8的一端，三极管Q2的发射极接电阻R7的一端和电阻R9的另一端，电阻R7的另一端接地和电阻R8的另一端，电容C5的另一端接地。

为了检测地铁施工物联网信号是否受到强电磁干扰的影响，即检测地铁施工物联网信号的电流是否有大幅度异常情况，采用异常电流检测电路，当输入为地铁施工物联网信号的负半周时，二极管D2截止，地铁施工物联网信号无法经二极管D2继续输出；当输入为地铁施工物联网信号的正半周时，运放器AR1的输出与同相输入端信号一致，二极管D2导通，开始给电容C6充电，运放器AR1的输出端经电阻R3传输至运放器AR1的反相输入端，二极管D1截止，直到地铁施工物联网信号已经过正半周的峰值时，此时电容C6上的电压已达到地铁施工物联网信号的峰值，二极管D1导通，二极管D2截止，电容C5开始放电，直到地铁施工物联网信号的下一个正半周到来，循环电容C5的充放电过程，从而检测出地铁施工物联网信号的正向幅值；正向幅值分两路传输，一路传输至运放器AR4的反相输入端，另一路经电阻R11传输至运放器AR2的反相输入端，运用运放器AR2、电阻R11-R13组成的反向电路将正向幅值反向，得到地铁施工物联网信号的反向幅值，并将反向幅值传输至运放器AR3的同相输入端，电阻R4将地铁施工物联网信号的电流在此处形成电压差，并分两路传输，一路经二极管D3传输至运放器AR4的同相输入端，使地铁施工物联网信号的正半周信号与地铁施工物联网信号的正向幅值、电源+5V经电阻R27的电压之和进行比较，以检测地铁施工物联网信号是否正向过流，另一路经二极管D4传输至运放器AR3的反向相输入端，使地铁施工物联网信号的负半周信号与地铁施工物联网信号的反向幅值、电源-5V经电阻R14的电压之和进行比较，以检测地铁施工物联网信号是否反向过流，并将比较结果传输至稳流电路；当运放器AR3、运放器AR4的输出至少有一个为高电平时，即地铁施工物联网信号存在正向过流或反向过流或双向过流的状况时，异常电流检测电路输出比较结果为高电平，说明地铁施工物联网信号受到了强电磁干扰的影响；

电源+5V经电阻R27加载在运放器AR4的反向输入端是为了提高地铁施工物联网信号的正半周信号的基准电压，电源-5V经电阻R14加载在运放器AR3的同向输入端是为了降低地铁施工物联网信号的负半周信号的基准电压，以避免地铁施工物联网信号电压的微小变化就引起运放器AR3、运放器AR4输出的跃变；

所述异常电流检测电路的具体结构，运放器AR1的反相输入端接二极管D1的阳极和电阻R3的一端，二极管D1的阴极接运放器AR1的输出端和二极管D2的阳极，电阻R3的另一端接二极管D2的阴极、电容C6的一端、电阻R11、电阻R27的一端和运放器AR4的反相输入端，电容C6的另一端接地和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接运放器AR1的同相输入端、电阻R4的一端、二极管D3的阳极和二极管D4的阴极，电阻R4的另一端接滤波调幅电路中电容C4的一端和电容C3、电感L1的另一端，电阻R27的另一端接电源+5V，二极管D3的阴极接运放器AR4的同相输入端，二极管D4的阳极接运放器AR3的反相输入端，电阻R11的另一端接电阻R13的一端和运放器AR2的反相输入端，运放器AR2的同相输入端接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接地，电阻R13的另一端接运放器AR2的输出端、运放器AR3的同相输入端和电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电源-5V，运放器AR4的输出端接二极管D5的阳极，运放器AR3的输出端接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极接二极管D5的阴极和稳流电路中电阻R15的一端。

为了吸收地铁施工物联网信号受到的强电磁干扰，即吸收地铁施工物联网信号的异常电流，采用稳流电路，当异常电流检测电路输出比较结果为高电平时，三极管Q3导通，地铁施工物联网信号通过三极管Q3的集电极传输至电阻R16-R18、电容C8-C10组成的选频网络，利用电容C8、电容C10、电阻R18组成高通滤波电路，利用电阻R16-R17、电容C9组成低通滤波电路，低通滤波电路的截止频率低于高通滤波电路的截止频率，使高通滤波电路的截止频率-低通滤波电路的截止频率得到的频段是地铁施工物联网信号的带宽，因此选频网络对异常电流呈现低阻抗，并将其传输至运用电阻R19-R22、电容C11-C12、电感L3-L4组成的强电磁干扰吸收网络，以吸收异常电流，从而消除电磁干扰；且选频网络对地铁施工物联网信号呈现高阻抗，使之不能通过选频网络传输至强电磁干扰吸收网络，而是将地铁施工物联网信号接入电容C7、电感L2组成的LC并联回路进行滤波选频后传输至信号加强电路；其中电阻R15的作用是限流；

所述稳流电路的具体结构，电阻R15的一端接异常电流检测电路的输出端，电阻R15的另一端接三级管Q3的基极，三极管Q3的集电极接滤波调幅电路的输出端和信号加强电路的输入端，三极管Q3的发射极接电阻R16、电容C8的一端，电阻R16的另一端接电容C9的一端和电阻R17的一端，电容C8的另一端接电阻R18、电容C10的一端，电容C9的另一端接电容C7、电感L2的一端和电阻R18的另一端，电容C7的另一端接电感L2的另一端和信号加强电路的输入端，电阻R17的另一端接电容C10的另一端和电阻R19、电容C11、电阻R20、电容C12、电感L3、电阻R21、电感L4、电阻R22的一端，电阻R19的另一端接地和电容C11、电阻R20、电容C12、电感L3、电阻R21、电感L4、电阻R22的另一端。

为了提高地铁施工物联网信号的信噪比，采用信号加强电路将滤波调幅电路输出的地铁施工物联网信号和稳流电路输出的地铁施工物联网信号合并输入运放器AR5的同相输入端，进行比例放大，以提高地铁施工物联网信号的信噪比，并将比例放大后的地铁施工物联网信号传输至第一混频器输入端口；且电容C13的作用是去耦电容；

所述信号加强电路的具体结构，运放器AR5的同相输入端接电阻R24、电阻R23的一端，电阻R24的另一端接滤波调幅电路的输出端和稳流电路的输入端，电阻R23的另一端接稳流电路的输出端，运放器AR5的反相输入端接电阻R25、电阻R26的一端，电阻R26接地和电容C13的一端，电容C13的另一端接电阻R25的另一端、运放器AR5的输出端和第一混频器输入端端口。

本发明具体使用时，滤波调幅电路接收前置放大器传来的地铁施工物联网信号，运用电阻R1并联电容C2滤除低频噪声，电容C3、电感L1并联组成谐振网络，以滤除频带外杂波，运用电阻R8、电阻R10分压取样地铁施工物联网信号的电压，当电压正常时，电源+5V经电阻R6加载在三极管Q1的基极，三极管Q1正常导通，压敏电阻R28未达到阈值，电阻极大，所以三极管Q2截止，地铁施工物联网信号正常地通过三极管Q1输出至信号加强电路和稳流电路，当电压过高时，压敏电阻R28超过自身阈值，阻值极小，三极管Q2导通，三极管Q1的基极电位下降，三极管Q1输出的地铁施工物联网信号下降到正常值；当输入为地铁施工物联网信号的正半周时，异常电流检测电路中的运放器AR1的输出与同相输入端信号一致，二极管D2导通，开始给电容C6充电，运放器AR1的输出端经电阻R3传输至运放器AR1的反相输入端，二极管D1截止，直到地铁施工物联网信号已经过正半周的峰值时，二极管D1导通，二极管D2截止，电容C5开始放电，直到地铁施工物联网信号的下一个正半周到来，循环电容C5的充放电过程，从而检测出地铁施工物联网信号的正向幅值，运用运放器AR2将幅值反向，得到地铁施工物联网信号的反向幅值，电阻R4将地铁施工物联网信号的电流在此处形成电压差，并分别经运放器AR4、运放器AR3与地铁施工物联网信号的正向幅值、反向幅值进行比较，当运放器AR3、运放器AR4的输出至少有一个为高电平时，异常电流检测电路输出比较结果为高电平；当异常电流检测电路输出比较结果为高电平时，三极管Q3导通，地铁施工物联网信号通过三极管Q3的集电极传输至电阻R16-R18、电容C8-C10组成的选频网络，对异常电流呈现低阻抗，并将其传输至运用电阻R19-R22、电容C11-C12、电感L3-L4组成的强电磁干扰吸收网络，以吸收异常电流，对地铁施工物联网信号呈现高阻抗，使之不能通过选频网络传输至强电磁干扰吸收网络，而是将地铁施工物联网信号接入电容C7、电感L2组成的LC并联回路进行滤波选频后传输至信号加强电路。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***，包括地铁施工物联网信号接收机、前置放大器、抗电磁干扰模块、第一混频器，其特征在于，地铁施工物联网信号接收机中的前置放大器选频放大地铁施工物联网信号，抗电磁干扰模块对放大后的地铁施工物联网信号进行强电磁干扰抑制，经电磁干扰抑制后传输至地铁施工物联网信号接收机中的第一混频器，所述抗电磁干扰模块包括滤波调幅电路、异常电流检测电路、稳流电路、信号加强电路；

所述滤波调幅电路接收前置放大器传来的地铁施工物联网信号，运用电阻R8、电阻R10分压取样地铁施工物联网信号的电压，当电压过高时，压敏电阻R28超过自身阈值，阻值极小，三极管Q2导通，三极管Q1的基极电位下降，三极管Q1输出的地铁施工物联网信号下降到正常值；所述异常电流检测电路利用电容C6的充放电检测地铁施工物联网信号的正向幅值，运用运放器AR2将幅值反向，得到地铁施工物联网信号的反向幅值，电阻R4将地铁施工物联网信号的电流在此处形成电压差，并分别经运放器AR4、运放器AR3与地铁施工物联网信号的正向幅值、反向幅值进行比较；当运放器AR4、运放器AR3的输出至少有一个为高电平时，所述稳流电路中的三极管Q3导通，地铁施工物联网信号经电阻R19-R22、电容C11-C12、电感L3-L4组成的强电磁干扰吸收网络吸收电磁干扰能量；所述信号加强电路将滤波调幅电路、稳流电路输出的地铁施工物联网信号合并输入运放器AR5的同相输入端，进行比例放大，并将比例放大后的地铁施工物联网信号传输至第一混频器输入端口。

2.如权利要求1所述一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***，其特征在于，所述滤波调幅电路包括电容C1，电容C1的一端接前置放大器输出端口，电容C1的另一端接电阻R1、电容C2、电容C3、电感L1的一端，电阻R1的另一端接地和电容C2的另一端，电容C3的另一端接电容C4的一端、电感L1的另一端和异常电流检测电路的输入端，电容C4的另一端接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接电阻R9、电阻R10、电容C5的一端、信号加强信号的输入端和稳流电路的输入端，三极管Q1的基极接电阻R6的一端和三极管Q2的集电极，电阻R6的另一端接电源+5V，三极管Q2的基极接压敏电阻R28的一端，压敏电阻R28的另一端接电阻R10的另一端和电阻R8的一端，三极管Q2的发射极接电阻R7的一端和电阻R9的另一端，电阻R7的另一端接地和电阻R8的另一端，电容C5的另一端接地。

3.如权利要求1所述一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***，其特征在于，所述异常电流检测电路包括运放器AR1，运放器AR1的反相输入端接二极管D1的阳极和电阻R3的一端，二极管D1的阴极接运放器AR1的输出端和二极管D2的阳极，电阻R3的另一端接二极管D2的阴极、电容C6的一端、电阻R11、电阻R27的一端和运放器AR4的反相输入端，电容C6的另一端接地和电阻R5的一端，电阻R5的另一端接运放器AR1的同相输入端、电阻R4的一端、二极管D3的阳极和二极管D4的阴极，电阻R4的另一端接滤波调幅电路中电容C4的一端和电容C3、电感L1的另一端，电阻R27的另一端接电源+5V，二极管D3的阴极接运放器AR4的同相输入端，二极管D4的阳极接运放器AR3的反相输入端，电阻R11的另一端接电阻R13的一端和运放器AR2的反相输入端，运放器AR2的同相输入端接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接地，电阻R13的另一端接运放器AR2的输出端、运放器AR3的同相输入端和电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电源-5V，运放器AR4的输出端接二极管D5的阳极，运放器AR3的输出端接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极接二极管D5的阴极和稳流电路中电阻R15的一端。

4.如权利要求1所述一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***，其特征在于，所述稳流电路包括电阻R15，电阻R15的一端接异常电流检测电路的输出端，电阻R15的另一端接三级管Q3的基极，三极管Q3的集电极接滤波调幅电路的输出端和信号加强电路的输入端，三极管Q3的发射极接电阻R16、电容C8的一端，电阻R16的另一端接电容C9的一端和电阻R17的一端，电容C8的另一端接电阻R18、电容C10的一端，电容C9的另一端接电容C7、电感L2的一端和电阻R18的另一端，电容C7的另一端接电感L2的另一端和信号加强电路的输入端，电阻R17的另一端接电容C10的另一端和电阻R19、电容C11、电阻R20、电容C12、电感L3、电阻R21、电感L4、电阻R22的一端，电阻R19的另一端接地和电容C11、电阻R20、电容C12、电感L3、电阻R21、电感L4、电阻R22的另一端。

5.如权利要求1所述一种地铁施工物联网信号抗干扰传输***，其特征在于，所述信号加强电路包括运放器AR5，运放器AR5的同相输入端接电阻R24、电阻R23的一端，电阻R24的另一端接滤波调幅电路的输出端和稳流电路的输入端，电阻R23的另一端接稳流电路的输出端，运放器AR5的反相输入端接电阻R25、电阻R26的一端，电阻R26接地和电容C13的一端，电容C13的另一端接电阻R25的另一端、运放器AR5的输出端和第一混频器输入端端口。

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