Модальный фильтр
Устройство защиты от импульсных сигналов, состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении, отличающееся тем, что параметры устройства выбраны так, что разность погонных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше длительности импульсного сигнала. Техническим результатом является обеспечение защиты от коротких импульсов с опасно высоким напряжением в линиях передачи, подключаемых к аппаратуре. Технический результат достигается за счет деления исходного импульсного сигнала на два импульса меньшей амплитуды.
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для защиты различной аппаратуры, преимущественно критичной к воздействию помех, передающихся по проводникам.
Обычно для защиты от коротких импульсов с опасно высоким напряжением в линиях передачи, применяют электронные компоненты. Но включаемые на входе аппаратуры мощные защитные приборы обладают недостаточным быстродействием, делая защиту от коротких импульсов не соответствующей паспортным данным приборов, а быстродействующие защитные приборы обладают недостаточной мощностью, делая защиту от мощных импульсов ненадежной, что оставляет нерешенной проблему защиты аппаратуры простыми средствами. То есть современные защитные электронные компоненты либо перегорают от воздействия мощных коротких импульсов с опасно высоким напряжением, либо не успевают срабатывать и защищаемая аппаратура выходит из строя.
Известно устройство защиты потребителей от превышения напряжения в сети питания [Борисов А.П., Гурлев В.А., Карпов Г.К., Павлов В.Н., патент на изобретение, дата публикации: 1995.10.20, номер публикации: 2046485], выбранное за прототип, заключающийся в том, что устройство обладает повышенной помехоустойчивостью от высокочастотных единичных импульсов в сети питания, обеспечивает обесточивание потребителя при превышении напряжения в сети выше уровня настройки, что достигается введением в устройство резистивного делителя с переменным резистором, исполнительного элемента с катушкой электромагнитного переключателя, схемы управления с пороговым элементом, состоящей из двух последовательно включенных диодов, и интегрирующей RC-цепи.
Недостатком этого устройства является обесточивание потребителя, что нельзя допускать, если обесточивание произойдет, к примеру, во время жизненно важной медицинской операции пациента, где применяется современное электронное оборудование. К тому же в данном прототипе используются радиоэлектронные компоненты, что не дает полную гарантию защиты от мощных коротких импульсов с опасно высоким напряжением.
Известно устройство защиты приемного тракта РЛС от мощного электромагнитного излучения (МЭМИ) [Карельский И.Н., Нестеров А.А., патент на полезную модель, дата
публикации: 1999.01.27, номер публикации: 98103128], выбранное за прототип, заключающийся в том, что импульсная мощность, которого на входе приемного тракта РЛС более 1 МВт, а длительность импульса составляет несколько десятков наносекунд, состоит из мощного инерционного защитного разрядника, выход которого соединен через линию задержки (коаксиальный кабель) с быстродействующим разрядником, отличающееся тем, что в целях защиты приемного тракта РЛС от импульсов МЭМИ в схему дополнительно вводят датчик МЭМИ, вход которого соединен с входом мощного инерционного защитного разрядника и схему формирования импульса поджига, вход которой соединен с выходом датчика МЭМИ, а выход с электродом поджига быстродействующего разрядника, параметры линии задержки подобраны таким образом, чтобы время прохождения импульса МЭМИ через линию задержки было больше или равно времени срабатывания цепи датчик - схема формирования импульса поджига и времени формирования поджигающего разряда на быстродействующем разряднике до его принудительного пробоя.
Недостатком этого устройства является отсутствие многоразового использования мощного инерционного защитного разрядника, его нужно каждый раз менять после срабатывания. К тому же использование радиоэлектронных компонентов только увеличивает себестоимость устройства.
Известно устройство защиты входа радиоприемника от электромагнитного импульса ядерного взрыва [Веселов Д.А., Пониматкин В.Е, Сычугов В.А., Вихлянцев А.А., Шакиров П.А., патент на полезную модель, дата публикации: 1998.07.27, номер публикации: 96106554], выбранное за прототип, заключающийся в том, что содержит штыревую антенну, соединенную кабельной линией с приемником, отличающееся тем, что, с целью разделения сигналов радиосвязи и электромагнитного импульса ядерного взрыва, дополнительно введены трехсекционный автотрансформатор, две емкости и запирающая катушка, при этом штыревая антенна соединена с автотрансформатором так, что две секции его соединены между антенной и корпусом устройства, одна из этих секций совместно с третьей секцией, соединенные с антенной образуют симметричный выход автотрансформатора, причем обе секции шунтируются соединенными параллельно емкостями, симметричный выход автотрансформатора соединен через обмотки запирающей катушки с выходом приемного устройства.
Недостатком этого устройства является использование радиоэлектронных полупроводниковых компонентов. Полупроводниковые компоненты в условиях радиации быстро выходят из строя, срок годности такой защитной аппаратуры соответственно не большой.
Известно устройство активной защиты от слабых биоэнергетических электромагнитных полей различного происхождения [Макаревич А.В., Коноплев С.П., патент на изобретение, дата публикации: 1999.06.27, номер публикации: 2132204], выбранное за прототип, заключающийся в том, что техническим результатом является повышение эффективности защиты от слабых электромагнитных, технических и биоэнергетических полей за счет устранения эффекта "клетки Фарадея". Устройство включает экран, выполненный в виде сетки из "золотой крученки", и передающую антенну. Для устранения эффекта "клетки Фарадея" антенна расположена между экраном и телом человека. Электромагнитные колебания сверхнизкой интенсивности, возбужденные в антенном контуре с помощью генератора звуковой частоты, модулированной через модулятор от генератора электрических импульсов частотой 10 Гц, стимулируют организм человека. Частота модуляции выбрана по методике доктора Р.Фолля и равна 10 Гц.
Несмотря на то, что в данном прототипе отсутствуют радиоэлектронные компоненты, недостатком этого устройства является отсутствие защиты от сильных электромагнитных полей различного происхождения.
Известно устройство защиты электроприемников от воздействия разрядов молнии и электромагнитных импульсов, наводимых разрядом в магистральных кабельных линиях электропередачи [Ханевич С. В., Скачков Ю.Н., Северин А.Е., Ханевич B.C., патент на полезную модель, дата публикации: 2003.07.10, номер публикации: 2001126011], выбранное за прототип, заключающийся в том, что состоит из защитного коммутатора, оборудованного системой автоматической замены коммутаторов, системой заземления и выводами к датчику перенапряжения и состоящее из корпуса кассеты с тремя блоками по три защитных коммутатора в каждом блоке, подающей пружины, штока фиксации с пружинами штоков, планки, пружины, шинки заземления, заземляющего вывода, отверстий фиксации, скользящего контакта от датчика перенапряжения с выводами к датчику, корпуса защитного коммутатора, верхнего электрода, проходных изоляторов, нижнего электрода, заземляющего электрода, пластичной изоляции, электродетонатора с термоизолятором, разрушаемой вставки, масла, воздушных полостей, проводов к электродетонатору, термоизолятора проводов и подпружиненного замка, удерживающего жилы кабеля.
Несмотря на то, что в данном прототипе существует автоматическая замена коммутаторов, недостатком этого устройства является отсутствие многоразового использования коммутаторов, их нужно каждый раз менять после срабатывания.
Наиболее близким к заявляемому устройству, является устройство, состоящее из трех проводников с диэлектрическим заполнением, позволяющее защиту от импульсных сигналов за счет их ослабления из-за потерь в проводниках и диэлектриках. Такая защита проста и дешева, но часто не достаточно эффективна.
Заявляемое устройство, предназначенное для защиты от импульсных сигналов, состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении, отличается тем, что параметры устройства выбраны так, что разность погонных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше длительности импульсного сигнала, в результате чего исходный импульсный сигнал делится на два импульса меньшей амплитуды.
Заявляемое устройство отличается от аналогов тем, что в нем не используются радиоэлектронные компоненты, а применяются особые структуры кабельных соединений, которые способствуют разложению опасных сверхкоротких импульсов высокого напряжения. Аналоги поглощают или отражают опасный импульс, а принцип защиты модального фильтра основан на способности опасного сверхкороткого импульса распадаться на импульсы меньшей амплитуды. Модальный фильтр обладает многоразовым пользованием, используется дешевый материал. Так как не используются полупроводниковые радиоэлектронные компоненты, то, следовательно, модальный фильтр является стойким к воздействию радиации. Достоинством модального фильтра является то, что он защищает от сильных электромагнитных полей различного происхождения.
Задачей устройства является обеспечение защиты от коротких импульсов с опасно высоким напряжением в линиях передачи, подключаемых к аппаратуре.
Поставленная задача решена за счет способности опасного сверхкороткого импульса распадаться на импульсы меньшей амплитуды.
Указанный технический результат достигается делением импульса пополам, фиг.1. Устройство позволяет делить импульсы высокого напряжения, общей длительностью в десятки наносекунд. Деление импульса осуществляется путем применения особых проводных структур. Схема заявляемого устройства представлена на фиг.2.
В заявляемом устройстве - модальном фильтре результат достигается благодаря явлению разложения импульса в связанных линиях передачи с неоднородным диэлектрическим заполнением. Зная такие параметры линии, как длина l и разность погонных задержек мод (
2-1), можно создавать условия для полезных модальных явлений. К полезным явлениям можно отнести способность опасного сверхкороткого импульса распадаться на импульсы меньшей амплитуды. Полное разложение импульса в
отрезке длиной l имеет место, если общая длительность импульса t
меньше минимального модуля разности задержек распространения мод в линии, т.е. при условии
t<l·|2-1|,
где 2, 1 - погонные задержки четной и нечетной моды отрезка.
Ценным свойством предлагаемого устройства является то, что оно обладает повышенной помехоустойчивостью к воздействию единичных импульсов, имеющих широкий спектр частот.
Устройство работает следующим образом. Входной короткий импульс с опасно высоким напряжением поступает по проводнику на модальный фильтр. После прохождения через модальный фильтр, прежний импульс делится на два импульса, но уже с меньшими амплитудами.
Устройство защиты от импульсных сигналов, состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении, отличающееся тем, что параметры устройства выбраны так, что разность погонных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше длительности импульсного сигнала.
