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非线性传输线让开发人员一筹莫展

非线性传输线让开发人员一筹莫展

关键字:遥测系统   DTMF解码器   高压脉冲   非线性传输线  
1982年,我正在为新西兰农场主开发一种用于通电围栏的电话与遥测系统。通常情况下,产生振荡高压的控制器是一个由主电源供电的脉冲生成器,较好的装置用于产生持续20毫秒,高达5kV的单极脉冲,脉冲大约每秒重复一次—不会致命,但足以打消任何再次触碰栅栏的意图。高电压甚至能作用于未剪毛的绵羊。
这样一个栅栏就像一条大约600欧姆阻抗的大地回路传输线,具体要看其结构。系统的极性取决于对闪电的阻抗,闪电中通常包含了因雷击而进入栅栏的负电流,然而一个邻近雷击也可能产生正电流。我所开发的系统使用了偏压阻塞二极管,以防止脉冲烧毁电路(更不用说还能避免听到嘈杂的咔嗒声)。对栅栏中直流电的探测会接通一个DTMF解码器,从而选择接收器。

现场试验是至关重要的。在一家农场里,DTMF解码器产生了数次突发的脉冲输出后,就归于静默。用一只阻塞二极管及示波器做的测试表明,在控制器负脉冲之后有一个12μsec的正脉冲。假设速度系数为0.7,这个数值给出了一个1.25 km(或大约0.75英里)的范围。然而,当我检查栅栏的对地漏电时,却发现整个农场的阻抗超过了3000欧姆。控制器带有一个消除正脉冲的电路。那么,一个低阻抗是如何转换脉冲极性的呢?

我驾车来到里程表指示1.25 km的地方。我没有看到任何杂散电线伸入地面,这是常见的问题。不过,下了车之后,我却听到了每秒一次的咔哒声。

我去看了下栅栏。农民使用的是钢制栅栏桩,并切了等长塑料软管做绝缘体,管上开有纵向缝隙。细钢丝将软管捆绑在钢桩上。虽然有绝缘,但是气隙会被控制器的脉冲击穿,并产生一个正极反射。我向农民解释了这个问题,他后来装了合适的绝缘体。并告诉我说栅栏现在情况“好多了”。

找到了电栅栏电话/DTMF控制器原型失败的原因后,我增加了箝位电路,这样正脉冲就不会到达DTMF解码器。农民们通常在做测试时不会用任何仪器—当然或许会穿橡胶靴—他们只是触碰栅栏以及一片草叶。然而在这种环境下的测试要用电池供电的示波器,因为接地点的电压很容易超过电源供电设备的额定绝缘度。控制器安装教材明确地说:由于有这类电压,控制器地应和交流电源地很好地分隔开来。

在另外一家农场,沿栅栏的电话连接会在控制器脉冲之间,间歇性的断开。我检查了栅栏,它已严重生锈,我必须使用鳄鱼夹(当然有绝缘)才能与地下金属件建立连接。电线之间的连接只是简单地回路套回路。这些也都是生锈的连接,脉冲弧会暂时地将电线焊在一起。不良连接在生锈时也会产生调幅收音机干扰。农民换掉了生锈的栅栏,反正它们越来越不可靠。

为了检查高压脉冲,我们改装了一支Heathkit的电视高压探头,使用了一只拆自汽车点火线的电容,它带一个金属导体,外包一个织带,还有一个分压器和补偿电路,以修正来自一个高于标称电压校正源(管式检查镜)的方波。泰克EHT探头会更好,但是价格太高。

遥测系统的专利最终过期了,这期间没有产生出一个成功的产品。
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