一种同轴开关模块及其构成的同轴扫描开关
阅读说明：本技术 一种同轴开关模块及其构成的同轴扫描开关 (Coaxial switch module and coaxial scanning switch formed by same ) 是由 钱璐帅 富雅琼 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种同轴开关模块及其构成的同轴扫描开关,包括柔性电路板、金属屏蔽盒、继电器阵列、继电器驱动器、固定座、同轴端子阵列、绝缘片；柔性电路板一端安装在金属屏蔽盒内部,另一端延伸至金属屏蔽盒外部；继电器阵列和继电器驱动器安装在金属屏蔽盒内部的柔性电路板上；同轴端子阵列包括一个公共同轴端子和多个通道同轴端子,所有同轴端子均穿过绝缘片后安装在金属屏蔽盒的外表面；公共同轴端子与多个通道同轴端子之间通过继电器阵列实现导通和断开；通过本发明可以解决精密交流信号、射频信号计量检定自动通道切换的问题,提高了相关计量检定业务的精度和效率。(The invention relates to a coaxial switch module and a coaxial scanning switch formed by the same, comprising a flexible circuit board, a metal shielding box, a relay array, a relay driver, a fixed seat, a coaxial terminal array and an insulating sheet; one end of the flexible circuit board is arranged inside the metal shielding box, and the other end of the flexible circuit board extends to the outside of the metal shielding box; the relay array and the relay driver are arranged on a flexible circuit board inside the metal shielding box; the coaxial terminal array comprises a common coaxial terminal and a plurality of channel coaxial terminals, and all the coaxial terminals penetrate through the insulating sheet and then are installed on the outer surface of the metal shielding box; the common coaxial terminal and the plurality of channel coaxial terminals are connected and disconnected through the relay array; the invention can solve the problem of automatic channel switching of metrological verification of precise alternating current signals and radio frequency signals, and improves the precision and efficiency of related metrological verification services.)
技术领域
本发明涉计量测试领域，具体涉及到一种同轴开关模块及其构成的同轴扫描开关。
背景技术
随着测量技术，通信技术，计算机技术的不断发展和应用，计量检测已逐步实现了自动化测量。扫描开关是一种构建电学、热工自动计量检定系统的仪器设备，在自动化的测量中起到重要的作用，它能在操作面板输入或程序指令控制下，使得一组输出(或输入)信号通道在不同组输入(或输出)信号通道之间切换。
目前已有的商用化扫描开关普遍是针对直流计量测试需求开发的，其主要是采用继电器或是多路波段开关，来实现不同输入通道与公共输出通道之间的电气转接。由于上述扫描开关的内部引线和外部的导线均处于非屏蔽的状态，容易受到扫描开关内部与外部其他部件的电磁干扰，因而不适合精密交流信号的测量，尤其是高频射频信号的测量。目前对精密的交流信号的测量，一般是通过人工切换同轴线缆的方式实现的，无法构建自动化测试系统，从而限制了计量测试效率的提升。
综上所述，有必要提出一种新的方案，可以解决高精度交流信号计量检定自动切换通道问题，避免外部因素的电磁干扰，提高相关计量检定业务的效率。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种同轴开关模块及其构成的同轴扫描开关，采用金属屏蔽盒以及同轴线缆对精密交流信号在传输过程中进行全路径的屏蔽，可以自动切换精密交流信号检定通道；避免了内部与外部其他部件的电磁干扰，提高了对精密交流信号的检测精度及计量检定业务的效率。
本发明提出一种同轴开关模块，包括柔性电路板、金属屏蔽盒、继电器阵列、继电器驱动器、固定座、同轴端子阵列、绝缘片；
所述柔性电路板一端安装在所述金属屏蔽盒内部，另一端延伸至所述金属屏蔽盒外部；
所述继电器阵列包括多个继电器，所述多个继电器通过所述固定座安装在所述金属屏蔽盒内部，所述多个继电器的信号引脚焊接在所述金属屏蔽盒内部的所述柔性电路板上；
所述继电器驱动器安装在所述金属屏蔽盒内部的所述柔性电路板上；
所述同轴端子阵列包括一个公共同轴端子和多个通道同轴端子；所述公共同轴端子与所述多个通道同轴端子均穿过所述绝缘片后安装在所述金属屏蔽盒的外表面；所述公共同轴端子与所述通道同轴端子的信号引脚穿过所述金属屏蔽盒后焊接在所述金属屏蔽盒内部的所述柔性电路板上；所述公共同轴端子与所述多个通道同轴端子通过所述继电器阵列实现导通与断开。
优选的，所述继电器为磁保持式继电器，具有一个闭合控制线圈、一个断开控制线圈、同步动作的第一开关与第二开关；所述继电器为常开型、常闭型或是转换型。
优选的，所述继电器阵列中所有继电器第一开关的活动触点通过所述柔性电路板并联后和所述公共同轴端子的芯线实现电气连接，所述继电器阵列中所有继电器第二开关的活动触点通过所述柔性电路板并联后与所述公共同轴端子的屏蔽线实现电气连接；所述继电器阵列的每一个继电器第一开关的静触点和第二开关的静触点对应连接每一个所述通道同轴端子的芯线和屏蔽线，在柔性电路板上，所有与同轴端子芯线相连接的金属导线两侧均有与之平行的与同一同轴端子屏蔽线相连的金属导线。
优选的，所述继电器驱动器为达林顿管、三极管、场效应管或继电器驱动专用芯片。
优选的，所述金属屏蔽盒包括底盒和盖板，所述底盒上面设置有线型凹槽，所述盖板上面设置有线型凸起，所述盖板线型凸起与所述底盒上面的线型凹槽相配合。
优选的，所述金属屏蔽盒内部设置有隔板，所述隔板将所述金属屏蔽盒分割成两个区域，所述继电器阵列和所述继电器驱动器分别安装在所述两个区域内。
优选的，所述继电器阵列由N个继电器组成，所述多个通道同轴端子由N个同轴端子组成，N的数量大于等于2。
本发明还提供了一种同轴扫描开关，包括同轴线缆、信号转接电路板、主控制器、固定支架以及多个如上所述的同轴开关模块；
所述多个同轴开关模块安装在所述固定支架内部，任一个所述同轴开关模块的公共同轴端子与另一个所述同轴开关模块的任一通道同轴端子通过所述同轴线缆连接；
所述信号转接电路板与所述多个同轴开关模块延伸至金属屏蔽盒外部的柔性电路板一端相连接，所述信号转接电路板用于接收控制信号，并将控制信号按照固定顺序分发至各个所述柔性电路板接口，以控制对应所述同轴开关模块中继电器阵列相应动作；
所述主控制器与所述信号转接电路板连接后安装在所述固定支架上，所述主控制器用于提供控制信号，控制多个同轴开关模块中继电器的相应动作。
优选的，由多个同轴扫描开关级联在一起，可以组成两线制单路多通道或是四线制单路多通道的同轴扫描开关。
优选的，所述主控制器还包括自动检测模块和人机交互界面，所述自动检测模块用于检测判断所述信号转接电路板上同轴开关模块接入的数量及位置，所述人机交互界面用于将人为控制意愿转换为电信号，所述电信号经由所述主控制器翻译生成控制信号，并将所述控制信号传送给所述信号转接电路板，控制相应同轴开关模块中继电器阵列的动作。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用金属屏蔽盒和同轴线缆的方案，对精密交流信号从输入端至输出端的过程中进行全路径的屏蔽，避免了内部与外部其它部件的电磁干扰，提高了对精密交流信号、射频信号计量检定的精度。
2.本发明通过控制继电器阵列的动作，实现自动切换不同的输入(输出)端至输出(输入)端，提升了对精密交流信号、射频信号的计量检定效率。
附图说明
图1同轴开关模块总体结构示意图；
图2同轴开关模块结构***图；
图3金属屏蔽盒内部结构示意图；
图4同轴端子阵列、继电器阵列、继电器驱动器安装在柔性电路板位置示意图；
图5一种同轴扫描开关总体结构示意图；
图6主控制器与信号转接电路板具体连接方式结构示意图；
图7十五个同轴开关模块构成的同轴扫描开关具体实施例结构示意图；
图8两线制单路多通道同轴扫描开关具体实施例结构示意图；
图中：1：同轴开关模块；2：信号转接电路板；3：主控制器；4：固定支架；11：同轴端子阵列；12：绝缘片；13：继电器阵列；14：继电器驱动器；15：柔性电路板；16：固定座；17：金属屏蔽盒；18：第一同轴开关模块；19：第二同轴开关模块；20：第十五同轴开关模块；21：人机交互界面；111：第一通道同轴端子；112：公共同轴端子；113：第二通道同轴端子；171：底盒；172：盖板；1711：线型凹槽；1721：线型凸起；
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图1和图2所示，一种同轴开关模块，包括柔性电路板15、金属屏蔽盒17、继电器阵列13、继电器驱动器14、固定座16、同轴端子阵列11、绝缘片12；
柔性电路板15一端安装在金属屏蔽盒17内部，另一端延伸至金属屏蔽盒17外部；
如图3和图4所示，继电器阵列13包括多个继电器，多个继电器通过固定座16安装在金属屏蔽盒17内部，多个继电器的信号引脚焊接在金属屏蔽盒17内部的柔性电路板15上；
有一优选方案，继电器阵列13中的继电器为磁保持式继电器，具有一个闭合控制线圈、一个断开控制线圈、同步动作的第一开关与第二开关，继电器可以是常开型、常闭型或是转换型；
为了给使用者提供更多形式的选择，可以将同轴端子的芯线和屏蔽线分别与继电器信号引脚进行连接；继电器阵列13中继电器第一开关的活动触点通过柔性电路板15并联后和公共同轴端子的芯线实现电气连接，继电器阵列13中继电器第二开关的活动触点通过柔性电路板15并联后与公共同轴端子的屏蔽线实现电气连接；继电器阵列的每一个继电器第一开关的静触点和第二开关的静触点对应连接每一个所述通道同轴端子的芯线和屏蔽线，在柔性电路板15上，所有与同轴端子芯线相连接的金属导线两侧均有与之平行的与同一同轴端子屏蔽线相连的导线。
如图4所示，继电器驱动器14安装在金属屏蔽盒17的内部的柔性电路板15上；有一优选方案，继电器驱动器14为达林顿管、三极管、场效应管或继电器驱动专用芯片。
如图2所示，同轴端子阵列11包括一个公共同轴端子和多个通道同轴端子；公共同轴端子与多个通道同轴端子均穿过绝缘片12后安装在金属屏蔽盒17的外表面；公共同轴端子与多个通道同轴端子的信号引脚穿过金属屏蔽盒17后焊接在金属屏蔽盒17内部的柔性电路板15上；公共同轴端子与多个通道同轴端子通过继电器阵列13实现导通与断开。
为了使多个同轴开关模块并排放置的时候紧密连接，有一优选方案，金属屏蔽盒17包括底盒171和盖板172，底盒171上面设置有线型凹槽1711，盖板172上面设置有线型凸起1721，盖板线型凸起1721与底盒上面的线型凹槽1711配合后安装。
为了避免继电器驱动器14在运行过程中产生的热量和电磁扰动对于所切换的精密交流信号、射频信号的干扰。有一优选方案，如图3和图4所示，金属屏蔽盒17内部设置有隔板，隔板将金属屏蔽盒17分割成两个区域，继电器阵列13和继电器驱动器14分别安装在两个区域内。
继电器阵列13由N个继电器组成，多个通道同轴端子由N个同轴端子组成，N的数量大于等于2；
继电器阵列13中至少有两个继电器，同轴端子阵列11中有一个公共同轴端子和至少两个通道同轴端子，可以组成多个输入端口连接至一个输出端口的同轴开关模块，可以实现多路的精密交流信号转接至同一输出端进行输出。在任意时刻，至多只有一个继电器处于闭合状态，其余继电器均处于断开状态，此时与闭合继电器相连接的通道同轴端子的芯线和屏蔽线，将分别和公共同轴端子的芯线和屏蔽线连接。综上，可以通过闭合不同继电器，实现不同通道同轴端子和公共同轴端子之间的电气连接，并同时保持良好的信号屏蔽效果。
如图5所示，一种同轴扫描开关，包括同轴线缆、信号转接电路板2、主控制器、固定支架4以及多个如上所述的同轴开关模块1；需要说明的是，图5中同轴线缆以及主控制器已省略。
多个同轴开关模块1安装在固定支架4内部，一个同轴开关模块1的公共同轴端子与另一个同轴开关模块1的任一通道同轴端子通过同轴线缆连接；
信号转接电路板2与多个同轴开关模块1延伸至金属屏蔽盒外部的柔性电路板一端分别相连接，用于接收控制信号，并将控制信号按照固定顺序分发至各个柔性电路板接口，以控制对应同轴开关模块1中继电器动作；
有一种具体的实施例，信号转接电路板2包括一个控制信号输入端口、一个控制信号输出端口以及多个柔性电路板的接口，从控制信号输入端口输入的控制信号按照固定顺序分发至各个柔性电路板接口，进而控制对应同轴开关模块中继电器阵列的动作；从控制信号输入端口输入的控制信号完全复制至控制信号输出端口。
需要说明的是，多个信号转接电路板2可以相互串联，如第一个信号转接板的控制信号输出端口和第二个信号转接电路板的控制信号输入端口对应连接；可以实现第一个信号转接电路板与第二个信号转接电路板的控制信号同步，这样在级联多个同轴扫描开关的时候，控制信号同时控制多个级联在一起的同轴扫描开关，使各个同轴扫描开关中相应同轴开关模块同步动作，可实现所需要的一对或多对同轴通道的切换。
主控制器与信号转接电路板2连接后安装在固定支架4上，主控制器用于提供控制信号，控制多个同轴开关模块中继电器的相应动作。
有一优选方案，如图6所示，主控制器3与信号转接电路板2连接后安装在信号转接电路板2的上方。需要说明的是，主控制器3与信号转接电路板2具体连接形式以及主控制器3具体安装位置并不局限于图6所示。
主控制器3还包括自动检测模块和人机交互界面21，自动检测模块用于检测判断信号转接电路板2上同轴开关模块接入的数量及位置，人机交互界面21通过连接线与主控制器3连接；用于将人为控制意愿转换为电信号，电信号经由主控制器3翻译生成控制信号，并将控制信号传送给信号转接电路板2，控制相应同轴开关模块中继电器的动作。
主控制器3还包括一个控制信号的输出端口，控制信号输出端口和信号转接电路板2的控制信号输入端口对应连接，人机交互界面21用于将人为控制意愿转换为电信号，电信号经由主控制器翻译生成控制信号，通过控制信号的输出端口传输至信号转接电路板2的控制信号输入端口，从控制信号输入端口输入的控制信号按照固定顺序分发至各个柔性电路板接口，进而控制对应同轴开关模块中继电器阵列的动作。
现以十五个同轴开模块构成的同轴扫描开关为例对本发明的实施方式进行叙述：
如图7所示，同轴开关模块包括一个公共同轴端子112、第一通道同轴端子111、第二通道同轴端子113、一号继电器和二号继电器；一号继电器和二号继电器分别包括第一开关和第二开关；
其中一号继电器和二号继电器第一开关的活动触点通过柔性电路板并联后与公共同轴端子112的芯线相互连接；一号继电器和二号继电器第二开关的活动触点通过柔性电路板并联后与公共同轴端子112的屏蔽线相互连接；一号继电器第一开关的静触点通过柔性电路板和第一通道同轴端子111的芯线相互连接；一号继电器第二开关的静触点通过柔性电路板和第一通道同轴端子111的屏蔽线相互连接；二号继电器第一开关的静触点通过柔性电路板和第二通道同轴端子113的芯线相互连接；二号继电器第二开关的静触点通过柔性电路板和第二通道同轴端子113的屏蔽线相互连接。
在使用上述同轴开关模块时，一号继电器闭合，则第一通道同轴端子111和公共同轴端子112相互连接；若二号继电器闭合，则第二通道同轴端子113和公共同轴端子112相互连接；若一号和二号继电器均不闭合，则没有通道同轴端子和公共同轴端子相互连接。需要说明的是，一号继电器和二号继电器不允许同时连接。
将十五个同轴开关模块紧密的连接在一起，安装在固定支架4内部，柔性电路板的尾部安装在信号转接电路板2的接口上，配合主控制器(图7中主控制器省略)就构成了一台同轴扫描开关；其中靠近固定支架4的同轴开关模块为第一同轴开关模块18，紧邻第一同轴开关模块18为第二同轴开关模块19，依次类推，最后一个为第十五同轴开关模块20；第一同轴开关模块18中第一通道同轴端子111与第二同轴开关模块19中的公共同轴端子112通过同轴线缆连接，第二同轴开关模块19中的第一通道同轴端子111与第三同轴开关模块中的公共同轴端子112通过同轴线缆连接(图7中同轴线缆省略)；依此类推完成所有同轴开关模块的连接；
第一同轴开关模块的公共同轴端子为扫描开关的公共输出端，其余各同轴开关模块以及第一同轴开关模块中所有未连接同轴线缆的通道同轴端子为同轴扫描开关的通道输入端，通过主控制器发出的控制信号，按照固定的顺序分发至各个柔性电路板接口，以控制对应同轴开关模块中相应的动作，可以导通指定的通道输入端至所述公共输出端。
以第五同轴开关模块中通道输入端连接至公共输出端为例进行说明，则需要闭合第一至第四同轴开关模块中的1号继电器，同时闭合第五同轴开关模块中2号继电器即可。
如图8所示，由多个同轴扫描开关级联在一起，可以组成两线制单路多通道或是四线制单路多通道的同轴扫描开关；现以两个同轴扫描开关级联在一起，组成两线制单路多通道的同轴扫描开关为例进行叙述；需要说明的是，图8中同轴线缆已省略。
现将两个上述同轴扫描开关级联在一起，将第一个信号转接电路板的控制信号输出端口和第二个信号转接电路板的控制信号输入端口对应连接。这样，主控制器提供的控制信号，可以同时传递至第一个信号转接电路板和第二个信号转接电路板；此时，第一个和第二个同轴扫描开关将同步动作，既可以实现所需求的两线制单路多通道信号的自动切换。
本发明采用金属屏蔽盒和同轴线缆的方案，对输入端至输出端的精密交流信号进行全路径的屏蔽，避免了内部与外部其它部件的电磁干扰，提高了对精密交流信号、射频信号计量检定的精度，通过控制继电器阵列的动作，实现自动切换不同的输入(输出)端至输出(输入)端，提升了对精密交流信号、射频信号的计量检定的效率，本发明还可以根据不同的需求，组成两线制单路多通道同轴扫描开关以及四线制单路多通道同轴扫描开关。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神前提下，各种改进、增加以及取代是可能的。