616_Pervushina._MU_po_REJS-305_

изменения сечения жилы, у мест сжатия кабеля, у места обрыва, короткого замыкания и т.д.

Если выходное сопротивление импульсного рефлектометра отличается от волнового сопротивления измеряемой линии, то в месте подключения рефлектометра к линии возникают переотражения.

Переотражения – это отражения от входного сопротивления рефлектометра отраженных сигналов, которые пришли к месту подключения рефлектометра из линии. Выходное и входное сопротивления рефлектометра, как правило, равны между собой.

В зависимости от соотношения входного сопротивления рефлектометра и волнового сопротивления линии изменяется полярность и амплитуда переотражений, которая может оказаться соизмеримой с амплитудой отражений. Поэтому перед измерением рефлектометром обязательно нужно выполнить операцию согласования выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением линии.

Рисунок 7.3 – Примеры рефлектограммы линии без согласования выходного сопротивление с линией и с согласованием согласования выходного сопротивления

При распространении вдоль линии импульсный сигнал затухает, то есть уменьшается по амплитуде.

Затухание линии определяется ее геометрической конструкцией и выбором материалов для проводников и изоляции и является частотнозависимым.

Следствием частотной зависимости является изменение зондирующих импульсов при их распространении по линии: изменяется не только амплитуда,

21

но и форма импульса – длительности фронта и среза импульса увеличиваются («расплывание» импульса). Чем длиннее линия, тем больше «расплывание» и меньше амплитуда импульса. Это затрудняет точное определение расстояния до повреждения.

Примеры рефлектограмм линий без затухания (идеальная линия) и с затуханием показаны на рисунке 7.4.

Для более точного измерения необходимо правильно, в соответствии с длиной и частотной характеристикой затухания линии, выбирать параметры зондирующего импульса в рефлектометре.

Рисунок 7.4 – Линия с затуханием и без затухания

Критерием правильного выбора является минимальное «расплывание» и максимальная амплитуда отраженного сигнала.

Если при подключенной линии на рефлектограмме наблюдается только зондирующий импульс, а отраженные сигналы отсутствуют, то это свидетельствует о точном согласовании выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением линии, отсутствии повреждений и наличии на конце линии нагрузки равной волновому сопротивлению линии.

Рисунок 7.5 – Линия с согласованным сопротивлением рефлектометра и нагрузки

Вид отраженного сигнала зависит от характера повреждения или неоднородности. Например, при обрыве отраженный импульс имеет ту же

22

полярность, что и зондирующий, а при коротком замыкании отраженный импульс меняет полярность.

Рисунок 7.6 – Отражение импульса от различных мест повреждения

В идеальном случае, когда отражение от повреждения полное и затухание отсутствует, амплитуда отраженного сигнала равна амплитуде зондирующего импульса.

Рассмотрим два случая эквивалентных схем повреждений, которые наиболее часто встречаются на практике: шунтирующая утечка и продольное сопротивление.

Пусть место повреждения линии представляет собой шунтирующую утечку Rш:

Рисунок 7.7 – Схема повреждения с продольной утечкой

С изменением сопротивления утечки от нуля (соответствует короткому замыканию) до бесконечности (соответствует исправной линии), при положительном зондирующем импульсе отраженный импульс имеет отрицательную полярность и изменяется по амплитуде от максимального значения до нулевого, в соответствии с выражением:

где: Rш – сопротивление шунтирующей утечки,

W1 – волновое сопротивление линии в месте повреждения, определяется выражением:

23

Так, например, при коротком замыкании (Rш = 0) получаем: Котр = -1. В этом случае сигнал отражается полностью с изменением полярности.

При отсутствии шунтирующей нагрузки (Rш = бесконечности) имеем: Котр = 0. Сигнал не отражается вообще.

При изменении Rш от 0 до бесконечности амплитуда отраженного сигнала уменьшается от максимального значения до нулевого, сохраняя отрицательную полярность (рисунок 7.8).

Рисунок 7.8 – Зависимость отражённого импульса от сопротивления Rш

Если эквивалентная схема места повреждения линии имеет вид включения продольного сопротивления (например, нарушение спайки или скрутки жилы), то с изменением величины продольного сопротивления отраженный импульс изменяется по амплитуде, оставаясь той же полярности что и зондирующий импульс.

Рисунок 7.9 – Схема повреждения с продольным сопротивлением

Выражение для коэффициента отражения при наличии включения продольного сопротивления будет иметь вид:

где: Rп – продольное сопротивление,

W1 – волновое сопротивление линии в месте включения продольного повреждения, определяемое выражением:

24

В случае обрыва жилы (Rп = бесконечности) получаем коэффициент отражения: Котр = 1. Это означает, что сигнал отражается полностью без изменения полярности.

При нулевом значении продольного сопротивления (Rп = 0) имеем: Котр = 0. Сигнал не отражается вообще.

При изменении Rп от бесконечности до 0 отраженный сигнал уменьшается по амплитуде от максимального значения до нулевого, без изменения полярности (рисунок 7.10).

Рисунок 7.10 – Зависимость отражённого импульса от сопротивления Rп

Разрешающая способность – это минимальное расстояние между двумя неоднородностями волнового сопротивления при котором отраженные от них сигналы еще наблюдаются как отдельные сигналы.

Рисунок 7.11 – Разрешающая способность импульса

На рисунке отраженные от двух неоднородностей импульсы еще наблюдаются раздельно.

Длительность зондирующего видеоимпульса влияет на разрешающую способность рефлектометра – чем она меньше, тем выше разрешающая способность рефлектометра.

В тоже время, при уменьшении длительности зондирующих сигналов возрастает их затухание.

Следует иметь в виду, что для линий с одинаковой длиной более высокая разрешающая способность может быть получена на более высокочастотной линии.

25

Коэффициент укорочения электромагнитных волн (h)

Зондирующие импульсы распространяются в кабельных линиях по определенным волновым каналам, определяемым режимом включения «жила – жила», «жила – оболочка» и другие варианты.

Импульсный сигнал распространяется в линии с определенной скоростью, которая зависит от типа диэлектрика.

Коэффициент укорочения показывает во сколько раз скорость распространения импульса в линии меньше скорости распространения в воздухе.

В любом рефлектометре перед измерением расстояния нужно установить коэффициент укорочения. Точность измерения расстояния до места повреждения зависит от правильной установки коэффициента укорочения.

Величина h является справочной только для радиочастотных кабелей, для других типов кабелей не нормируется. Коэффициент укорочения можно определить импульсным рефлектометром по кабелю известной длины.

Для многожильных и многопарных кабелей коэффициент укорочения, волновое сопротивление и затухание различны для каждого варианта включения, поэтому рекомендуются включения рефлектометра независимо от типа повреждения по схеме «жила – жила». При повреждении одной из жил можно использовать схему включения «поврежденная жила – неповрежденная жила».

Включение рефлектометра по схеме «жила – оболочка» позволяет выявить поврежденную жилу методом сравнения.

На практике метод импульсной рефлектометрии позволяет эффективно определить обрыв, короткое замыкание, низкоомное соединения жил или оболочки при сопротивлении утечки до 10 кОм, муфты, ответвления и т.д. При малых синхронных помехах возможно обнаружение повреждений и при более высоких значениях сопротивлений утечки.

8. Контрольные вопросы

1.В чем заключается сущность импульсного метода измерения параметров электрических кабелей электросвязи?

2.Какие задачи решает импульсный метод измерения?

3.Из каких основных блоков состоит импульсный рефлектометр?

4.Каким образом измеряются расстояния до неоднородностей волнового сопротивления?

5.Какими основными характеристиками обладает зондирующий импульс?

6.Каким образом измеряется коэффициент отражения от неоднородностей волнового сопротивления?

7.Что такое сосредоточенная неоднородность?

8.От каких параметров зондирующего импульса зависит разрешающая способность по расстоянию?

26

9.От чего зависит амплитуда напряжения отраженного импульса?

10.От чего зависит полярность отраженного импульса?

11.Что такое динамический диапазон импульсного рефлектометра?

9.Список рекомендуемой литературы

3.1Горлов Н. И. , Михайловская Ж.А., Первушина Л. В. Методы измерений параметров кабелей электросвязи. – Новосибирск, 2009.

3.2Яловицкий М.П. Электрические измерения на линиях связи. – М.: Радио и связь, 1984.

3.3Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи. – М.: Радио и связь, 1988.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Идентификация рефлектограмм

Согласование сопротивления прибора с волновым сопротивлением линии

Первое, на чем необходимо заострить внимание при анализе рефлектограмм – это вопросы согласования прибора с волновым сопротивлением кабельной линии. Если выходное сопротивление прибора

интерпретация полученной рефлектограммы будет крайне затруднена.

В качестве примера рассмотрим рефлектограммы кабеля длиной 100м в двух крайних положениях ручки согласования волнового сопротивления кабеля с входным сопротивлением импульсного рефлектометра:

Рисунок 1 – Рефлектометр не согласован с линией Zв Z0

27

Рисунок 2 – Рефлектометр не согласован с линией Zв Z0

На рисунках 1 и 2 кроме отражения от нагрузки видны дополнительные отклики. Это так называемые «фантомные отражения» которые являются результатом отражения вернувшегося импульса от входа прибора. Повторно отраженный импульс вновь отражается от реального обрыва и возвращается на вход прибора. В зависимости от положения ручки согласования, т.е. в зависимости от того – больше входное сопротивление, чем волновое сопротивление кабеля, или меньше, вторичный импульс может быть как прямой полярности, так и обратной. При хорошем качестве кабеля, или небольших дальностях, т.е. в случае малого затухания мы можем наблюдать цепочку импульсов (рис. 1и рис. 2), обусловленную вторым, третьим и т.д. отражениями. Складываясь с "полезным" сигналом, эти дополнительные отражения могут образовать весьма причудливую картину, не всегда однозначно интерпретируемую. Поэтому следует стремиться к максимальному согласованию входа прибора с исследуемым кабелем.

Удачное согласование изображено на рисунке 3. При этом "фантомные отражения" практически исчезают.

Рисунок 3 – Рефлектометр согласован с линией Zв Z0

28

В практической работе часто возникают проблемы, связанные с согласованием кабеля с прибором, кабеля с кабелем или оконечным устройством. Если, к примеру, на конце кабеля установлено согласующее устройство с активным сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля, то определить конец кабеля невозможно, так как отражение отсутствует.

Другим, наиболее распространенным примером, является невозможность полного согласования прибора с кабелем, выражающаяся в невозможности убрать "фантомные» отражения. Подобные ситуации наиболее часто встречаются на силовых кабелях, но иногда они возникают и на высококачественных коаксиальных кабелях. Для понимания природы этого явления обратимся к формуле волнового сопротивления в полном ее варианте:

Очевидно, что в общем случае волновое сопротивление зависит от частоты, а, следовательно, не может быть одним и тем же в широком диапазоне частот, входящем в состав спектра прямоугольного зондирующего импульса. Таким образом, полное согласование простым способом, т.е. вращением ручки согласующего потенциометра, недостижимо никогда.

Итоговая картина, обусловленная остаточным отражением, зависит уже от свойств кабеля. Так для силовых кабелей с повышенным ослаблением высоких частот, возникает необходимость согласования в области низких частот, где волновое сопротивление сильно зависит от частоты, а также растет и может превысить диапазон регулирования.

Для высококачественных широкополосных радиочастотных кабелей проблема уже в другой части диапазона – высокочастотной. Вход рефлектометра имеет также реактивную составляющую (входную емкость и индуктивность), причем они не перестраиваются. Следовательно, идеальное согласование и в этом случае недостижимо. Таким образом, можно сделать вывод о том, что на практике невозможно достичь идеального согласования прибора с кабельной линией, но необходимо к этому идеалу стремиться.

Дальность и длительность зондирующего импульса

В любом импульсном рефлектометре есть возможность изменения длительности зондирующего импульса и усиление принимаемого сигнала. Обе эти величины напрямую влияют на качество отображаемой на экране рефлектограммы. Изменяя эти параметры возможно различить неоднородности на предельном для данной марки кабеля расстоянии. Предельное расстояние – это максимальная длина кабеля определенной марки, которая может быть измерена импульсным рефлектометром. Большинство импульсных рефлектометров имеют амплитуду зондирующего импульса на согласованной нагрузке порядка 10В.Рефлектометр «РЕЙС-305» позволяет варьировать

29

амплитуду зондирующего импульса от 7 до 25В, а также управлять длительностью зондирующего импульса от 12нс до 30мкс.

Пример влияния длительности изображен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Влияние длительности зондирующего импульса на разрешающую способность

На верхнем графике использован импульс длительностью 20мкс, что позволило определить длину линии, но не дало возможность увидеть неоднородности сопротивления. На нижнем графики длительность импульса составила 2мкс. Длину кабеля по нижней рефлектограмме определить невозможно, но различимы все имеющиеся неоднородности. Таким образом короткий зондирующий импульс позволяет видеть раздельно близко расположенные неоднородности – обладает высокой разрешающей способностью. С другой стороны – более длительный зондирующий импульс позволяет передать в кабельную линию большую мощность.

На рисунках 5 и 6 изображены рефлектограммы одного и того же кабеля, состоящего из двух частей (сростка на расстоянии 98м.). На рисунках видно, как влияет длительность импульса на вид рефлектограмм.

30