Локалізація дефектів в кабелі допомогою рефлектометрів

1. ПРИНЦИП ДІЇ рефлектометром

У попередніх випусках рубрики ми розглянули два класи приладів - мости і імпульсні локатори - разом з відповідними методами вимірювання. В якості основних були виділені два підходи - тестування при постійному струмі і при змінному. В останньому випадку тестування виконується шляхом вимірювання параметрів падаючої або відбитої хвилі.

Метод вимірювання відбитого сигналу доповнює раніше розглянуті методи виявлення місць пошкоджень і в деяких випадках дає точніші результати: при визначенні місць змішування проводів, обриву жил кабелю і пошуку «плаваючих» несправностей. Крім того, він дозволяє ідентифікувати наявність декількох пошкоджень при їх накладенні, а також визначити відстань до кожного.

Вимірювальний прилад, в якому використовується даний метод, отримав назву рефлектометра.

ПРИНЦИП ДІЇ рефлектометром

Рефлектометр виявляє неоднорідності лінії зв'язку (і, зокрема, кручений симетричною пари) шляхом вимірювання відбитого від них сигналу. Для цього в перевіряється пару кабелю подаються короткі електричні імпульси постійного струму. Якщо в кабелі є неоднорідність, енергія імпульсу повністю або частково відбивається назад до приладу. Як посилається імпульс, так і всі його відображення на екрані. Неоднорідність імпедансу може виникати внаслідок різних причин, кожній з яких відповідає властиве тільки їй відображення. Саме завдяки цій обставині вдається за формою і положенню відображеного на дисплеї імпульсу визначити не тільки місце, а й характер несправності.

Описаний принцип визначення стану пари кабелю на основі параметрів відбитого імпульсу називають рефлектометром в тимчасовій області (Time Domain Reflectometry, TDR). За своєю суттю він ідентичний використовуваному в радіосистеми принципом радіолокації.

Метод вимірювання сигналу на виході тестируемой лінії (званий також методом падаючої хвилі) дає тільки інтегральну оцінку стану лінії і вимагає наявності двох приладів - генератора на передавальній стороні і вимірювача сигналу на приймальній. Навпаки, метод рефлектометрии, по-перше, дозволяє визначити стан лінії в будь-який її точці, а по-друге, вимірювальний прилад потрібен тільки на одному кінці лінії. Саме остання особливість пояснює широку популярність рефлектометрів TDR при тестуванні ліній зв'язку.

Для визначення відстані до місця пошкодження кабелю або неоднорідності імпедансу необхідно просто поставити коефіцієнт поширення (у вітчизняних приладах - коефіцієнт укорочення) і межі вимірювання. Установка коефіцієнта поширення потрібно для того, щоб рефлектометр «знав», як швидко поширюється електричний імпульс по кабелю певного типу. Після фіксації імпульсу прилад автоматично виконає всі розрахунки і відобразить відстань до місця пошкодження кабелю.

Перш ніж розглянути ключові параметри і можливості рефлектометрів, коротко опишемо основні особливості кручений симетричною пари, оскільки вони мають безпосередній стосунок до роботи рефлектометра.

Як відомо, будь-яка симетрична пара представляє собою двухпроводную електричну лінію, що складається з ланцюжка послідовно включених елементарних ділянок. Кожна така ділянка - це симетричний чотириполюсник з чотирьох елементів: активного опору R, індуктивності L, ємності C і активної провідності G.

При поширенні по кручений парі гармонійного сигналу відношення напруги і струму в кожній її точці називають вхідним опором кручений пари. Якщо виту пару навантажити на її кінці на опір, рівний

Zc = е (R + jwL) / (G + jwC), де w = 2pf, то вхідний опір кручений пари в будь-який її точці буде однаковим і рівним Zc.

Це типове для кожної кручений пари вхідний опір називають її хвильовим або характеристичним опором. У такій ідеальній лінії сигнал досягає її кінця і повністю поглинається опором Zc. Зазвичай подібними властивостями володіє так звана будівельна довжина кабелю, в одиницях якої вимірюється кабельна продукція заводу-виготовлювача.

Якщо кручена пара навантажена на опір ZL, що відрізняється від Zc, то в цій її точці частина енергії зондуючого імпульсу буде поглинена навантаженням, а частина, змінивши напрямок, стане поширюватися назад в сторону джерела сигналу. Відносною мірою потужності відбитого сигналу є так званий коефіцієнт відображення p = (ZL - Zc) / (ZL ​​+ Zc).

При ZL = Zc коефіцієнт відбиття дорівнює 0, т. Е. Віддзеркалення відсутня. У цьому випадку говорять, що лінія узгоджена з навантаженням ідеально.

При наявності неоднорідності або дефекту в довільній точці лінії зв'язку «х», де Zx № Zc, коефіцієнт відображення p = (Zx - Zc) / (Zx + Zc) буде завжди відмінний від нуля, і, отже, частина енергії зондуючого імпульсу буде відображатися . При цьому можливі два граничних випадки - обрив кручений пари або коротке замикання її жив.

При обриві кручений пари Zx має нескінченно велике значення, і р = (? - Zc) / (? + Zc) ©? /? = 1.

В цьому випадку зондує імпульс повністю відіб'ється від точки обриву без зміни його фази і повернеться на вхід приймача рефлектометра з тієї ж полярністю.

Якщо в точці X сталося коротке замикання кручений пари, то Zx = 0. Тоді р = (0 - Zc) / (0 + Zc) = = -Zc / + Zc = -1. Зондувальний імпульс також повністю відіб'ється від точки короткого замикання. Однак його фаза зазнає стрибок на 1800. Тому відбитий імпульс повернеться на вхід приймача рефлектометра з протилежного полярністю.

При проміжних станах кручений пари, коли має місце, наприклад, частковий холостий хід (partial open) або часткове коротке замикання (partial short), картина відбитого сигналу більш складна у порівнянні з рефлектограмм для випадків повного обриву або повного короткого замикання кручений пари. Безумовно, розшифровка кожної рефлекторам вимагає залучення досвідченого фахівця. Нерідко ситуацію полегшує існуючий типовий набір можливих комбінацій ушкоджень кручений пари.

Точність визначення місця неоднорідності або дефекту кручений пари цілком залежить від точності завдання швидкості поширення сигналу по кручений парі.

Електромагнітна енергія поширюється по симетричній парі з певною кінцевою швидкістю, яка є функцією параметрів кручений пари і частоти сигналу. Як відомо, абсолютна швидкість поширення сигналу в кабелі визначається формулою: V = w / b, де w = 2pf, а b являє собою коефіцієнт фази - функції первинних параметрів кручений пари. Швидкість V збільшується зі зростанням частоти, проте завжди менше швидкості світла.

Кількісною мірою швидкості поширення (Velocity of Propagation, VoP) сигналу став так званий VOP-фактор, його чисельне значення дорівнює відношенню швидкості поширення сигналу в електричному ланцюзі до швидкості поширення світла у вакуумі. Значення VOP-фактора для симетричній пари визначається діаметром проводу, відстанню між жилами і типом діелектрика, а, крім того, воно залежить від температури навколишнього середовища і може змінюватися в процесі старіння кабелю. Допустимим відхиленням VOP від ​​паспортного значення вважається величина не більше 3%.

Ігор Іванцов - менеджер відділу «Інструменти і прилади для монтажу та обслуговування телекомунікаційних систем» компанії «СвязьКомплект». З ним можна зв'язатися за тел. (095) 362-7787, за адресами: [email protected] , http://www.skomplekt.com .