Кабельный инструментарий: локализация дефектов рефлектометрами

 | 18.12

"Телеком. Коммуникации и сети" 3/2008, с. 63

В предшествующих материалах уже были рассмотрены два класса приборов локализации дефектов в кабелях: мосты и импульсные локаторы с соответствующими методами измерения. Кроме того, были выделены два основных подхода — тестирование на постоянном и переменном токе. В свою очередь тестирование на переменном токе выполняется измерением параметров падающей или отраженной волны.

Метод измерения отраженного сигнала дополняет рассмотренные ранее способы поиска повреждений, а в некоторых случаях, например при определении мест перепутывания проводов, обрыва жил кабеля и поиска «плавающих» неисправностей, дает даже более точные результаты. Кроме того, данный метод позволя-ет различать несколько повреждений, существующих одновременно, а также определять расстояние до каждого из них.

Принцип действия рефлектометров

В основе работы рефлектометра, эксплуатирующего вышеописанный метод, лежит простой принцип выявления неоднородностей линии связи (и, в частности, витой симметричной пары) путем измерения отраженного сигнала от неоднородностей этой линии. Прибор (об использовании рефлектометров для измерений на ВОЛС — в ТЕЛЕКОМе 6/2006) подает в проверяемую пару кабеля короткие электрические импульсы постоянного тока. В случае наличия в кабеле неоднородности энергия электрического импульса полностью или частично отражается обратно к прибору.

При этом на дисплей рефлектометра выводятся как посылаемый импульс, так и все его отражения. Неоднородность импеданса порождается различными причинами. Каждой причине соответствует только ей свойственное отражение. Именно это позволяет по форме и положению отраженного импульса на дисплее прибора определить не только место, но и природу неисправности.

Рассмотренный принцип определения состояния пары кабеля на основе параметров отраженного импульса называют рефлектометрией во временной области (Time Domain Reflectometry — TDR). По сути, данный принцип идентичен используемому в радиосистемах принципу радиолокации.

Метод измерения сигнала на выходе тестируемой линии (его называют также методом падающей волны) позволяет дать только интегральную оценку состояния линии и требует наличия двух приборов — генератора на передаче и измерителя сигнала на приеме. По сравнению с указанным подходом метод рефлектометрии позволяет, во-первых, определить состояние линии в любой ее точке и, во-вторых, требует наличия измерительного прибора только на одном конце линии. Именно последняя особенность объясняет широкую популярность рефлектометров TDR при тестировании линий связи.

Для определения расстояния до места повреждения кабеля или неоднородности импеданса необходимо просто установить коэффициент распространения (коэффициент укорочения — в отечественных приборах) и пределы измерения. Установка коэффициента распространения необходима для того, чтобы рефлектометр «знал», насколько быстро распространяется электрический импульс по кабелю определенного типа. После получения на дисплее отраженного импульса прибор автоматически выполнит все расчеты и выведет на дисплей расстояние до места повреждения кабеля.

Определение параметров

Перед рассмотрением ключевых параметров, определяющих возможности рефлектометров, кратко напомним особенности витой симметричной пары, имеющие самое близкое отношение к работе рефлектометра.

Как известно, любая симметричная пара представляет собой двухпроводную электрическую линию, состоящую из цепочки последовательно включенных элементарных участков. Каждый такой элементарный участок представляет собой симметричный четырехполюсник, который включает в себя четыре элемента: активное сопротивление R, индуктивность L, емкость C и активную проводимость G.

При распространении по витой паре гармонического сигнала отношение напряжения и тока в каждой ее точке называют входным сопротивлением витой пары. Если витую пару нагрузить на ее конце на сопротивление, равное Zc = (R + jwL) / (G + jwC), где w’ = 2pf, то входное сопротивление витой пары в любой ее точке будет одинаковым и равным Zc.

Это характерное для каждой витой пары входное сопротивление называют ее волновым или характеристическим сопротивлением. В такой идеальной линии сигнал достигает ее конца и полностью поглощается сопротивлением Zc. Обычно такими свойствами обладает так называемая строительная длина кабеля, которая является единицей кабельной продукции завода-изготовителя.

Если витая пара нагружена на сопротивление ZL, отличающееся от Zc, то в этой ее точке часть энергии зондирующего импульса будет поглощена нагрузкой, а часть отразится и, изменив направление, будет распространяться в сторону источника сигнала.

Относительной мерой мощности отраженного сигнала является так называемый коэффициент отражения (p):

p = (ZL–Zc) / (ZL + Zc).

При ZL = Zc имеем p= 0, то есть отражение отсутствует. В этом случае говорят, что имеет место идеальное согласование линии с нагрузкой.

При наличии неоднородности или дефекта в произвольной точке линии связи X, где Zx Zc, коэффициент отражения p = (ZХ – Zc) / (ZХ + Zc) будет всегда отличен от нуля и, следовательно, всегда будет иметь место отражение части энергии зондирующего импульса. При этом возможны два крайних случая — обрыв витой пары или короткое замыкание ее жил.

При обрыве витой пары Zx имеет бесконечно большое значение, и р = (—Zc)/(+ Zc)/= 1. В этом случае зондирующий импульс полностью отразится от точки обрыва без изменения его фазы и вернется на вход приемника рефлектометра в той же полярности .

При коротком замыкании витой пары в точке Х Zx = 0. Тогда р = (0 — Zc) / (0+ Zc) = Zc/+Zc = -1. Зондирующий импульс также полностью отразится от точки короткого замыкания. Однако при этом его фаза претерпит скачок на 1800. Поэтому отраженный импульс вернется на вход приемника рефлектометра в противоположной полярности (см. график д) на с. 64).

При промежуточных состояниях витой пары, когда имеют место, например, частичный холостой ход (partial open) или частичное короткое замыкание (partial short), картина отраженного сигнала носит более сложный характер по сравнению с рефлектограммами, соответствующими случаям полного обрыва или полного короткого замыкания витой пары. Поэтому расшифровка каждой рефлектограммы требует глаза опытного специалиста. Ситуацию во многих случаях облегчает существующий типовой набор возможных комбинированных комбинаций повреждений витой пары.

Точность определения места неоднородности или дефекта витой пары определяется точностью установки скорости распространения сигнала по витой паре.

Электромагнитная энергия распространяется по симметричной паре с определенной конечной скоростью, которая является функцией параметров витой пары и частоты сигнала. Как известно, абсолютная скорость распространения сигнала в кабеле определяется формулой: V=w/b, где w=2pf, а b представляет собой коэффициент фазы, выступающий функцией первичных параметров витой пары. Скорость V увеличивается с ростом частоты, однако всегда остается меньше скорости света.

Количественной мерой скорости распространения (Velocity of Propagation) сигнала cлужит так называемый VOP-фактор, численное значение которого равно отношению скорости распространения сигнала в электрической цепи к скорости распространения света в вакууме. Значение VOP-фактора для симметричной пары определяется диаметром провода, расстоянием между жилами и типом диэлектрика. VOP-фактор зависит от температуры окружающей среды и может изменяться в процессе старения кабеля. Считается  допустимым отклонение VOP от паспортного значения до 3 %.

«А-КОМ Академия»

[email protected]

Robo User
Web-droid editor

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *