Характеристики рефлектометров: параметры импульсов

Общий принцип работы рефлектометра предельно прост: с генератора через направленный ответвитель в кабель подается зондирующий импульс, который частично (или полностью) отражается от неоднородностей импеданса вдоль длины кабеля. Отраженный импульс поступает на вход прибора и через направленный ответвитель попадает в приемный блок, где преобразуется в цифровую форму и выводится на дисплей в виде характеристики — рефлектограммы, формирование которой легко проследить по диаграммам. Неоднородность импеданса может быть вызвана различными повреждениями кабеля или внешними причинами, например плохим соединением.

Для успешного прямого поиска повреждения особую важность имеют два параметра. Во-первых, это максимальное расстояние до места повреждения, когда оно еще может быть четко идентифицировано. И во-вторых, точность выявления соответствующего дефекта.

К сожалению, любому производителю сложно дать определенный ответ относительно названных характеристик, потому что рефлектометры могут использоваться для проверки большого числа различных типов кабелей, причем преимущественно в реальных полевых условиях, а не в испытательной лаборатории. Поэтому обычно инструкции к устройствам содержат перечень лишь основных технических параметров.

Ключевыми параметрами, от которых зависят возможности рефлектометра с точки зрения максимальной дальности обнаружения и точности выявления повреждения, являются амплитуда и длительность импульса, а также чувствительность усилителя.

Импульс

Большинство рефлектометров имеют возможность подавать в кабель импульсы различной длительности: короткие позволяют обнаружить повреждение, находящееся близко к точке подключения рефлектометра, а кроме того, обеспечивают хорошую разрешающую способность поиска, т. е. помогают выявить два повреждения, расположенных близко друг к другу; более продолжительные способствуют поиску удаленных повреждений — ведь чем большую длительность имеет импульс, тем большая энергия передается в кабель, однако разрешающая способность поиска повреждений при этом уменьшается.

Широко распространено заблуждение, что уменьшение длительности импульса обязательно приводит к увеличению точности. Это не совсем так. При использовании рефлектометра измерение производится по фронту импульса. Поэтому, если главной целью проверки является обнаружение первого повреждения, длительность импульса практически не оказывает никакого влияния на точность, с которой может быть измерен фронт импульса.

Основное преимущество короткого импульса — сужение так называемой «мертвой зоны» вслед за передаваемым импульсом и соответствующее улучшение разрешающей способности при обнаружении неисправностей. Эффект «мертвой зоны» проще всего объяснить на примере поиска двух повреждений, находящихся близко друг от друга. При этом сравнивать следует результирующие характеристики в случае импульсов различной длительности. Очевидно, что при использовании короткого импульса оба повреждения будут четко видны. Но с увеличением длительности импульса четко идентифицировать оба повреждения уже не удастся.

То же самое относится и к случаю, когда повреждения находятся слишком близко к точке подключения прибора — передаваемый импульс из-за своей ширины будет маскировать отраженный от ближайшего повреждения. В некоторых рефлектометрах для устранения данной проблемы используется регулировка баланса. Она позволяет эффективно подавлять передаваемый импульс и отображать на дисплей тот, что отражен от повреждения, расположенного слишком близко к прибору. Таким образом, для обнаружения близко расположенных дефектов совершенно не обязательно использовать короткие импульсы. При этом применение импульсов достаточно большой длительности дает еще одно преимущество. Проблему шумов полностью решить еще никому не удалось, а потому соотношение уровня полезного сигнала и уровня шумов играет не последнюю роль.

Если же в имеющемся рефлектометре возможность подачи в кабель коротких импульсов не предусмотрена и к тому же отсутствует функция регулировки баланса, то для обнаружения повреждений, находящихся в кабеле слишком близко к прибору, можно порекомендовать следующий метод: между рефлектометром и проверяемым кабелем можно подключить короткий отрезок кабеля — это позволит «отодвинуть» место повреждения подальше от прибора. Следует иметь в виду, что отрезок должен обладать таким же полном сопротивлением, как и проверяемый кабель. А для минимизации паразитных отражений сигнала полное сопротивление прибора должно совпадать с сопротивлением удлиняющего кабеля.

Еще одно практическое соображение. В комплект рефлектометра могут входить кабели и переходники для подключения к соответствующему типу проверяемых кабелей. Их следует обязательно использовать, т. е. к коаксиальному кабелю подключаться коаксиальным переходником, к витой паре — витопарным и т. д. Кроме того, при проверке скрученных пар их не нужно раскручивать: пары могут быть развиты не более чем на 13 мм.

Оценивая характеристики импульса, особое внимание необходимо обратить на следующие данные, которые обычно приводятся производителем:

• амплитуда импульса должна указываться для Zo, т. е. при полном сопротивлении нагрузки, равном полному выходному сопротивлению прибора. Амплитуда при работе на разомкнутую цепь окажется вдвое больше (но в практической работе это обстоятельство не может быть использовано!);
• амплитуда должна приводиться для всех импульсов — часто самые короткие импульсы имеют меньшую амплитуду, чем остальные;
• если возможно, для проверки длительности и амплитуды импульсов на выходах рефлектометра надо воспользоваться осциллографом, в особенности в случае самых коротких импульсов.

Имеет смысл упомянуть о том, что усилитель и система дискретизации прибора не всегда способны вывести на дисплей очень короткие импульсы, хотя некоторые рефлектометры могут их генерировать и подавать на выход. Это очень просто проверить. К выходным разъемам рефлектометра надо подключить резистор с сопротивлением Zo, после чего измерить длительность импульса при половинной амплитуде с помощью курсоров рефлектометра. Если прибор имеет регулятор баланса, для получения четкого импульса, возможно, придется им воспользоваться.

Амплитуда

От амплитуды импульса зависит расстояние (при условии фиксированной длительности импульса), в пределах которого рефлектометр способен обнаружить повреждение: чем больше ее значение, тем дальше «видит» рефлектометр. Однако слишком большая амплитуда может привести к искажению измерительным прибором действительной характеристики линии, что затруднит процесс поиска повреждений.

Оптимальная амплитуда импульса зависит от области применения рефлектометра. Так, для проверки телефонных линий вполне достаточно 20 В. При использовании же рефлектометра для поиска неисправностей в силовых кабелях применяется импульсно-дуговой метод, и на кабель воздействуют высоковольтными импульсами. В этом случае размах импульса может достигать 25 кВ.

Принцип действия рефлектометра основан на одновременной подаче высоковольтных и зондирующих импульсов в пару, где появился дефект. В месте повреждения возникает электрическая дуга, горение которой поддерживается определенное время. На какой-то срок она накоротко замыкает высокоомный дефект — от него и происходит отражение зондирующего импульса, что отчетливо наблюдается на рефлектограмме. Для облегчения поиска дефекта сравнивают две рефлектограммы: одну получают с использованием импульсов высокого напряжения, а вторую — без таковых.

�

�