Рефлектометры для металлических кабелей: фильтрация шумов, коэффициент распространения и способы его определения

Рассмотрим каким образом дальность действия рефлектометра зависит от самих измеряемых кабелей и как влияет режим фильтрации шумов и методы определения неизвестного коэффициента распространения на точность измерения.

ФАКТОРЫ, СВЯЗАННЫЕ С ИЗМЕРЯЕМЫМИ КАБЕЛЯМИ

Расстояние, в пределах которого рефлектометр способен обнаружить повреждение, зависит от сечения жил кабеля, его качества, а также способа подключения рефлектометра к проверяемому кабелю.

Чем больше сечение жил кабеля, тем меньшее затухание претерпевает электрический импульс, подаваемый рефлектометром в этот кабель, и тем длиннее перекрываемое расстояние.

Старые кабели или кабели с дефектами могут иметь пониженное сопротивление изоляции либо повышенное затухание, из-за чего способность жил кабеля проводить электрические сигналы ухудшается и, как следствие, предельное расстояние сокращается.

Подключение рефлектометра к кабелю должно быть таким, чтобы в проверяемый кабель передавалась максимально возможная энергия импульса рефлектометра.

ФИЛЬТРАЦИЯ ШУМОВ

На проблеме устранения шумов, которые присутствуют в любом кабеле, хотелось бы остановиться немного подробнее. Многие рефлектометры имеют режим цифровой фильтрации шумов, позволяющий избавиться от помех в диапазоне от 50 Гц до 1 ГГц. Данный режим рассчитан главным образом на линейные службы, чьи кабели находятся вблизи источников сильных электромагнитных помех (например, железнодорожной контактной сети, линий электропередачи или антенных мачт). Оператор имеет возможность подобрать для каждой отдельной проверки тип фильтра с необходимой характеристикой, чтобы обеспечить приемлемое качество полученной рефлектограммы.

Если во время измерения в проверяемой линии появляется случайное напряжение, то режим фильтрации шумов включается автоматически.

Многоуровневая и многофункциональная система фильтрации позволяет проверять антенны и узлы сотовой связи, где может присутствовать принимаемый сигнал.

Следует отметить, что в некоторых случаях система фильтрации помех может замедлить функционирование рефлектометра до такой степени, что работа с дисплеем становится практически невозможной. Примером может служить фильтрация помех, наведенных от сети электропитания (50 Гц). Длительность одного периода переменного тока с частотой 50 Гц составляет 20 мс — следовательно, для генерации одной точки на дисплее рефлектометра также необходимо 20 мс. Для обновления изображения на дисплее в 256 точек потребуется более 5,12 с. Один из способов компенсировать эту задержку состоит в сохранении рефлектограммы, полученной после фильтрации шумов. Конечно, введение такой характеристики в память прибора займет определенное время, но последующая работа будет столь же быстрой, как при отключенном фильтре.

Исключение не составляет и режим «усреднения», который часто предусматривается производителем для устранения помех при максимальном усилении. Этот режим также замедляет регенерацию изображения на дисплее. Так, четырехкратное подавление шумов ведет к снижению скорости регенерации изображения в 16 раз. При значительном понижении скорости регенерации изображения работать с дисплеем становится трудно, а значит, данным режимом следует пользоваться только при необходимости.

Еще одно замечание. Проверять кабели для цифровой передачи данных лучше всего при помощи коротких импульсов длительностью 2, 10 или, в крайнем случае, 100 нс — они не оказывают влияния на соседние нагруженные пары, поэтому система обнаружения ошибок аппаратуры передачи данных не зафиксирует их и не примет за ошибку.

КОЭФФИЦИЕНТ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И МЕТОДЫ ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Как уже говорилось, рефлектометр определяет расстояние до неоднородности, исходя из скорости распространения сигнала в кабеле и времени его прохождения до неоднородности и обратно. В большинстве случаев скорость представляется в виде коэффициента, показывающего, насколько скорость распространения сигнала в данном кабеле отличается от скорости света; она берется из таблиц или определяется опытным путем. В импортных приборах чаще всего задается «коэффициент распространения» VOP (PVF). Обычно подобная характеристика выражается в виде доли от скорости света и может иметь значение от 0,30 до 1,00. Например, кабель со значением VOP = 0,66 позволяет передавать электрический сигнал со скоростью, равной 66% от скорости света. Иногда этот параметр кабеля выражается в виде фактической скорости и может иметь значение от 45 до 150 м/мс. В отечественных же приборах используется «коэффициент укорочения» g, являющийся безразмерной величиной (> 1).

Коэффициент распространения и коэффициент укорочения связаны между собой следующим соотношением:

g = 1/VOP, где VOP выражен в виде доли от скорости света.

Данное соотношение позволяет определить неизвестный коэффициент укорочения при известном коэффициенте распространения импортного кабеля, и наоборот.

Правильность коэффициента распространения оказывает значительное влияние на точность любого сделанного измерения, следовательно, для получения как можно более правильных результатов необходимо знать методы определения коэффициента распространения для каждого конкретного кабеля.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

Если коэффициент распространения импульса для проверяемого кабеля неизвестен, то его можно определить расчетным или экспериментальным способом.

1. Известна диэлектрическая константа (ε) изоляционного материала.

VOP = 1/�ε,

где ε представляет собой относительную диэлектрическую постоянную для данного кабеля. Например, для полиэтилена ε = 2,25. Следовательно, VOP = 1/�2,25 = 0,667.

2. Имеется небольшой отрезок кабеля того же типа, что и тестируемый кабель.

Подключите рефлектометр к отрезку кабеля и настройте его таким образом, чтобы на дисплее можно было видеть импульс, отраженный от конца кабельного отрезка. Переместите курсор в начало импульса и изменяйте коэффициент VOP до тех пор, пока значение расстояния до конца кабельного отрезка не будет равно его реальной длине (с учетом тестовых выводов прибора).

Чем длиннее отрезок кабеля, тем точнее окажется значение коэффициента распространения VOP.

3. Известна длина кабеля, и имеется недефектная пара.

Подключите рефлектометр к паре и настройте его таким образом, чтобы на дисплее можно было видеть импульс, отраженный от конца кабеля. Переместите курсор в начало импульса. Изменяйте коэффициент VOP до тех пор, пока значение расстояния до дальнего конца кабеля, выводимое на дисплей, не будет равно реальной длине кабеля (с учетом тестовых выводов прибора).

Если данная технология будет применяться к большим многопарным кабелям, то необходимо следить за тем, чтобы эталонная и проверяемая пары принадлежали к одному повиву кабеля. Длина пары, принадлежащей к его внешнему повиву, значительно превышает длину пары внутреннего повива.

4. Известна длина кабеля, но нет пары, подходящей для сравнения.

В данном случае необходимо иметь доступ к кабелю с обеих сторон.

Используя любое значение коэффициента VOP, определите приблизительное расстояние (l1) до места повреждения со стороны А. При помощи того же VOP установите приблизительное расстояние (l2) до места повреждения со стороны В.

После этого можно рассчитать точное расстояние до повреждения.

Со стороны А по формуле:

(l₁/(l₁ + l₂)) x l, где l — известная длина кабеля.

Со стороны В по формуле:

(l₂/(l₁ + l₂)) x l, где l — известная длина кабеля.