Принцип импульсных измерений

Кафедра конструирования и технологии электрической изоляции

 

 

Лабораторная работа

 

По дисциплине «Оптические и электрические кабели связи»

 

"Исследование неоднородностей волнового сопротивления кабелей"

 

 

2008

Теоретическая часть

 

Изменение первичных и вторичных параметров по длине кабеля обусловлено отклонением геометрических размеров от номинала (местное, периодически повторяющееся или случайное), а также изменением электрических характеристик изоляции (C , tgd, r) по длине и радиусу (например, в пористой ПЭ, бумажной изоляции и т.д.). Отклонение значения волнового сопротивления по длине кабеля от нормального называют неоднородностью волнового сопротивления кабеля.

Неоднородность волнового сопротивления кабеля оценивается количественно коэффициентом отражения. Для высококачественных цепей коэффициент отражения не должен превышать значения, определяемого формулой:

 

,                                  (1)

 

где p – коэффициент отражения; f – частота, кГц.

Коэффициент отражения рассчитывается по формуле:

 

,                      (2)

 

где Z_В – волновое сопротивление кабеля, Ом; Z – волновое сопротивление в месте неоднородности, Ом; – отклонение волнового сопротивления в месте неоднородности от среднего номинального значения.

Тогда отклонение волнового сопротивления можно определить по формуле

 

.                               (3)

 

Измерение неоднородностей производится, как правило, импульсным методом.

Принцип импульсных измерений

Принцип импульсных измерений заключается в том, что в исследуемую линию посылаются короткие импульсы (зондирующие импульсы), которые, распространяясь по линии, частично или полностью отражаются от неоднородностей волнового сопротивления и возвращаются к месту, откуда они были посланы. Сигналы, отражённые от неоднородностей волнового сопротивления, будут смещены во времени относительно зондирующего импульса в зависимости от расстояния до неоднородности, то есть запаздывание отражённого импульса по отношению к зондирующему импульсу пропорционально расстоянию до неоднородности волнового сопротивления:

 

,                                 (4)

 

где l _X – расстояние до неоднородности; T – время запаздывания сигнала; V – скорость распространения электромагнитной волны в кабеле.

Индуктивность в коаксиальной цепи определяется по формуле (Гн/м)

 

,                              (5)

где  – магнитная постоянная, , Гн/м; – внутренний диаметр обратного проводника; – диаметр прямого проводника.

Емкость в коаксиальной цепи определяется по формуле (Ф/м)

 

,                             (6)

 

где  – электрическая постоянная, , Ф/м; – относительная диэлектрическая проницаемость.

Волновое сопротивление при f >30 кГцопределяется по формуле (Ом)

 

.                              (7)

 

Скорость в коаксиальных цепях определяется по формуле (м/с)

 

.                                 (8)

 

Величина неоднородности волнового сопротивления при импульсных измерениях определяется отношением амплитуды отражённого U_ОТ в месте неоднородности к амплитуде зондирующего U_З импульса

 

.                                  (9)

 

Определив экспериментально коэффициент отражения, можно вычислить величину неоднородности.

По знаку коэффициента отражения, то есть по полярности отражённого сигнала относительно зондирующего импульса, можно судить о характере неоднородности. Отражённый импульс сохраняет свой знак при увеличенном сопротивлении в месте отражения (крайний случай – холостой ход в цепи p =+1). Отражённый сигнал меняет свой знак (полярность) при уменьшении сопротивления в месте отражения (короткое замыкание p = –1). При p =0 имеет место полное согласование линии по волновому сопротивлению и отражение импульсов отсутствует.

 

Задание

 

1. Измерить поперечные геометрические размеры выданных образцов коаксиального кабеля. Определить конструкцию прямого и обратного проводников, и материал, из которого они сделаны.

2. Определить материал изоляции и уточнить его диэлектрическую проницаемость (см. приложении 1). Рассчитать коэффициент укорочения ( ) электромагнитной волны (ЭМВ).

 

.

 

3. Рассчитать скорость распределения электромагнитной волны в кабеле ( , м/с)

 

,

 

где  – скорость распространения ЭМВ в вакууме, 3×10⁸ м/с.

4. Рассчитать разрешающую способность прибора DL (минимальное расстояние между двумя неоднородностями, при котором неоднородности наблюдаются отдельно).

 

 

где  – время нарастания импульса (Р5–15 t=90 пс).

5. С помощью прибора определить длину образцов коаксиальных кабелей двумя способами (см. пункт 4.1.). Зарисовать рефлектограмму при определении длины образцов непосредственно по шкале ЭЛТ.

6. С помощью прибора определить коэффициент укорочения, относительную диэлектрическую проницаемость изоляции образцов коаксиальных кабелей и скорость распространения сигнала (см. пункт 4.2.) и сравнить измеренные результаты со справочными данными.

7. Определить волновые сопротивления образцов коаксиальных кабелей (см. пункт 4.3.) и сравнить со значениями, вычисленными по формуле

 

.

 

8. Определить по рефлектограмме (см. пункт 4.4.) коэффициенты отражения в точках максимальной неоднородности и рассчитать неоднородности. Результаты оформить в виде табл. 1, построить зависимость =¦(L), где L – длина.

 

Таблица 1.

Расстояние до неоднородностей, дм

Положение переключателя , КОЭФ ОТРАЖ, % ДЕЛ

Поправочный коэффициент

, с учетом знака

, Ом

, Ом