脉冲反射测试技术在通信电缆测试中的应用

脉冲反射测试技术在通信电缆测试中的应用

张 华,陈文飞

(上海宝钢集团梅山钢铁股份有限公司设备部,江苏南京210039)

[摘 要]通信电缆测试新技术在近年有了快速发展,脉冲反射法作为市话通信电缆障碍测试的主要技术之一,在公司的通信电缆故障测试中得到了应用。文中针对其原理及应用经验进行了分析和阐述。[关键词]脉冲反射法;双极性脉冲;差分法;零点

0 引言

脉冲反射法又叫雷达法。原理是向电缆发送一电压脉冲,利用发送脉冲与障碍点反射脉冲的时间差与障碍点距离成正比的关系确定障碍点。脉冲反射法最早用于长途电缆线路障碍的测试,由于市话电缆对高频脉冲信号的衰减大,在障碍测试中遇到了困难。后随着科学技术特别是现代微电子技术的发展,脉冲反射法已成功地应用到了市话缆线障碍的测试中,在世界范围内得到了推广,成为市话缆线障碍测试的主要技术之一。

分,图1(a)给出了单极性矩形脉冲所含频率成分

的分布图。

1 脉冲反射法工作原理

测试时向电缆注入一脉冲电压,该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点时(如断线点、短路点、中间接头等),脉冲产生反射,回送到测量点被仪器记录下来。发射脉冲与反射脉冲的时间差$t,对应脉冲在测量点与阻抗不匹配点往返一次的时间,如知道脉冲在电缆中的波速度V,则阻抗不匹配点的距离可由L=V@$t/2计算。

通过识别反射脉冲极性,可以判定障碍性质。断线障碍反射脉冲与发射脉冲极性相同,而短路障碍的反射脉冲与发射脉冲极性相反。脉冲在电缆中的波速度,对于准确地计算出障碍距离很关键。在不清楚电缆的波速度值的情况下,如已知被测电缆的长度,根据发送脉冲与电缆终端反射脉冲之间的时间$t,可推算出电缆中的波速度V=2@L/$t。

图1 脉冲频率分布图

市话电缆线路线径细,集肤效应严重,损耗大,不同频率成分的信号在线路中的传播衰减及速度变化较大。在障碍点距离较远时,反射脉冲失真严重,不容易识别。电缆波阻抗的幅值与相位也是随着频率的变化而变化的,变化较明显的是在从直流开始的低频段。电缆波阻抗变化规律很难用集中参数元件构成的内部阻抗平衡网络来模拟。因此,采用单极性发射脉冲,即便使用内部阻抗平衡电路,也很难完全消除仪器接收到的发送脉冲。特别是障碍点距离较远,发送脉冲较宽

2 发射脉冲极性

发射脉冲一般分单极性脉冲和双极性脉冲。单极性脉冲包含着从直流到高频丰富的频率成

[收稿日期]2006-12-21

[作者简介]张 华(1975-),男,江苏盐城人,助理工程师,主要从事企业设备通信管理方面的工作。

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时,会在波形上出现幅值较大,尾巴拖得很长的初始脉冲,使障碍点反射脉冲不明显,不利于识别障碍点。

双极性脉冲所包含的频率成分,主要集中在频率为fo(脉冲宽度的倒数)附近两侧有限的频带内,图1(b)给出双极性脉冲的频率成分分布图。在fo附近有限频带内的信号在电缆线路中传输,衰耗及速度是基本恒定的,接收到的障碍点反射脉冲失真小,也就容易识别。频带内电缆波阻抗也接近一恒定值,容易用集中参数构成的内部阻抗网络模拟,便于压缩波形上因发送脉冲引起的初始脉冲,避免了单极性脉冲情况下出现的长尾巴初始脉冲,能够较大程度地提高放大器增益,而不会造成放大电路/阻塞0,明显地提高了远距离障碍点反射脉冲的幅值及识别灵敏度。

采用双极性脉冲的不利之处在于,反射脉冲从正到负变化较复杂,不便于人们识别。所以仪器在测量较远距离时,才采用双极性脉冲,而在测试较近距离时仍使用单极性脉冲。

点反射脉冲之后续脉冲极性出现一正一负的交替变化,这是由于脉冲在故障点反射系数为-l,而在测量端反射为正的结果。313 低阻障碍

图4(a)示出障碍点在电缆中点M之前的低阻障碍脉冲反射波形。注入的脉冲在障碍点产生反射脉冲,第1时刻回到测量端,该脉冲从测量端返回,在障碍点又被再次反射,第2时刻又一次回到测量端。第2个障碍点反射脉冲在波形上与第1个障碍点反射脉冲之间的距离为障碍距离,在实际应用中应注意不要把它误以为新的障碍点或接头反射。穿过障碍点的透射脉冲在电缆的端点被反射,第3时刻回到测量端。障碍点在电缆中点M之后的低阻障碍脉冲反射波形如图4(b)

所示。

3 几种典型线路障碍的脉冲反射波形

311 断路障碍

脉冲在断路点全反射,反射脉冲与发送脉冲极性相同。图2给出了断路障碍脉冲反射波形。波形上第一个障碍点反射脉冲之后,还有若干个间距相等的反射脉冲,这是因为脉冲在测量端与障碍点之间多次来回反射的结果。由于脉冲在电缆中传输存在损耗,脉冲幅值逐渐减小,并且波头上升变得愈来愈缓慢。实际上有用的是第一个反射脉冲,不能将后续反射脉冲误认为是障碍点反

射脉冲。

图4 低阻障碍脉冲反射波形

4 T-C300通信电缆测试仪

T-C300通信电缆测试仪具有脉冲反射测试功能,此测试仪在公司市话通信电缆故障的测试、检

图2 断路障碍脉冲反射波形

修中得到了比较广泛的应用。411 基本概念

(1)波形 脉冲测试法靠波形来反映电缆情况,正确理解波形是使用脉冲法的关键,开路故障波形向上,短路故障波形向下。为了提高测试距离,在4km至8km范围,仪器发射的是双极性脉冲,反射波形为向上和向下的脉冲紧邻。由于电缆结构的复杂性,在接头等不匹配点也会出现类似短路或开路的脉冲反射,这时可以根据波形幅值等进行分析判断,如果难以区分,就需要运用差

312 短路障碍

脉冲在短路点产生全反射,反射脉冲与发送脉冲极性相反。如图3所示。波形上第一个障

碍

图3 短路障碍脉冲反射波形

分法来测试,或用记忆比较法等测试技巧来判断。

(2)测定故障距离 反射脉冲波形的起始位置是故障位置。将光标移动到脉冲波形开始之处,也就是有明显变化的地方,屏幕上显示的距离就是故障距离。光标在其他位置时,显示的距离值没有意义。自动测试时仪器能自动标定故障距离,但有时需要手动调节进行修正。

(3)测试范围 也可称为量程,当选好范围后,仪器测得的波形只反映这个范围内的电缆情况,因此,选好测试范围是成功测试的基础。(4)波速度 测距离实际上是在测时间,时间乘以速度得到距离值,因此必须首先知道速度,而且要精确。脉冲波在电缆上的传播速度称为波速度。波速度与电缆芯线的绝缘材料有关,而与线径无关。例如全塑电缆的波速度约为200m/Ls。仪器预先存有几种常用电缆的波速度值,可以用选择电缆的方法设定波速,也可参照波速度表来直接调节波速。

(5)增益 是指仪器对脉冲信号的放大倍数,调节增益可以改变屏幕上显示的波形幅值,一般要调到波形在你要仔细观察的一段最大而又不失真。增益在自动测试中是自动调节,手动测试中可以人工调节。

(6)平衡 仪器内部有一平衡电阻网络,通过调节使网络阻抗与电缆波阻抗相匹配,以尽量减小仪器发射脉冲对接收信号的影响,突出反射脉冲,便于观察故障点。平衡在自动测试和手动测试中均为自动调节。

(7)平衡法和差分法 平衡法测试时只接故障线对,得到的测试波形反映线路上的所有不匹配点,包括故障点、接头等。故障不是很明显时,就不容易将故障点和接头等分开。这时可以采用差分法测试,分别接故障线对和一条完好线对,两条线的反射波形在仪器内部相减,最后显示的波形只反映两线对的不同之处,两线对共有的接头等的反射不会显示,而故障波形会突出出来。差分测试不需要调节平衡。测试时,一般首先用平衡法,当难以判断时,再用差分法。412 测试方法4.2.1 自动测试

一般先进行自动测试,当情况比较复杂,自动测试没有得到正确结果时,再改用手动测试。自动测试完成后,给出几个可疑点,根据具体情况(如电缆全长,故障性质等)可以很快找到真正的#

图6 零点的波形

图5 接头波形与故障波形的比较

故障点。仪器给出的可疑点,有些不是真正的故障点,需要人工排除。比如,已知电缆全长是1000m,那么故障距离肯定小于等于1000m,1000m左

右的可疑点是电缆末端全长反射,是全长两倍的可疑点是二次反射,都不是故障点。再如,已知电缆是断线故障,那么,所有显示为混线障碍的可疑点都不可能是故障点。4.2.2 手动测试

当线路情况比较复杂,自动测试没有找出正确的故障点时,就需要进行手动测试。要注意测试范围要长于电缆全长,而且要留出大约30%的余量。如电缆全长1900m,加30%余量,应选择4km范围,而不是2km。如果不好判断反射脉冲是故障点还是接头,可以在/主控0菜单,按/记忆0键,记忆当前波形;然后不要改变任何参数,再测试一条良好线对;再按/比较0键将两波形同时显示,两波形出现明显分岔的地方一般是故障点。如果两波形在同一地方都出现脉冲反射,则可以肯定不是故障点,而可能是接头。如图5

所示。

故障点较远时,测距误差较大。如果故障点前后不远处有接头反射,则可以测出故障点和接头之间的距离,以便于查找。这时先将虚光标移到接头反射处,在/搜索0菜单下,按/零点0键,虚线光标变为实线光标,显示的距离值变为0,再按/<0/>0键,将虚光标移到故障点处,这时显示的距离值即为接头到故障点的相对距离,如图6

所示。

413 测试技巧

为了尽可能的消除干扰,得到正确结果,最好重复测试多次,每次得到的结果越)致,结果越可信;如果相差较大,但其中有几次在某个值附近集中,则可以取其平均值作为结果。如果没有任何规律,说明干扰太大,得到的结果不对,需要等线路相对空闲时再测。在寻找故障点时,要将测试结果和周围情况结合考虑,测试结果肯定会有一定误差,距离越远误差越大,根据测试结果判断大概位置也会有误差,因此要在前后一定范围内寻找可疑点。一般的,如在估计的范围内有接头,则一般可判定是接头发生了故障。但也不能一概而论,如果仪器多次复测,结果非常稳定,输入的电

缆全长也确信正确,但在测距值周围就是没有接头,也不能就此下结论仪器测的不对,而应更加仔细地检查电缆。在码头12号电缆的测试中,曾出现过这种情况:用汽车里程表估计故障大概位置,发现有一接头,但打开检查,不是故障点,又经反复检查电缆,最后在距接头50m处发现电缆破损进水。

5 结束语

T-C300通信电缆测试仪功能还有许多,本文着重选择了比较通用的脉冲反射测试法进行探讨,从原理和应用经验进行了分析,使大家对通信电缆的测试技术有所了解,希望能以此推动公司通信电缆的维护技术得到进一步提高。

[编辑:张福兴]

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2m84.html