Возможности рефлектометра с точки зрения максимального расстояния и точности выявления повреждения определяются тремя основными параметрами — длительностью импульса, его амплитудой и чувствительностью усилителя. В этом выпуске рубрики мы продолжим рассмотрение амплитуды импульса и чувствительности усилителя, а также остановимся на других важных параметрах.
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.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ УСИЛИТЕЛЯ
Чувствительность рефлектометра, наряду с амплитудой импульса, является одной из его важнейших характеристик. Она определяет предельную дальность действия прибора и особенно важна, если с помощью рефлектометра вы собираетесь проверять кабели, имеющие большое затухание.
В технической документации этот параметр рефлектометра очень часто игнорируется или указывается недостаточно четко. Идеальным было бы обозначение чувствительности в виде напряжения входного сигнала, когда отображаемая на дисплее прибора характеристика располагается между верхним и нижним краями экрана (т. е. «х мВ для полноэкранного отклонения»).
Чувствительность по вертикали иногда указывается в децибелах. Это значение не имеет никакого смысла, если только не приведен опорный уровень для 0 дБ. При наличии таких данных можно рассчитать чувствительность усилителя, так как каждый шаг в 6 дБ дает удвоение коэффициента усиления.
На основании рассмотренных параметров, амплитуды импульса и чувствительности усилителя, можно рассчитать максимально перекрываемое затухание линии, которое, кроме того, служит критерием и для оценки качества TDR.
Максимально перекрываемым затуханием amax считают такое затухание линии, когда отклонение луча по вертикали составляет не менее 1/8 полного экрана. В этом случае amax рассчитывается по формуле:
αmax = 20 lg8 + 20 lg(Uимп/Vус), где
αmax — предельное затухание,
Uимп — амплитуда импульса при нагрузке Zo,
Vус — чувствительность усилителя для полноэкранного отклонения.
Следует подчеркнуть, что вышеприведенный метод можно использовать только для сравнения рефлектометров разных производителей. С его помощью невозможно точно рассчитать максимально перекрываемое рефлектометром затухание, поскольку затухание металлических кабелей частотно зависимо. Поэтому импульсам разной длительности будут соответствовать разные значения amax.
Рассмотренный способ оценки перекрываемого затухания более подходит для оптических TDR: оптический кабель имеет частотно-независимое затухание, а потому в оптических рефлектометрах (OTDR) амплитуда импульса и чувствительность фотоприемника обычно не принимаются во внимание — они являются «внутренними» параметрами прибора. Вместо них вводится такой параметр, как динамический диапазон, т. е. вносимое затухание линии, при котором отношение сигнал/шум SNR=1 в случае определенной длительности зондирующего импульса. Для расширения динамического диапазона OTDR используются не только увеличение мощности зондирующего импульса и повышение чувствительности приемника, но и специальные алгоритмы цифровой обработки (ноу-хау), предлагаемые производителем.
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И ТОЧНОСТЬ
Прежде чем обсуждать проблемы, связанные с разрешающей способностью и точностью, следует определить некоторые основные понятия.
Разрешающая способность дисплея — это интервал между двумя последовательными точками, расположенными на экране.
Разрешающая способность определения повреждения представляет собой минимальное расстояние между двумя последовательными повреждениями, чтобы на дисплее рефлектометра они были видны именно как отдельные повреждения.
Точность дискретизации — не что иное, как точность, с которой осуществляется дискретизация.
Понятие «точность поиска места повреждения» также говорит само за себя.
ТОЧНОСТЬ ПОИСКА МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ
Точность поиска места повреждения в подавляющем большинстве случаев ограничена наличием достоверной информации о проверяемом кабеле, а не точностью дискретизации и разрешающей способностью дисплея, обеспечиваемой рефлектометром.
Во-первых, коэффициент распространения импульса может быть известен лишь с точностью до нескольких процентов, к тому же на этот показатель влияет изменение температуры. Ошибка в 1% при задании коэффициента распространения импульса приводит к ошибке в 1% при определении расстояния.
Во-вторых, ограниченная точность информации о трассе прохождения кабеля, в свою очередь, накладывает определенные ограничения на способность пользователя найти на реальном кабеле ту точку, которая указана рефлектометром в качестве места повреждения. Ведь проводя трассировку кабеля для локализации точки повреждения, невозможно учесть все особенности проложенного кабеля: петли запаса, разный уровень закладки, специфику рельефа и т. д.
На разрешающую способность поиска повреждения оказывает влияние и длительность импульса (как это было описано в предыдущем выпуске рубрики).
ТОЧНОСТЬ ДИСКРЕТИЗАЦИИ И РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ДИСПЛЕЯ
Точность дискретизации и разрешающая способность дисплея — это не одно и то же. Прибор может иметь очень хорошую точность дискретизации, а дисплей — плохую разрешающую способность, и наоборот.
Для примера рассмотрим прибор, у которого разрешающая способность дисплея равна 100 нс. Он позволяет обнаружить повреждение с точностью + 100 нс, независимо от точности дискретизации, проводимой каждые 100 нс. Аналогично прибор может иметь дисплей с очень высокой разрешающей способностью (скажем 0,1 нс), но, если точность дискретизации недостаточна, то в этом случае безошибочно установить место повреждения не удастся. Следует иметь в виду, что при поиске места неисправности с помощью рефлектометра очень хорошие разрешающая способность дисплея и точность дискретизации необходимы далеко не всегда. Даже если рефлектометр позволяет найти места повреждений с точностью до 1 см, из-за условий прокладки кабеля такой точностью не удастся воспользоваться при поиске повреждений: вы просто не сможете найти их на кабеле. Благодаря современной технологии генерирования тактовых импульсов многие рефлектометры имеют достаточную точность и разрешающую способность дискретизации, поэтому их можно использовать в большинстве реальных случаев.
С рассмотренными параметрами связаны и другие немаловажные характеристики, — речь идет о допустимых пределах измерения (максимальное и минимальное расстояние) и возможности изменения масштаба.
МАКСИМАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ
Современные технологии позволяют производителям легко получать почти неограниченную дальность действия для своих приборов. При этом чувствительность прибора не гарантирует реальное обнаружение повреждения на указанном максимальном расстоянии. Наилучшим способом определения дальности действия прибора является его проверка с помощью кабеля: диапазон измерения расстояния рефлектометра и длину кабеля следует постепенно увеличивать, пока не будет достигнута критическая точка, т. е. состояние, когда рефлектометр не сможет отображать разомкнутый конец кабеля. При сравнении различных рефлектометров в таких условиях необходимо использовать импульсы одинаковой длительности.
МИНИМАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ
Если для одного прибора указано минимальное рабочее расстояние в 10 м, а для другого — 20 м, то на этом основании не следует делать поспешные выводы. Вполне вероятно, что оба устройства имеют одинаковую разрешающую способность дисплея. Просто у второго дисплей большего размера, или он обладает более слабыми возможностями по изменению масштаба до такой же разрешающей способности. Поэтому ключевой характеристикой является минимальная разрешающая способность дисплея, а не минимальное рабочее расстояние.
ИЗМЕНЕНИЕ МАСШТАБА
Некоторые производители закладывают в свои рефлектометры функцию масштабирования и тем самым позволяют увеличивать разрешающую способность дисплея при измерении любого расстояния. На практике данная функция имеет определенные ограничения, потому что при проверке длинных кабелей проявляется тенденция к «растягиванию» отраженного импульса, что приводит к потере всех преимуществ в поиске точного места повреждения. Обычно практический смысл имеет уровень масштабирования не выше х4 или х8.
Игорь Иванцов — менеджер отдела «Инструменты и приборы для монтажа и обслуживания телекоммуникационных систем» компании «СвязьКомплект». С ним можно связаться по тел. (095) 362-7787, по адресам: info@skomplekt.com, http://www.skomplekt.com.