Спосіб визначення швидкості поширення електричних імпульсів у електричних лініях зв’язку

Спосіб визначення швидкості поширення електричних імпульсів у електричних лініях зв'язку, при якому підключають випробувану лінію до виходу кільцевого генератора імпульсів, збуджують його пусковим імпульсом, отриманий імпульс посилають у випробувану лінію, приймають відбитий імпульс і ним знову збуджують по кільцю генератор імпульсів, формують періодичну послідовність зондувальних імпульсів, вимірюють частоту проходження зондувальних імпульсів та визначають швидкість поширення імпульсів у електричних лі ніях зв'язку, який відрізняється тим, що перед збудженням кільцевого генератора пусковим імпульсом випробувану лінію узгоджують по виходу й не узгоджують по входу, після виміру частоти проходження зондувальних імпульсів узгоджують випробувану лінію по входу й не узгоджують по виходу, вимірюють додаткову частоту проходження зондувальних імпульсів, а швидкість поширення Vx електричних імпульсів у провідних лініях визначають за формулою: ff Vx = 2l 1 2 , f1 - f2 де: l - довжина випробуваної лінії; f1 - частота проходження зондувальних імпульсів; Корисна модель відноситься до області контролю, випробувань провідних мереж і може бути використана для визначення швидкості поширення електричних імпульсів по провідних лініях з використанням рециркуляції відбитих від випробуваної лінії імпульсів. Якість кабельних і повітряних ліній зв'язку, використовуваних для передачі цифрової інформації, значною мірою залежить від швидкості поширення електричних імпульсів. Зниження швидкості поширення імпульсів, наприклад, через старіння ізоляції, температурних змін, впливу вологи, радіації тощо, негативно позначається й на швидкості передачі цифрових даних. Зниження швидкості поширення також негативно впливає на стійкість роботи мереж енергопостачання. Підвищення контролю якості провідної лінії передачі зв'язано в першу чергу з підвищенням точності вимірів малих змін швидкості поширення електричних імпульсів. Однак, існуючі способи виміру цього параметра не задовольняють сучасним вимогам і вимагають подальшого вдосконалювання. Відомий спосіб визначення швидкості поширення електричних імпульсів у електричних лініях зв'язку [див. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов.- М.: Энергоатомиздат, 1989, С.32-33], заснований на вимірі часу запізнювання електричного імпульсу, відбитого від кінця провідної лінії, щодо моменту його випромінювання й визначенні швидкості поширення VX за формулою: 2l Vx = , t3 (11) UA (19) де l - довжина випробуваної лінії; t3 - час запізнювання. Однак при малій довжині випробуваної лінії (кабельної або повітряної) час запізнювання не перевищує десятків наносекунд, які виміряти з високою точністю при наявності перешкод важко. Тому лінію зондують періодичною послідовністю імпульсів і вимірюють частоту проходження імпульсів. Відомий спосіб визначення швидкості поширення електричних імпульсів у електричних лініях зв'язку [див. Измерения в электронике: Справоч 35262 (13) U f2 - додаткова частота проходження зондувальних імпульсів. 3 35262 ник /В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневский и др., Под ред. В.А. Кузнецова. -М.: Энегоатомиздат, 1987, С.349-351], що включає генерування послідовності електричних імпульсів, зондування ними випробуваної лінії, прийомі відбитих імпульсів, зміну частоти проходження імпульсів до збігу відбитих імпульсів з наступними зондувальними імпульсами й значення якості поширення Vx електричних імпульсів за формулою: Vx = 2lf C , де l - довжина випробуваної лінії; fC - частота збігів зондувальних імпульсів з відбитими імпульсами. Через неминуче розширення відбитих імпульсів важко забезпечити сумісність у часі з короткими зондувальними імпульсами. Присутність відбитих імпульсів від входу випробуваної лінії також знижує точність визначення швидкості поширення зондувальних електричних імпульсів вздовж лінії. Відомий також спосіб визначення швидкості поширення електричних імпульсів у електричних лініях зв'язку [див. Зигмуд Хеншел. Детектор кабеля на принципе зондирования короткими импульсами. Радиоаматор, №5(35), 1996, С.18] полягає в тому, що підключають випробувану лінію до ви ходу кільцевого генератора імпульсів, збуджують його пусковим імпульсом, отриманий імпульс посилають у випробувану лінію, приймають відбитий імпульс і ним знову збуджують по кільцю генератор імпульсів, формують періодичну послідовність зондувальних імпульсів, вимірюють частоту проходження зондувальних імпульсів та визначають швидкість поширення імпульсів у електричних лініях зв'язку, Крім того, відомий спосіб включає операцію узгодження вхідного опору випробуваної лінії з вихідним опором кільцевого імпульсного генератора й визначення швидкості поширення VX рециркулюючих імпульсів за формулою: Vx = 2lf P , де l - довжина випробуваної лінії; fp - частота рециркуляції відбитих імпульсів. Для забезпечення стабільної роботи кільцевого генератора імпульсів у режимі автогенерації необхідно в кільце зворотного зв'язку включити додаткові затримки, щоб виключити накладання відбитого імпульсу на зондувальний імпульс і зриву тим самим процесу автогенерації. Однак часові затримки можуть вплинути на точність вимірювань. В основу корисної моделі покладена задача створити такий спосіб визначення часу поширення електричних імпульсів у електричних лініях зв'язку, в якому введення нових операцій і нової розрахункової формули дозволило б виключити вплив додаткових затримок у кільцевому генераторі імпульсів за рахунок додаткових вимірів частоти автогенерації, що підвищує точність визначення швидкості поширення електричних імпульсів при збереженні стабільної роботи кільцевого генератора імпульсів. Поставлена задача досягається тим, що в способі визначення швидкості поширення електричних імпульсів у електричних лініях зв'язку, що 4 полягає у тому, що підключають випробувану лінію до виходу кільцевого генератора імпульсів, збуджують його пусковим імпульсом, отриманий імпульс посилають у випробувану лінію, приймають відбитий імпульс і ним знову збуджують по кільцю генератор імпульсів, формують періодичну послідовність зондувальних імпульсів, вимірюють частоту проходження зондувальних імпульсів та визначають швидкість поширення імпульсів у електричних лініях зв'язку, згідно з корисною моделлю, перед збудженням кільцевого генератора пусковим імпульсом випробувану лінію узгоджують по виходу й не узгоджують по входу, після виміру частоти проходження зондувальних імпульсів узгоджують випробувану лінію по входу й не узгоджують по виходу, вимірюють додаткову частоту проходження зондувальних імпульсів, а швидкість поширення Vx електричних імпульсів у провідних лініях визначають за формулою: ff Vx = 2l 1 2 , f1 - f 2 де l - довжина випробуваної лінії; f1 - частота проходження зондувальних імпульсів; f 2 - додаткова частота проходження зондувальних імпульсів. Саме введення в спосіб визначення швидкості поширення електричних імпульсів у електричних лініях зв'язку таких операцій, як узгодження випробуваної лінії по виходу підключенням відповідного навантаження й неузгодженість випробуваної лінії по входу шунтуванням вихідного аттенюатора забезпечує збудження кільцевого генератора імпульсів відбитими від входу випробуваної лінії імпульсами й формування періодичної послідовності зондувальних імпульсів. Періодичність проходження зондувальних імпульсів дозволяє виміряти першу часто ту їх проходження з високою точністю електронним частотоміром. Неузгодженість випробуваної лінії по виходу відключенням навантаження й узгодження випробовуваної лінії по входу зміною вихідного опору кільцевого генератора імпульсів аттенюатором забезпечує збудження кільцевого генератора імпульсів відбитими від кінця випробуваної лінії імпульсами, що дозволяє додатково виміряти другу частоту проходження зондувальних імпульсів, що містить інформацію про швидкість поширення імпульсів по випробуваній лінії. Використання двох частот проходження зондувальних імпульсів при різних видах не узгодження й узгодження входу й виходу випробуваної лінії забезпечує можливість виключення впливу схемних затримок у кільці генератора імпульсів на швидкість поширення імпульсів по випробуваній лінії. Визначення швидкості поширення імпульсів по запропонованій формулі за результатами виміру дво х частот проходження зондувальних імпульсів при відомій довжині випробуваної лінії забезпечує підвищення точності визначення швидкості поширення електричних імпульсів при збереженні стабільної роботи кільцевого генератора імпульсів. На кресленні зображена вимірювальна схема, за допомогою якої можна визначити швидкість 5 35262 поширення електричних імпульсів у електричних лініях зв'язку запропонованим способом. У схему кільцевого генератора імпульсів входять ключ 1 «Пуск», який через логічну схему „або" 2, запускає одновібратор 3, електронний частотомір 4 підключається до виходу одновібратора, вихід блоку часової затримки 5 з'єднаний з входом підсилювача потужності відеоімпульсів 6, аттененюатор 7 з'єднаний з виходом підсилювача потужності відеоімпульсів і охоплений у зворотньому зв'язку ключем 8, підсилювач відеоімпульсів 9 із блокуючим входом від одновібратора, формувач коротких імпульсів 10 через блок часової затримки 11 з'єднаний через логічну схему «або» з одновібратором, ключ 13, який підключає погоджене навантаження 12 на кінці лінії, електричні розмикачі 14 і 15 за допомогою яких випробувана лінія 16 підключається до вимірювальної схеми. Спосіб здійснюється в такий спосіб. При замиканні ключа 1 пусковий імпульс через логічну схему „або" 2 збуджує одновібратор 3, що генерує короткий відеоімпульс тривалості t1, що попадає на вхід електронного частотоміра 4 і вхід блоку часової затримки 5. Затриманий короткий відеоімпульс підсилюється підсилювачем потуж ності відеоімпульсів 6 і через аттенюатор 7, який шунтується ключем 8, надходить на вхід підсилювача відеоімпульсів 9 із блокуючим входом. Вихідний імпульс одновібратора 1 безпосередньо впливає на керуючий вхід підсилювача відеоімпульсів 9, блокуючи його роботу. Час затримки t2 блоку часової затримки 5 вибирають рівним часу спрацьовування схеми блокування підсилювача відеоімпульсів 9, а час самого блокування задають рівним тривалості t1 імпульсу від одновібратора 1. Тому затриманий блоком часової затримки 5 і посилений підсилювачем потужності відеоімпульсів 6 імпульс тривалістю t1 впливає на підсилювач відеоімпульсів 9 із блокуючим входом, коли він заблокований і не пропускає імпульс на формувач коротких імпульсів 10, розташований у ланцюзі зворотного зв'язку кільцевого генератора імпульсів. Відбитий від випробуваної лінії 16 імпульс надходить на вхід підсилювача відеоімпульсів 9 із затримкою t3 у випробуваній лінії, який до цього часу вже відкритий. З посиленого відбитого імпульсу формувачем 10 формується короткий імпульс, що затримується блоком часової затримки 11 на час t4 тривалістю відбитого імпульсу, що розширений щодо падаючого. Затриманий імпульс через схему „Або" 2 впливає на вхід одновібратора 3 і знову його збуджує. У результаті цього на виході одновібратора 3 формується періодична послідовність коротких імпульсів із тривалістю t1 і паузою тривалістю tn = t2 + t3 + t 4, (1) де t3 - затримка, яка внесена випробуваною лінією. Частота проходження цих імпульсів вимірюється електронним частотоміром 4. Завдяки затримки t2 у ланцюзі прямої передачі й затримки t4 у ланцюзі зворотного зв'язку кільцевий генератор імпульсів працює стабільно, тому 6 що відсутнє накладення падаючих і відбити х імпульсів. У той же час при використанні коротких імпульсів кільцевого генератора в якості зондувальних виникає більша адитивна похибка при визначенні швидкості поширення електричних імпульсів по лінії передачі. Ця похибка виникає через схемну затримку в кільцевому генераторі tn = t2 + t 4, , (2) яка співмірна із затримкою t3 у випробуваній лінії 16. Для виключення цієї похибки використовують додаткові операції, які здійснюють у наступній послідовності. Спочатку замикають ключі 8 і 13. У результаті цього випробувана лінія 16 на виході виявляється узгодженою на кінцеве навантаження 12, що вибирають рівним хвильовому опору випробуваної лінії. Однак шунтування, що розв'язує аттенюатор 7 ключем 8 вхід випробуваної лінії 16, виявляється неузгодженим з виходом підсилювача потужності відеоімпульсів 6. У цьому разі в ланцюг зворотного зв'язку кільцевого генератора, після перехідного процесу в лінії, починають надходити відбиті імпульси від входу випробуваної лінії, які збуджують одновібратор 3. У сталому режимі пауза між зондувальними імпульсами в цьому випадку визначається тільки схемною затримкою (2) кільцевого генератора. Відбиті імпульси від виходу випробувальної лінії відсутні завдяки узгодженню її по виходу навантаженням 12. Вимірюють частотоміром 4 сталу частоту проходження зондувальних імпульсів, значення якої визначається схемною затримкою (2): 1 1 f1 = = , (3) t CX t 2 + t 4 Потім розмикають ключі 8 і 13. Завдяки включенню в ланцюг прямої передачі кільцевого генератора імпульсів аттенюатора 7 вхід випробуваної лінії 16 виявляється погодженим з вихідним опором аттенюатора 7. Завдяки цьому відбиття імпульсів від входу випробуваної лінії 16 припиняється. Однак через відключення погодженого навантаження 12 кінець випробуваної лінії 16 стає розу згодженим. У результаті цього в ланцюг зворотного зв'язку кільцевого генератора імпульсів починають надходити відбиті від кінця випробуваної лінії імпульси. Пауза між зондувальними імпульсами збільшується за рахунок подвійного проходження імпульсами випробуваної лінії, тобто за рахунок затримки 2l t3 = , (4) VX де l - довжина випробуваної лінії; VX- швидкість поширення електричних імпульсів по лінії. При цьому частота зондувальних імпульсів зменшується до значення 1 f1 = . (5) t2 + t3 + t 4 З ура хуванням затримки (4) у лінії вираження (5) приймає значення 7 f1 = 1 . 35262 2l (6) VX Вимірюють частотоміром 4 друге значення частоти f 2. Вирішуючи рівняння (6) відносно швидкості VX, одержуємо: f2 VX = 2 l . (7) 1 - (t 2 + t 4 )f 2 Підставивши у вираз (7) значення схемної затримки з вираження (3), остаточно маємо: ff VX = 2 l 1 2 . (8) f1 - f2 З отриманого виразу (8) видно, що швидкість поширення VX можна визначити по двох частотах проходження зондувальних імпульсів, які відповідають узгодженому виходу випробуваної лінії й погодженому входу цієї лінії при відповідній неузгодженості входу й ви ходу цієї лінії. При цьому отриманий результат визначення швидкості поширення не залежить від схемних затримок у ланцюзі прямої передачі й ланцюга зворотного зв'язку кільцевого генератора імпульсів. t2 + t 4 + Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 8 Дослідження показали, що для визначення швидкості поширення електричних імпульсів по телефонних лініях і лініям передачі типу „крученої пари" досить генерувати відеоімпульси тривалістю 5-10нс із сумарною затримкою в ланцюгах кільцевого генератора до 50-100нс. При амплітуді зондувальних імпульсів в 5-10В і довжині випробуваної лінії до 100м для виключення впливу перешкод поріг спрацьовування формувача коротких імпульсів повинен бути не менш 0,2-0,25В. При цьому відносна похибка виміру швидкості не перевищує ±(1-1,5)%. Зміна навколишньої температури на ±15°С, що впливає на схемні затримки в ланцюгах кільцевого генератора імпульсів, не робить помітного впливу на результат визначення швидкості поширення імпульсів у досліджуваній лінії, що підвищує вірогідність контролю якості лінії. Корисна модель відноситься до області контролю, випробувань провідних мереж і може бути використана для визначення швидкості поширення електричних імпульсів по провідних лініях з використанням рециркуляції відбитих від випробуваної лінії імпульсів. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601