Спосіб діагностики провідних ліній зв’язку

Спосіб діагностики провідних ліній зв'язку, при якому підключають випробувальну лінію до виходу кільцевого генератора імпульсів, збуджують його пусковим імпульсом, формують часову послідовність однополярних імпульсів, посилають їх у випробувальну лінію як зондуючі, приймають відбиті імпульси від кінця випробувальної лінії, якими періодично збуджують кільцевий генератор, вимірюють частоту слідування імпульсів, що генеруються, і визначають діагностичний параметр провідних ліній зв'язку за формулою, який відрізняється тим, що зондуючі і відбиті імпульси на вході випробувальної лінії логарифмують, виділяють із послідовності прологарифмованих імпульсів змінну складову напруги та вимірюють її амплітуду, а визначення діагностичного параметра провідних ліній зв'язку проводять за формулою: 1 [c / м] , Д 2f3 U l Корисна модель відноситься до техніки контролю та вимірювань параметрів провідних ліній зв'язку і може бути застосована для прогнозування стану їх передаточних властивостей рефлектометричним методом. Передаточні властивості провідних ліній зв'язку визначаються розподіленими параметрами лінії: погонною ємністю, погонною індуктивністю і погонним опором (провідністю). При передачі цифрової інформації значна частина спотворень виникає через збільшення групового часу запізнення відносно номінального значення або зменьшення швидкості поширення імпульсів по лінії зв'язку. Зниження швидкості поширення імпульсів відбувається за рахунок змінювань розподілених параметрів лінії, які в свою чергу визначаються станом ізоляції проводів за часом і від температурних змін, впливом вологості і процесів старіння ізоляційних матеріалів. Тому в якості діагностичних параметрів стану лінії приймають значення групового часу запізнення або швидкості поширення зондуючого сигналу [Верник С.М., Ку шнир Ф.В., Рудницкий В.Б. Повышение точности измерений в технике связи.- М.: Радио и связь, 1981.-С.141-154]. Проте час запізнювання (уповільнення) не завжди зручно використовувати в якості діагностичного параметра, так як він залежить від довжини лінії зв'язку. Зручніше використовувати швидкість поширення імпульсів по лінії зв'язку , так як швидкість поширення - величина зворотня запізнюванню на одиницю довжини. l / t3 де Д - погонна стала часу лінії зв'язку (на одиницю довжини); f3 - виміряна частота слідування зондуючих імпульсів; U - виміряна змінна складова напруги; (11) UA (19) де l - довжина лінії; t 3 - час запізнювання. Тому по швидкості поширення імпульсів можна порівнювати лінії зв'язку різної довжини. Відомий спосіб діагностики провідних ліній зв'язку [Измерения в электронике: Справочник В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневский и др., под ред. В.А. Кузнецова.- М.: ЭнергоАтомиздат, 1987.-С.349-351], який включає генерування послідовності електричних імпульсів, зондування ни 54972 (13) U l - довжина діагностованої лінії. 3 ми випробувальної лінії, приймання відбитих від кінця лінії імпульсів, вимірювання часу запізнювання відбитих імпульсів відносно зондуючих і визначення діагностичного параметра за формулою: 2l t3 де l - довжина випробувальної лінії; t 3 - час запізнювання імпульсів; - швидкість поширення імпульсів. Відбиті від кінця лінії імпульси неминуче мають розмиті фронти через вплив розподілених ємності і індуктивності. Тому вимірювання часу запізнення по осцилограмі зв'язано з великими похибками. Крім того для одержання високої роздільної здатності за часом необхідно підбирати частоту слідування зондуючих імпульсів у залежності від довжини випробувальної лінії, що збільшує час діагностики. Відомий також спосіб діагностики провідних ліній зв'язку [Патент України № 35262, МПК: Н04В3/46, 2008р.], при якому підключають випробувальну лінію до виходу кільцевого генератора імпульсів, збуджують його пусковим імпульсом, формують часову послідовність однополярних імпульсів, які посилають у якості зондуючих у випробувальну лінію, приймають відбиті імпульси від кінця випробувальної лінії, якими періодично збуджують кільцевий генератор, вимірюють частоту слідування генеруємих імпульсів і визначають діагностичний параметр лінії за формулою. Крім того, відомий спосіб включає операції по непогодженню випробувальної лінії по входу, вимірювання частоти слідування імпульсів, які генеруються кільцевим генератором і визначення діагностичного параметра за формулою: f f 2l 1 2 , f1 f2 де l - довжина випробувальної лінії; f1 і f2 - частоти генерування зондуючих імпульсів у режимі непогодження і узгодження лінії з виходом кільцевого генератора; - швидкість поширення імпульсів. Діагностичний параметр по швидкості чутливий до змінювань розподільних ємності і індуктивності, які визначають хвильовий опір і швидкість поширення. В той же час цей параметр не чутливий до розподільного опору (провідності) лінії, який визначає її затухання. Спотворення цифрової інформації залежить як від змінювань реактивних параметрів лінії (швидкості поширення), так і активних (величини затухання). Тому відомий спосіб не забезпечує комплексну діагностику лінії зв'язку по всіх її параметрах. В основу корисної моделі покладена задача створення такого способу діагностики провідних ліній зв'язку, в якому введенням нових операцій і нової розрахункової формули, дозволило б діагностувати лінію по новому узагальненому параметру, який враховував би як розподілені ємність і індуктивність, так і її розподілену провідність, що забезпечить більш глибоку діагностику ліній зв'яз 54972 4 ку і можливість корегування параметрів лінії з метою підвищення швидкодії і пропускної здатності. Поставлена задача досягається тим, що в спосіб діагностики провідних ліній зв'язку, при якому підключають випробувальну лінію до виходу кільцевого генератора імпульсів, збуджують його пусковим імпульсом, формують часову послідовність однополярних імпульсів, які посилають у випробувальну лінію у якості зондуючих, приймають відбиті імпульси від кінця випробувальної лінії, якими періодично збуджують кільцевий генератор, вимірюють частоту слідування імпульсів, що генеруються, який відрізняється тим, що зондуючі і відбиті імпульси на вході випробувальної лінії логарифмують, виділяють із послідовності прологарифмованих імпульсів змінну складову напруги та вимірюють її амплітуду, а діагностичний параметр визначають за формулою: 1 [c / м] , Д 2f3 U l де Д - погонна стала часу лінії зв'язку (на одиницю довжини); f3 - виміряна частота слідування зондуючих імпульсів; U - виміряна змінна складова напруги; l - довжина діагностуємої лінії. Саме введення в спосіб діагностики провідних ліній зв'язку додаткових операцій по логарифмуванню послідовності зондуючих і відбитих імпульсів, виділенню із послідовності прологарифмованих імпульсів змінної складової напруги і вимірювання амплітуди змінної складової дозволяє одержати інформацію про затухання відбитих імпульсів відносно зондуючих в логарифмічній формі (декремент затухання) за допомогою цифрового вольтметра постійного струму. Вибір діагностичного параметра у формі сталої часу ланцюга з розподіленими параметрами дозволяє врахувати як динамічні властивості лінії, які зв'язані з наявністю розподілених ємності і індуктивності, так і дисипативні властивості лінії, обумовлені дією розподіленого опору (провідності) діагностуємої лінії. Завдяки такому підходу здійснюється більш глибока діагностика лінії зв'язку по трьох параметрах, яка дає можливість корегування лінії зв'язку роздільно по кожному параметру, що підвищує швидкодію і пропускну здатність провідної лінії зв'язку. На кресленні зображена схема способу діагностики ліній зв'язку. В схемі кільцевого генератора ключ 1 «ПУСК» з'єднаний з одним входом логічної схеми «АБО» 2, вихід якої підключений до одновібратора 3. До входу одновібратора 3 підключені паралельно з'єднані цифровой частотомір 4, елемент часової затримки 5 і блок керування 6. Аттенюатор 7 узгоджує вихід кільцевого генератора імпульсів з випробувальною лінією 8. Відбитий від кінця випробувальної лінії 8 імпульс підсилюється керуємим підсилювачем 9, вихід якого через формувач імпульсів 10 з'єднаний з другим входом логічної схеми «АБО». Логарифматор 11 входом підключений до входу випробувальної лінії 8, а до його виходу 5 підключені послідовно з'єднані підсилювач 12 змінної напруги, випрямляч 13 і цифровий вольтметр 14. Спосіб діагностики провідних ліній зв'язку здійснюється наступним чином. При замиканні ключа 1 пусковий імпульс через логічну схему «АБО» 2 збуджує одновібратор 3, на виході якого формується однополярний імпульс. Сформований імпульс затримується елементом 5 на час підготовки підсилювача 9 до прийому відбитих від кінця випробувальної лінії 8 імпульсів. Однополярні імпульси через узгоджуваний аттенюатор 7 поступають на вхід випробувальної лінії 8 в якості зондуючих імпульсів. Блок керування 6 забезпечує запірання підсилювача 9 на час дії зондуючого імпульсу. Відбитий від кінця лінії 8 однополярний імпульс і затриманий випробувальною лінією поступає на вхід підсилювача 9, коли він уже відкритий. Із підсиленого імпульсу створюється формувачем 10 короткий імпульс, який поступає через другий вхід схеми «АБО» 2 на вхід одновібратора 3 і запускає його. В результаті формується періодична послідовність зондуючих імпульсів з частотою 1 , f3 (1) 2 t3 де t 3 - час запізнювання в лінії з розподіленими параметрами. Амплітуда зондуючих імпульсів визначається параметрами одновібратора 3, який формує однополярні імпульси з постійною вольт-секундною площею S U0 t 0 , (2) де U0 і t 0 - амплітуда і тривалість однополярних імпульсів. В процесі проходження зондуючих імпульсів до кінця лінії 8 і зворотньо відбувається їх ослаблення через втрати в лінії. В результаті періодичного впливу однополярних імпульсів з вольт-секундною площею (2) випробувальна лінія заряджається до напруги (3) U1 U0 (1 e t / 3 ) , де 3 - стала часу зарядження випробувальної лінії; t - поточний час. В паузах між зондуючими імпульсами лінія розряджається через свій розподілений опір (провідність): R=RПl, (4) або G=gПl, (5) де RП - погонний опір випробувальної лінії, Ом/м; gП - погонна провідність випробувальної лінії, См/м. Стала часу зарядження випробувальної лінії невелика, так як визначається малим опором джерела зарядження (кільцевого генератора). Час розрядження лінії відносно великий і визначається сталою часу лінії з розподіленими параметрами, так як розрядження відбувається по всій довжині зарядженої лінії через розподілену провідність gП. 54972 6 Як відомо стала часу електричного ланцюга із зосередженими параметрами визначається виразом: L CR , (6) R де С, L і R зосереджені ємність, індуктивність і опір. Стала часу ланцюга із розподіленими параметрами залежить від її еквівалентних параметрів, які залежать від довжини лінії: (7) CЕ=CП l, (8) LЕ=LП l, (9) RЕ=RП l, CП, LП і RП - погонні ємність, індуктивність і опір; де l - довжина лінії зв'язку. З урахуванням виразів (7)-(9) стала часу (6) приймає значення: 2 (10) Л=(CПRП - LПgП)l [c], де gП=1/RП - погонна провідність лінії зв'язку, См/м З приходом чергового зондуючого імпульсу лінія швидко заряджається за законом (3), а в паузах між зондуючими імпульсами розряджається також за експоненціальним законом: t/ p (11) U2 U1e , де p - стала часу лінії зв'язку. Таким чином, постійна складова напруги на вході лінії змінюється від U1 до U2 . Змінна складова зондуючих імпульсів проходить по випробувальній лінії і відбивається від її кінця. В результаті суперпозиції постійної складової напруги, яка визначається часом розрядження, і змінної складової напруги відбитого імпульсу знову поновлюється на вході лінії однополярний імпульс, але із зміненими параметрами. Ці параметри визначаються як часом запізнювання відбитих імпульсів, так і затуханням самої випробувальної лінії. Тому амплітуда відбитих імпульсів на вході випробувальної лінії 8 приймає значення: (12) A2 A1e 2 t 3 / , де A1 - амплітуда зондуючих імпульсів. Час запізнювання t 3 визначається частотою слідування зондуючих імпульсів (1), а стала часу розрядження - сталою часу випробувальної лінії (10). Згідно з запропонованим способом логарифмують зондуючі і відбиті імпульси на вході лінії 8. Прологарифмуємо вираз (12) і отримаємо: LnA 2 LnA 1 2 t 3 / , (13) звідки стала часу лінії зв'язку довжиною l: 2 t3 [c], (14) Ln( A1 / A 2 ) За діагностичний параметр лінії зв'язку Д вибирають погонну (на одиницю довжини) сталу часу лінії: t3 c /м , (15) Д 2l l Ln( A1 / A 2 ) 7 54972 З урахуванням значення часу запізнювання із виразу (1) остаточно отримаємо: 1 , (16) Д 2f3 l Ln( A1 / A 2 ) Частоту слідування зондуючих імпульсів f3 визначають за показами цифрового частотоміра 4. Логарифм відношення амплітуд зондуючого і відбитого імпульсів (декремент затухання) визначають шляхом подачі обох імпульсів на вхід логарифматора 11, на виході якого формуються почергово за часом імпульси напруг: U3 S LnA1 , (17) U4 S LnA 2 , (18) де S - крутизна логарифмічного перетворення. Через затухання діагностуємої лінії U3 U4 . Тому у послідовності прологарифмованих імпульсів (17) і (18), які слідують із частотою f3 , присутня змінна складова напруги з амплітудою: U3 U4 1 A A3 S Ln 1 , (19) 2 2 A2 Змінна напруга виділяється і підсилюється підсилювачем 12 змінної напруги. Підсилена напруга випрямляється випрямлячем 13 і вимірюється цифровим вольтметром 14. Показ вольтметра: 1 U S K K BLn( A1 / A 2 ) , (20) 2 де K - коефіцієнт підсилення підсилювача 12; KB - коефіцієнт перетворення випрямляча 13. Результуючу крутизну перетворення S бирають із умови: 1 S S K KB 1[1/ B] , 2 ви(21) 8 Тоді за показами вольтметра 14 безпосередньо визначають логарифм відношення амплітуд порівнюємих імпульсів (логарифмічний декремент затухання зондуючих імпульсів): U S Ln( A1 / A 2 ) , (22) де S - одиничний розмірний коефіцієнт. Знаючи за показами частотоміра 4 частоту слідування зондуючих імпульсів f3 , за показами вольтметра 14 - декремент затухання зондуючи імпульсів можна обчислити у відповідності з формулою (16) діагностичний параметр лінії у формі погонної сталої часу (секунди на метр): 1 [c / м] , (23) Д 2а3 U l де l - довжина діагностуємої лінії. На відміну від способу найбільш близького аналогу діагностичний параметр (23) враховує не тільки розподілені параметри ємність і індуктивність лінії, але і її розподілену провідність (опір), що забезпечує більш глибоку діагностику лінії. Використання запропонованого діагностичного параметра для контролю стану провідних ліній зв'язку забезпечить: - оцінку стану лінії зв'язку за одним узагальненим параметром - погонній сталій часу лінії з розподіленими параметрами; - врахування змін динамічних властивостей лінії зв'язку спричинених змінами розподіленої ємності і розподіленої індуктивності, які порушують нормований хвильовий опір лінії; - врахування дисипативних властивостей лінії зв'язку із-за змінювань розподіленого опору або розподіленої провідності лінії; - можливість корегування передаточних властивостей лінії зв'язку як за часом запізнювання, так і по затуханню за показами двох незалежних приладів: частотоміра і вольтметра. 9 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 54972 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601