(3) Ins-lokalizacja uszk zao PDF

Preview

Summary

Lokalizacja uszkodzeń za pomocą reflektometru...

Description

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA (studium zaoczne)

v.4

Lokalizacja uszkodzeń torów miedzianych metodą reflektometryczną 1. Pomiary są wykonywane za pomocą reflektometrycznego lokalizatora uszkodzeń torów przewodowych miedzianych symetrycznych E2770 TDR firmy SPIRENT Communications. Zapoznać się z instrukcją obsługi przyrządu i dokonać ustawień parametrów pomiarowych zgodnie ze wskazówkami podanymi przez prowadzącego. Wykonać poniższe pomiary parametrów torów symetrycznych w kablu FTP, kat.5, 4-torowym (inaczej 4-parowym), o długości fizycznej 100 m i nieznanym współczynniku propagacji (kabel na szpuli). Pomiary wykonać dla kaskadowego połączenia wszystkich 4-ch torów w kablu (za pomocą łączówki na szpuli), czyli dla toru o łącznej długości fizycznej równej 4x100 m. Należy pamiętać, że reflektometr wylicza tzw. długość elektryczną toru, która ze względu na skręt przewodów, jest większa od długości fizycznej kabla o wartość tego skrętu. Skręt przewodów każdego z 4-ch torów w tym kablu ma inną wartość, przy czym do obliczeń przyjąć średni skręt równy 3%. Uwaga: Dla wszystkich torów wykorzystywanych w ćwiczeniu jest dostęp do obu końców tych torów. Dlatego pomiary parametrów należy zawsze wykonywać dwukrotnie - oddzielnie od każdego końca toru, a jako wynik przyjąć wartość średnią. W zależności od długości toru należy dobrać odpowiedni zasięg pomiaru, tak aby na ekranie reflektometru był widoczny cały tor. Koniec toru należy lokalizować poprzez jego zwieranie i rozwieranie, jednocześnie obserwując na ekranie reflektometru, w którym miejscu następuje zmiana polaryzacji impulsu odbitego (pod wpływem zmiany wartości współczynnika odbicia ρ). zmierzyć współczynnik propagacji

, prędkość propagacji sygnału

oraz czas propagacji , a

następnie z tych pomiarów wyliczyć jednostkowy czas propagacji j tego toru (w odniesieniu do 1 km długości toru), rozłączyć kaskadowe połączenie torów i zmierzyć długości elektryczne oddzielnie każdego toru przy wcześniej zmierzonym współczynniku propagacji i na ich podstawie określić skręt przewodów w poszczególnych torach (długość fizyczna kabla wynosi 100 m). w oparciu wyłącznie o długość toru i zmierzony współczynnik propagacji wyliczyć prędkość propagacji czas propagacji oraz jednostkowy czas propagacji j tego toru. Otrzymane wyniki obliczeń porównać z wartościami zmierzonymi. 3. Wykonać poniższe pomiary torów symetrycznych w następujących kablach o znanym współczynniku propagacji : a) telekomunikacyjnym kablu miejscowym (gniazda G1-G2 na tablicy T2): organizacja 200x4x0,5 , powłoka ołowiana, izolacja żył papierowo-powietrzna, współczynnik propagacji = 0,79, b) kablu UTP (gniazda L1-L2 na tablicy T2): kategoria 5, współczynnik propagacji

= 0,68.

Uwaga: tor w kablu b) służy również do lokalizacji uszkodzeń (pkt. 4) i może posiadać wprowadzone uszkodzenia. Należy pamiętać, aby pomiary z pkt.3 wykonać bez zadanych uszkodzeń tego toru. zmierzyć długość elektryczną toru i wyliczyć długość fizyczną kabla, zmierzyć prędkość propagacji sygnału oraz wyliczyć jednostkowy czas i czas propagacji propagacji j, korzystając z rezystora dekadowego znajdującego się na stanowisku zmierzyć moduł impedancji falowej toru │Zf │ (należy wykorzystać szczególny przypadek współczynnika odbicia).

4. Dokonać lokalizacji miejsca uszkodzenia toru w kablu UTP z pkt.3 (gniazda L1-L2 na tablicy T2), dla różnych symulowanych uszkodzeń zadanych przez prowadzącego. Określić rodzaj tego uszkodzenia. W sprawozdaniu należy podać odległość miejsca uszkodzenia (lub uszkodzeń, jeżeli zostanie wykryte więcej niż jedno uszkodzenie) od początku toru (gniazdo L1) oraz podać przypuszczalną przyczynę uszkodzenia. Uwaga: Lokalizacji należy dokonać z obu końców toru, gdyż niektóre z tych uszkodzeń nie są możliwe do wykrycia przy pomiarze tylko od jednego końca.

LITERATURA: 1. Lokalizator uszkodzeń Metrohm E2770 – instrukcja obsługi przyrządu dostępna w laboratorium.

Podstawy teoretyczne 1. Tor przewodowy symetryczny jako linia długa. W typowych przypadkach transmisji sygnałów telekomunikacyjnych przez symetryczne linie (tory) miedziane (z przewodami skręconymi), takie tory należy traktować jako linie długie (rys.1). Taka potrzeba zachodzi w sytuacji, gdy jest spełniony warunek:

l

 

(1)

gdzie: l - długość toru, λ - długość fali transmitowanego sygnału.

Dla podanych poni żej przykładowych częstotliwości sygnału, warunek ten jest spełniony dla następujących długości toru: f = 1 MHz f = 10 MHz f = 100 MHz f = 1 GHz

-

l l l l

50 m 5m 0,5 m 0,05 m

Rys.1. Tor przewodowy jako linia długa: a) model toru, b) schemat zastępczy odcinka toru o długości Dl. Taki tor składa się z wielu krótkich odcinków o długości Dl połączonych kaskadowo, z których każdy jest czwórnikiem o stałych skupionych, składającym się z elementów biernych: rezystancji R, indukcyjności L, konduktancji (upływności) G i pojemności C (rys.1a). Elementy te są rozłożone równomiernie wzdłuż toru i każdy z nich może być przedstawiony jako iloczyn wartości jednostkowej tego elementu: R0, L0, G 0, C0 i długości odcinka linii Dl. Są to tzw. parametry pierwotne linii, których wartości podaje się na jednostkę długości, najczęściej na kilometr i stąd są również nazywane parametrami jednostkowymi. Zależą one od konstrukcji toru (średnica przewodów, odległość między przewodami, wielkość skrętu), materiału przewodnika, materiału izolacji przewodów i izolacji między przewodami, częstotliwości transmitowanych sygnałów i temperatury. Wartości parametrów jednostkowych wynoszą typowo: rezystancja jednostkowa - od kilkudziesięciu do kilkuset Ω/km i zależy od częstotliwości, indukcyjność jednostkowa - poniżej 2 mH/km i zależy od częstotliwości, konduktancja (upływność) jednostkowa - od kilkuset do kilku tysięcy µS/km i zależy od częstotliwości, pojemność jednostkowa - 25...50 nF/km i praktycznie nie zależy od częstotliwości. Oprócz parametrów pierwotnych definiuje się również parametry wtórne (falowe), do których należą: impedancja falowa Zf, zwana także impedancją charakterystyczną oraz tamowność falowaγ zwana inaczej stałą propagacji lub współczynnikiem przenoszenia. W przypadku pomiarów reflektometrycznych istotnym parametrem jest impedancja falowa toru Zf, która jest definiowana jako impedancja wejściowa toru o nieskończonej długości (czyli takiego, w którym nie dochodzi do odbicia sygnału). W przypadku toru o skończonej długości jego impedancja falowa jest równa Zf wtedy, gdy tor zostanie obciążony impedancją Z równą Zf. W takiej sytuacji (tzw. dopasowanie

impedancyjne) również nie występuje odbicie sygnału od końca toru, a moc sygnału wydzielona na obciążeniu jest wtedy największa (rys.2).

Rys.2. Tor nieskończenie długi (a) i tor o skończonej długości dopasowany na końcu (b). Impedancja falowa jest wielkością zespoloną, wyrażoną w postaci modułu i kąta fazowego - wzór (2):

Zf(f) =│Zf(f)│e jφ(f)

(2)

Jest ona funkcją parametrów jednostkowych toru wg zależności:  

Z (f) =    

(3)



gdzie: j - jednostka urojona, ω = 2πf - pulsacja sygnału.

Jak wynika ze wzoru (3) wartość impedancji falowej nie zależy od długości toru, zależy natomiast od częstotliwości, gdyż parametry jednostkowe R0, L0 i G 0 zależą od częstotliwości. Moduł impedancji falowej │Zf(f)│maleje monotonicznie wraz ze wzrostem częstotliwości od wartości częstotliwościach, do wartości impedancji wynosi typowo:



  



 

przy bardzo małych

przy częstotliwościach dążących do nieskończoności. Wartość tej

tory współosiowe (koncentryczne) - 50 Ω lub 75 Ω, tory symetryczne - 100...150 Ω. W przypadku niedopasowania impedancji obciążenia toru Z do jego impedancji falowej Zf część sygnału ulega odbiciu i wraca do nadajnika, co powoduje straty mocy w transmitowanym sygnale. Sygnał może ulegać odbiciu nie tylko na końcu toru, ale w każdym punkcie toru, w którym występuje niedopasowanie impedancyjne (tzw. zdarzenia). Może to być na wejściu toru (od strony nadajnika), w miejscach łączenia odcinków torów o różnych parametrach, na odgałęzieniach toru, w miejscach uszkodzenia i we wszystkich innych miejscach, w których tor jest niejednorodny. Miarą stopnia tego niedopasowania jest tzw. współczynnik odbicia ρ zwany również współczynnikiem niedopasowania pomiędzy impedancją falową Zf, a dowolną impedancją Z:

ρ=

 

(4)

Ze wzoru (4) wynika, że wartość współczynnika odbicia zawiera się w granicach . Napięcie sygnału i prąd w miejscu odbicia są sumami odpowiednich napięć i prądów sygnału padającego i odbitego. Można tu wyróżnić 3 charakterystyczne przypadki: Tor rozwarty na końcu: Z = ∞ → ρ = 1 Odbicie całkowite. Napięcie sygnału ma amplitudę taką samą, jak przy dopasowaniu, natomiast prąd ma wartość zerową. Faza sygnału powracającego do toru (odbitego) jest zgodna z fazą sygnału padającego (odbicie "dodatnie"). Tor zwarty na końcu: Z = 0 → ρ = -1 Odbicie całkowite. Napięcie sygnału ma wartość zerową, a prąd wartość taką samą, jak przy dopasowaniu. Faza sygnału powracającego do toru jest przeciwna do fazy sygnału padającego (odbicie "ujemne").

Tor dopasowany na końcu: Z = Z f → ρ = 0 Brak sygnału odbitego - na obciążeniu wydziela się maksymalna moc. W każdym innym przypadku niż zwarcie lub rozwarcie toru amplituda sygnału odbitego będzie mniejsza niż sygnału padającego. 2. Pomiary reflektometryczne. Do pomiarów długości i tłumienności przewodów miedzianych stosowanych w torach telekomunikacyjnych oraz do lokalizacji uszkodzeń w tych torach służą przyrządy zwane TDR (ang. - reflektometr w dziedzinie czasu). Ich działanie polega na porównaniu parametrów impulsów pomiarowych wprowadzanych do badanego toru z impulsami powrotnymi, odbitymi od niejednorodności występujących w tym torze (co zostało opisane wcześniej). Przyrząd wykonuje precyzyjny pomiar czasu przebiegu impulsów pomiarowych do określonego miejsca w torze i powrotu impulsów odbitych z powrotem do przyrządu oraz mierzy poziom sygnału powracającego i na podstawie tych wartości określa odległość do danego miejsca, tłumienie toru i charakter występujących niejednorodności. Wyniki są prezentowane w postaci tzw. reflektogramów, na których jest przedstawiony poziom sygnału powracającego do reflektometru w funkcji czasu lub częściej, po przeliczeniu, w funkcji odległości od początku toru. Na rys. 3 przedstawiono trzy, wcześniej opisane, przypadki odbić występujących na końcu toru, gdy na wejście toru zostanie podany impuls prostokątny z TDR.

Rys. 3. Odbicia sygnału impulsowego na końcu toru: a) tor rozwarty na końcu, b) tor zwarty na końcu, c) tor dopasowany impedancją równą impedancji falowej. W przypadku wystąpienia uszkodzenia wewnątrz toru mogą zaistnieć następujące sytuacje (rys.4): Uszkodzenie jest rozwarciem (ρ = 1) lub zwarciem toru (ρ = -1). Wtedy występuje całkowite odbicie sygnału w tym miejscu i do końca toru nie dociera żaden sygnał (rys.4a,b). Uszkodzenie ma charakter inny niż rozwarcie lub zwarcie, czyli ρ ≠ 1 i ρ ≠ -1. Wtedy w tym miejscu występuje tylko częściowe odbicie sygnału (amplituda sygnału odbitego jest mniejsza niż sygnału padającego), a część sygnału dalej propaguje do końca toru, gdzie ulega odbiciu zależnemu od stanu końca toru (rys.4c). Długość badanego toru transmisyjnego bądź odległość do określonego miejsca (np. zdarzenia) jest określona znaną zależnością:

l= • gdzie:

(5)

- czas propagacji (opóźnienie) sygnału - czas jaki potrzebuje sygnał elektryczny na przejście od jednego do drugiego końca toru lub do określonego miejsca, podawany zwykle w [ns] lub [µs], prędkość propagacji sygnału - parametr technologiczny, zale żny od konstrukcji kabla, głównie od rodzaju izolacji przewodów, podawany zwykle w [m/µs].

Rys.4. Odbicia w torach w przypadku różnych uszkodzeń. Ważnym parametrem toru transmisyjnego jest też jednostkowy czas propagacji j, który jest odwrotnością prędkości propagacji i wyrażany najczęściej w [µs/km].

τ j=

(6)

ν

Parametr ten pokazuje, ile czasu potrzebuje sygnał na pokonanie jednostki długości danego toru (np. 1 km), co ułatwia np. liczenie opóźnień czasowych w systemach telekomunikacyjnych. Jako alternatywną miarę prędkości propagacji sygnału w torze często stosuje się współczynnik VF - współczynnik propagacji, współczynnik prędkości), zwany także NVP ( - nominalna prędkość propagacji), który jest stosunkiem prędkości sygnału w torze do prędkości światła w próżni. Może on być wyrażony wprost jako wartość ułamkowa w zakresie od 0 do 1, lub w procentach prędkości światła:

(

VF = NVP =

ν %

lub

VF = NVP =

ν %

∙ 100 )%+

(7)

8 gdzie: c - prędkość światła w próżni, równa 3•10 m/s = 300 m/µs.

Ze wzoru (5) wynika, że do prawidłowego wyliczenia odległości l reflektometr wymaga podania dokładnej wartości prędkości propagacji w badanym torze. Najczęściej wartość tę podaje się w postaci współczynnika propagacji VF (lub NVP), który jako jeden z parametrów technologicznych kabli telekomunikacyjnych powinien być wymieniony w ich specyfikacji. W przypadku, gdy wartość prędkości propagacji (a tym samym współczynnika propagacji VF) dla danego kabla nie jest znana można ją wyliczyć ze wzoru (5) na podstawie reflektometrycznego pomiaru odcinka tego kabla o znanej długości....