ПРИБОРЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНИИ КАБЕЛЬНОЙ СВЯЗИ
Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №35(302)
Рубрика: Физико-математические науки
Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №35(302)
ПРИБОРЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНИИ КАБЕЛЬНОЙ СВЯЗИ
Аннотация. Современный рынок позволяет решить вопрос по оснащению средствами измерения позволяющие определять состояние и характеристики линии кабельной связи любой сложности, в необходимом объеме и с требуемым классом точности. Рассмотренным основные принципы их работы, метрологические и технические характеристики.
Ключевые слова: измерения в связи, кабельные приборы, кабельные приборы, цифровые рефлектометры, измерения DSL, метрологические характеристики, средства измерения для кабеля.
Введение.
Для определения электрических характеристик кабеля связи, а также нахождения места повреждения используют ряд современных приборов. Но вне зависимости от итоговой цели, выполнение поставленной задачи начинается с использования кабельного прибора. На данный момент средства измерения (СИ) состоит из несколько модулей, имеющих разное назначение. Следует рассмотреть принципы их работы, метрологические и технические характеристики.
1. Виды кабельных приборов
Кабельные приборы переносные (средства измерения) - предназначены для измерения электрических характеристик и определения расстояния до места повреждения элементов конструкции кабельных и воздушных линий связи [1]. Данными приборами оценивают состояние линии связи, а также измеряют электрические характеристики, которые позволяют рассчитать первичные и вторичные параметры влияния и передачи [2]. По этой причине заложенные в них методы измерения будут применяться ко всем кабелям связи. Выделяют высокую потребность в приборах данного вида при работе с симметричным кабелем связи [3].
Приборы можно условно разделить на три группы по виду измеряемых параметров (функций):
1) Приборы служащие для измерения параметров кабеля в первую очередь постоянным током, служащие для определения первичных параметров цепи, а также установления расстояния до места повреждения преимущественно мостовыми методами. Средства измерения, находящиеся в этой группе, принято называть мостовыми кабельными приборами;
2) Приборы специализированные или дополнительно имеющие возможность для определения расстояния до места повреждения импульсным методом (рефлектометр). Средства измерения это группы обычно называют цифровыми рефлектометрами или более редкое название кабельный прибор с рефлектометром;
3) Приборы специализированные или дополнительно имеющие возможность для измерения вторичных параметров кабеля с оценкой кабеля на возможность передачи цифровой информации (прочие приборы). Средства измерения этой группы имеют много названий, в зависимости от назначения, поэтому не имеют общепринятого определения. Поэтому их принято называть кабельными приборами с дополнительными функциями или анализаторами кабельных сетей связи.
Причина более рационального использования ресурсов и развитию технологий, привели к тому, что выпускаемые кабельные приборы стали включать в себя больше дополнительных функции. Тенденция развития ограничивается балансом между затратами на изготовление и потребностями рынка. В дальнейшем это может привести к делению или появлению новых групп кабельных приборов. Тем не менее это не отменяет того, факта, что в первую очередь основной задачей у них будет измерения электрических параметров кабеля [4].
Причиной разделения на приведенные условные группы является то, что в них соблюден баланс между технологическими возможностями и экономическими затратами на приобретение с эксплуатации.
2. Обзор средств измерений приведённых групп
Рассмотрим более подробно средства измерения по ранее классифицированным группам, а также их характеристики
2.1 Особенности первой группы (мостовые кабельные приборы)
Мостовые кабельные приборы, которые относятся к этой группе, имеют относительно простое функциональное исполнение, устойчивость к износу и невысокую цену. Из недостатков можно выделить требования к навыкам специалиста и встречающейся в некоторых моделях отсутствие каких-либо способов хранить результаты измерений. Сравнение характеристик приборов данной группы приведены в таблице 1.
Прибор ИРК-ПРО модели 7.4 содержит измерительный мост, предназначенный для определения расстояния до участка с пониженным сопротивлением изоляции и до места обрыва кабелей; возможность измерения сопротивления изоляции, сопротивления шлейфа и электрической емкости кабеля, определения омической асимметрии симметричных кабелей. Дополнительные функции, особенности или опции отсутствуют [5].
Приборы серии EFL 10 включают в себя резистивные и емкостные мостовые схемы и измеритель напряжения постоянного и переменного тока обеспечивающие измерения электрического сопротивления, омической асимметрии и емкости жил кабеля с индикацией расстояния до места повреждения. Имеется возможность совместной работы с персональным компьютером через интерфейс RS232C [6].
Приборы ECFL30 включают в себя резистивные и емкостные мостовые схемы для измерения сопротивления и емкости, а также режим рефлектометра во временной области (TDR), обеспечивающий оценку расстояния до места неоднородности без заданного класса точности. Имеется возможность совместной работы с персональным компьютером через интерфейс USB 1.1. Опция устройства организации шлейфа и интеллектуальный ведомый прибор ECFL 30S [6].
Таблица 1.
Метрологические и технические характеристики первой группы кабельных приборов
|
Наименование СИ |
ИРК-ПРО 7.4 |
EFL 10 |
ECFL30 |
|
Внешний вид |
|
|
|
|
№ в госреестр СИ |
70198-18 |
45331-17 |
40589-14 |
|
Страна производитель |
Россия |
Венгрия |
Венгрия |
|
Диапазон измерения сопротивления изоляции, кОм |
от 1 до 10·106 |
от 10 до 20·106 |
от 10 до 10·106 |
|
Пределы допускаемого значения абсолютной погрешности измерения сопротивления изоляции Rиз, кОм |
± (0,1·Rиз + 1 мл.зн.р.) |
от ± (0,01·Rиз ± 1 цифра) до ± 0,3·Rиз |
от ± (0,05·Rиз + 0,001) до ± 0,05·Rиз |
|
Диапазон измерения электрического сопротивления шлейфа Rшл (токопроводящих жил) на постоянном токе, кОм |
от 0,1·10-3 до 9,9 |
от 0,001 до 10 |
от 0,1·10-3 до 10 |
|
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения сопротивления шлейфа Rшл (токопроводящих жил), кОм |
от ± (0,001·Rшл + 0,1) до ± 0,1 |
± (0,002 Rшл+0,1) |
± (0,003 Rшл +0,3) |
|
Диапазон измерения электрической емкости С, нФ |
от 0,1 до 1950 |
от 1 до 10000 |
от 1 до 2000 |
|
Пределы допускаемого значения абсолютной погрешности измерения емкости, С, нФ |
от ± (0,1+0,10С) до ± (1+0,02С) |
± (0,005·С ± 1 цифра) |
± (0,02 С+0,2)× |
|
Габаритные размеры (ширина, высота, глубина), мм, не более |
170x140x85 |
200x100x40 |
224х160х55 |
|
Масса, кг, не более |
1,6 |
0,8 |
1,8 |
|
Электропитание, В |
от 6 до 12 |
Встроенный элемент питания |
Встроенный элемент питания |
|
Рабочая температура окружающего воздуха, °С |
от - 10 до +50 |
от -10 до +50 |
от 0 до 40 |
2.2 Особенности второй группы приборов (цифровые рефлектометры)
Цифровые рефлектометры позволяют производить измерения постоянным током, необходимые для определения первичных параметров цепи, и определять неоднородности в металлической среде импульсным методом.
Представляют из себя измерительный прибор, который имеет проработанный и интуитивно понятный интерфейс, дисплей для отображения информации, а также позволяют хранить, анализировать и обмениваться результатами измерений с персональным компьютером. Так же в эту группу можно включить специализированные рефлектометры, которые производят только измерения неоднородности кабеля. Из недостатков можно выделить требовательность к эксплуатации прибора и специализированную системы управления (таблица 2).
Приборы ИРК-ПРО Альфа, помимо моста, содержат импульсный рефлектометр для определения расстояний до мест сосредоточенных неоднородностей. Дополнительной опцией является встроенный ADSL-модем, предназначенный для проверки возможности установления связи со станционным оборудованием ADSL (DSLAM). Имеется возможность сохранения результатов измерения на энергонезависимой встроенной памяти [5].
В приборах РД Мастер и рефлектометре Гамма реализованы только функция определения характера неоднородностей и расстояния до места изменения волнового сопротивления кабеля. Так же имеется возможность сохранения результатов измерения во встроенной памяти. Рефлектометр Гамма имеет возможность управления с помощью сенсорного экрана [5].
Прибор ИРК-ПРО Гамма содержит измерительный мост и рефлектометр. Имеет возможность управления с помощью сенсорного экрана, а также возможность сохранения результатов измерения во встроенной или внешней флэш памяти. Отдельной особенностью является реализация цифровой технологии Вейвлет-рефлектометра [7]. Подключение к персональному компьютеру происходит через USB-порт. Реализована функция удаленного доступа по протоколу TCP/IP позволяющая использовать прибор для удаленного мониторинга [5].
Рефлектометр РЕЙС-105М1 предназначен для обнаружения, определения характера повреждения и определения расстояния до места повреждения импульсным методом. Результаты измерений возможно сохранить во встроенной памяти и на персональном компьютере через интерфейс RS232 [8].
Рефлектометр РЕЙС-205 содержит измерительный мост и рефлектометр. Возможно одновременно производить измерения двух рефлектограм. Результаты измерений возможно сохранить во встроенной памяти и на персональном компьютере через подключение по интерфейсам RS232 или USB [8].
Рефлектометр Teleflex SX-1 позволяет фиксировать множественные неоднородности линии: как дискретные, так и протяженные, в зависимости от соотношения их длины и минимальной длины волны спектра зондирующего импульса. Так же есть возможность произвести измерения двух рефлектограм. Результаты сохраняются на внутренней памяти. Подключить к персональному компьютеру можно через интерфейс USB [9].
Таблица 2.
Метрологические и технические характеристики цифровых рефлектометров
|
Наименование СИ |
Рейс-105М1 |
РД Мастер |
Гамма |
Teleflex SX-1 |
|
Внешний вид |
|
|
|
|
|
№ в госреестр СИ |
45508-10 |
38883-14 |
57942-14 |
81330-21 |
|
Страна производитель |
Россия |
Россия |
Россия |
Германия |
|
Верхние значения диапазонов измеряемых расстояний, м (при коэффициенте укорочения 1,5) |
25600 |
50000 |
66970 |
160000 |
|
Пределы допускаемой абсолютной погрешности определения расстояния, м |
от ±0,2 до ±0,8 |
±0,1 |
±0,2 |
- |
|
Частота следования калибровочных меток, кГц |
24000±14 |
1000±0,5 |
- |
- |
|
Перекрываемое затухание, дБ, не менее |
60 |
96 |
80 |
- |
|
Выходное сопротивление, Ом |
от 30 до 450 |
от 35 до 350 |
от 27 до 400 |
от 10 до 500 |
|
Габаритные размеры (ширина, высота, глубина), мм, не более |
106х243х59 |
120х230х40 |
270х2400х200 |
362х305х195 |
|
Масса, кг, не более |
0,75 |
1,0 |
2,5 |
7,8 |
|
Электропитание |
4 элемента питания типа АА |
Встроенный элемент питания |
Встроенный элемент питания |
Встроенный элемент питания |
|
Рабочая температура окружающего воздуха, °С |
от - 10 до +55 |
от - 10 до +50 |
от - 10 до +50 |
от - 10 до +50 |
Таблица 3.
Метрологические и технические характеристики цифровых рефлектометров (продолжение).
|
Наименование СИ |
ИРК-ПРО Альфа |
ИРК-ПРО Гамма |
РЕЙС-205 |
|
Внешний вид |
|
|
|
|
№ в госреестр СИ |
70198-18 |
57942-14 |
25736-03 |
|
Страна производитель |
Россия |
Россия |
Россия |
|
Диапазон измерения сопротивления изоляции, кОм |
от 1 до 10·106 |
от 1 до 50·106 |
от 10 - 10·106 |
|
Пределы допускаемого значения абсолютной погрешности измерения сопротивления изоляции Rиз, кОм |
± (0,1·Rиз + 1 мл.зн.р.) |
± (1 + 0,1 Rиз) |
не более 10 %. |
|
Диапазон измерения электрического сопротивления шлейфа Rшл (токопроводящих жил) на постоянном токе, кОм |
от 0,1·10-3 до 9,9 |
от 0,1·10-3 до 10 |
от 0,1·10-3 до 50 |
|
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения сопротивления шлейфа Rшл (токопроводящих жил), Ом |
от ± (0,1 + 0,001·Rшл) до ± 100 |
от ± (0,1 + 0,001Rшл) до ± 100 |
± (0,001 Rшл + 0,1) |
|
Диапазон измерения электрической емкости С, нФ |
от 0,1 до 1950 |
от 0,1 до 2000 |
от 1 до 10000 |
|
Пределы допускаемого значения абсолютной погрешности измерения емкости, С, нФ |
от ± (0,1+0,10 С) до ± (1+0,02 С) |
от ± (0,1+0,10 С) до ± (1+0,02 С) |
не более ± (0,05 С + 0,1) |
|
Верхние значения диапазонов измеряемых расстояний, м (при коэффициенте укорочения 1,5) |
30720 |
66970 |
102400 |
|
Пределы допускаемой абсолютной погрешности определения расстояния, м |
±0,25 |
±0,2 |
±0,2 |
|
Частота следования калибровочных меток, кГц |
781,250±1 |
- |
64000±32 |
|
Перекрываемое затухание, дБ, не менее |
80 |
80 |
86 |
|
Выходное сопротивление, Ом |
- |
100±6 |
от 27 до 400 |
|
Габаритные размеры (ширина, высота, глубина), мм, не более |
170x140x85 |
270х2400х200 |
275х166х70 |
|
Масса, кг, не более |
1,6 |
2,5 |
2,5 |
|
Электропитание, В |
от 6 до 12 |
Встроенный элемент питания |
10 элементов питания типа АА |
|
Рабочая температура окружающего воздуха, °С |
от - 10 до +50 |
от - 10 до +50 |
от - 10 до +55 |
2.3 Особенности третьей группы (прочие приборы)
Средства измерения этой группы не имеет общего названия так как кроме возможности производить измерения характеристик кабеля и определять неоднородности импульсным методом, имеют в себе функционал для нахождение вторичных параметров цепи и состояние кабельной линии. Так же сюда можно добавить некоторые специализированные средства измерения, в которых заложена возможность производить анализ вторичных параметров кабеля. В некоторых случая они имеют модульную или опциональную систему. Из недостатков можно выделить такие требования, как организация условий проведения работ, относительно высокая цена, установка дополнительного программного обеспечения для работы с приборами (таблица 3).
Прибор ИРК-ПРО Альфа ADSL помимо измерительного моста, также содержит импульсный рефлектометр для оценки неоднородностей линии, но он носит индикаторный характер и не подлежит метрологической оценке. Также имеется возможность производить измерения: частотных параметров линии связи в полевых и стационарных условиях; рабочего затухания участка симметричного кабеля; уровня переходного влияния на дальнем и ближнем конце кабеля; амплитудно-частотных характеристик АЧХ. Имеется опция встроенного ADSL-модема. Возможность сохранения результатов измерения на встроенной памяти [5].
Приборы ДЕЛЬТА ПРО+ объединяют в себе генератор нормированных аналоговых (гармонических) и цифровых (в кодах AMI, HDB3) электрических испытательных сигналов и измерительное устройство (приемник), обеспечивающее измерение вторичных электрических параметров кабеля: рабочего затухания участка симметричного кабеля, определения уровня переходного влияния на ближнем и дальнем конце кабеля, построение частотных характеристик параметров кабеля и тестирование цифрового сигнала Е1, передаваемого по кабелю (регистрацию ошибок); а также работу в режиме импульсного рефлектометра. Имеется возможность сохранения результатов измерения на встроенной памяти [5].
Приборы AnCom A-7/311 и A-7/301 являются переносными анализаторами систем передачи и кабелей связи, предназначенные для формирования одночастотных, двухчастотных, многочастотных, псевдослучайных, шумовых измерительных сигналов и измерений в диапазоне частот от 0,04 до 4096 кГц следующих параметров и характеристик: частота и уровень сигнала селективно, широкополосно, взвешенно, включая псофометрическое взвешивание; построение фазограмм и хронограмм уровня; затухания и защищенности сигнала от сопровождающих помех. Для работы модификация A-7/311 требуется терминал с отдельно уставленным программным обеспечением. При необходимости вся система позволяет автоматизировать процесс измерения по заранее заготовленным сценариям. Недостатком данного средства измерения является ее массивность и потребность в высокой квалификации специалиста [10].
Таблица 4.
Метрологические и технические характеристики третьей группы кабельных приборов
|
Наименование СИ |
ИРК-ПРО Альфа ADSL |
ДЕЛЬТА ПРО + |
ИРК-ПРО Гамма DSL |
AnCom A-7 311/301 |
|
Внешний вид |
|
|
|
|
|
№ в госреестр СИ |
70198-18 |
38883-14 |
57942-14 |
69394-17 |
|
Страна производитель |
Россия |
Россия |
Россия |
Россия |
|
Диапазон измерения сопротивления изоляции, кОм |
от 1 до 10·106 |
- |
от 1 до 50·106 |
- |
|
Пределы допускаемого значения абсолютной погрешности измерения сопротивления изоляции Rиз, кОм |
± (0,1·Rиз + 1 мл.зн.р.) |
- |
± (1 + 0,1 Rиз) |
- |
|
Диапазон измерения электрического сопротивления шлейфа Rшл (токопроводящих жил) на постоянном токе, кОм |
от 0,1·10-3 до 9,9 |
- |
от 0,1·10-3 до 10 |
- |
|
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения сопротивления шлейфа Rшл (токопроводящих жил), Ом |
от ± (0,1 + 0,001·Rшл) до ± 100 |
- |
от ± (0,1 + 0,001Rшл) до ± 100 |
- |
|
Диапазон измерения электрической емкости С, нФ |
от 0,1 до 1950 |
- |
от 0,1 до 2000 |
- |
|
Пределы допускаемого значения абсолютной погрешности измерения емкости, С, нФ |
от ± (0,1+0,10 С) до ± (1+0,02 С) |
- |
от ± (0,1+0,10 С) до ± (1+0,02 С) |
- |
|
Верхние значения диапазонов измеряемых расстояний, м (при коэффициенте укорочения 1,5) |
- |
30000 |
51200 |
- |
|
Пределы допускаемой абсолютной погрешности определения расстояния, м |
- |
±0,2 |
±0,2 |
- |
|
Частота следования калибровочных меток, кГц |
- |
1024±0,5 |
- |
- |
|
Перекрываемое затухание, дБ, не менее |
- |
96 |
80 |
- |
|
Выходное сопротивление, Ом |
- |
- |
100±6 |
- |
|
Выходное и входное сопротивление, Ом |
120±6 |
120±6 |
100±6 |
≤3; 100; 120; 135; 150; 600; ≥20000 |
|
Опорные частоты, кГц |
4096; 2048; 1024; 512; 256; 128; 64; 32 |
16384; 8192; 4096; 2048; 1024; 512; 256; 128; 64; 32 |
2156,25; 1725,00; 1293,75; 862,50; 431,25; 34,50 |
4; 8; 16; 32; 64; 128; 256; 512; 1024; 2048; 4096 |
|
Пределы допускаемой относительной погрешности установки частоты, % |
±0,05 |
±0,05 |
±0,05 |
± 2·10-6·F |
|
Выходной уровень |
|
|
|
|
|
В (дБн*), *0 дБн соответствует напряжению, 0,775 В на нагрузке 120 Ом |
1,95±0,12 (8±0,5) |
1,95±0,12 (8±0,5) |
- |
- |
|
В (дБн*), *0 дБм соответствует напряжению, 0,316 В на нагрузке 100 Ом |
- |
- |
1,75 ± 0,1 (15±1) |
- |
|
дБм |
- |
- |
- |
от -40 до +10 |
|
Диапазон измеряемых уровней входного сигнала |
|
|
|
|
|
дБо* (*0 дБо = 8 дБн) |
от -100 до +1 |
от -100 до +1 |
- |
- |
|
дБо* (*0 дБо = 15 дБм) |
- |
- |
от -80 до +1 |
- |
|
дБм |
- |
- |
- |
от -103 до 0 |
|
Пределы допускаемой относительной погрешности измерения уровня, дБ, |
от ±1 до ±4 |
от ±1 до ±4 |
±1 |
от ±0,2 до ±0,5 |
|
Габаритные размеры (ширина, высота, глубина), мм, не более |
170x140x85 |
170x140x85 |
270х2400х200 |
480х400х250 |
|
Масса, кг, не более |
1,6 |
1,6 |
2,5 |
10 |
|
Электропитание, В |
от 6 до 12 |
от 6 до 12 |
Встроенный элемент питания |
Встроенный элемент питания |
|
Рабочая температура окружающего воздуха, °С |
от - 10 до +50 |
от - 10 до +50 |
от - 10 до +50 |
от -25 до +55 |
Вывод
Рассмотренные средства измерения позволяют производить измерения любой сложности (паспортизация, приемка или входной контроль, поиск места повреждения) в необходимом объеме и с требуемым классом точности. Относительно не большой, но довольно насыщенный современный рынок позволяет решить вопрос оснащения кабельными приборами. Современные тенденции развития науки позволяют в будущем создавать более универсальные кабельные приборы, способные автоматизировать процесс измерения.
