Аппаратура и методы поиска дефектов кабельных сетей

Повреждение изоляции определяют, подсоединив один провод к питанию. Вторым при этом касаются проверяемого провода. Громкий щелчок свидетельствует о пониженной изоляции этого провода. Полное отсутствие щелчка свидетельствует об отсутствии ёмкости, то есть о близком обрыве провода. Щелчок должен быть еле слышен, но быть он должен.

Короткое замыкание узнают так же как и повреждение изоляции, при этом второй провод исследуемой пары заземляют.

С помощью этого приспособления можно по номеру телефона найти в распределительном шкафу нужную пару, позвонить с неё куда угодно или подслушать чей-нибудь разговор[10].

 

 Прозвонка  при проверке смонтированной  кабельной линии

Две трубки и какое-либо питание используются для прозвонки кабеля. То есть для проверки целости жил и их правильного монтажа или для выбора пар кабеля при сборке. При прозвонке трубки подключаются по таким схемам:

Рис. 2.Схема проверки монтажа кабеля (прозвонки) кабеля с батареей питания через «землю»

Рис. 3. Схема проверки монтажа кабеля (прозвонки) кабеля со станционным питанием через «землю»

Рис. 4. Возможно включение не через «землю», а через экран кабеля. Дополнительно проверяется целость экрана.

Общеприняты две последовательности прозвонки: по парам и по жильно[10].

По парам. Первый монтер касается контактом трубки 2-х жил пары одновременно. Второй при этом проверяет присутствие напряжения щелчка на обеих жилах своего плинта. Далее, убедившись, что обе жилы доходят, второй по трубке даёт команду первому: одну. Первый монтёр переключается на жилу а. Второй проверяет присутствие щелчка на жиле а и его отсутствие на второй жиле б, то есть проверяет пару на короткое замыкание. Далее даёт команду первому: дальше. Первый переключается на 2 жилы следующей пары. Процесс повторяется.

По жильно. Первый касается только жилы а пары. Второй проверяет на щелчок» жилу а и на его отсутствие жилу б. Возвращается на жилу а, даёт команду дальше. Первый переключается на жилу б. Второй проверяет его присутствие на этой жиле и по ней же даёт команду дальше. Для следующей пары процесс повторяется[10].

Такая прозвонка позволяет убедится в правильности монтажа, в отсутствии обрывов жил или земли на этих жилах. Но не гарантирует проверку отсутствия сообщений, а так же разбитостей, собранных по прозвонке. По правилам сообщения и разбитости должны определятся при дальнейших измерениях, но это часто зависит от возможностей или добросовестности измерителей.

 

2.2. Устройство прозвонки плоских кабелей

За основу взят прибор из журнала «Радио» 2009 год, выпуск №5. Прибор позволяет прозвонить вручную около сотни 10- и 14- проводных кабелей в день. Прибор сделан на микроконтроллере ATtiny13, кроме микроконтроллера для потребовалось два сдвиговых регистра, транзистор и две линейные светодиодные шкалы, показывающие код ошибки[6].

Особенности порта ввода-вывода микроконтроллера ATtiny13 заключаются в том, что его линии PB0 – PB5 могут передавать сигналы в обе стороны, каждую из них конфигурируют отдельно с помощью регистра DDRB. Для управления портом имеются еще два регистра PINB и PORTB.  Первый из них служит для ввода информации в микроконтроллер. В его разрядах отображаются единицами и нулями фактические, действующие в данный момент логические уровни напряжения на выводах микроконтроллера[3].

Регистр PORTB служит для вывода информации из микроконтроллера. Сдвиговый регистр представляет собой набор D-триггеров, выход каждого из которых соединен со входом следующего. Основное назначение – преобразование последовательного кода в параллельный[16].

Для записи в сдвиговый регистр семиразрядного двоичного кода необходимо прежде всего разрешить работу регистра, установив на входе R высокий, а на входе C – низкий уровень и подать на информационный вход значение старшего разряда выводимого кода. После  чего сформировать на входе C тактовый импульс. В результате значение разряда D6 будет записано в младший разряд регистра и выведено на его выход 1.

Далее на информационный вход подают значение разряда D5 и вновь формируют тактовый импульс. Значение D6 будет перенесено в следующий разряд регистра и появится на выходе 2. Значение D5 будет выведено на выход 1. Каждый новый тактовый импульс сдвигает код в регистре еще на один разряд, и после седьмого импульса он займет положенное место: на выходе 1 – D0, на выходе 7 – D6. Временные диаграммы на рисунке 7 иллюстрируют, как сдвиговый регистр преобразует последовательный код 1011001 в такой же параллельный.

Что бы увеличить разрядность сдвигового регистра до 14 (максимального числа проводов в кабеле), два восьмиразрядных регистра 74НС164 (DD1 и DD2) соединены последовательно по семь разрядов. Полное преобразование кода происходит за 14 тактовых импульсов[6].

При разработки схемы и программы прибора было принято следующее распределение линий порта микроконтроллера по выполняемым функциям:

PB0 – выход тактирования сдвигового регистра;

PB1 – выход начальной установки сдвигового регистра;

PB2 – выход параллельного кода, загружаемого в регистр;

PB3 – вход с четных проводов;

PB4 – вход с нечетных проводов;

PB5 – выход включения индикатора[3].

 

 

Рис. 6. Схема прозвонщика плоских кабелей

 

Рис. 7. Диаграмма преобразования последовательного кода 1011001 в параллельный

В зависимости от числа проводов в проверяемом кабеле им соединяют 14-контактные разъемы XP1 и XP3 либо 10-контактные XP2 и XP4. Индикаторы HL1 и HL2 подключены к тем же выходам сдвиговых регистров, что и провода проверяемых кабелей. Что бы избежать мерцания индикаторов, их необходимо на время выполнения микроконтроллером процедуры проверки выключать, а включать лишь после того, как в регистры будет загружен код, отображающий ее результат. Это выполняется с помощью транзистора VT1, управляемого сигналом микроконтроллера.

При проверке кабеля необходимо прозвонить каждый его провод и убедиться, что он не соединен с одним из соседних. Других дефектов в плоских кабелях не встречается[6].

Процедура проверки начинается с записи единицы во внешний сдвиговый регистр. В результате на первом контакте разъема XP1 устанавливается высокий уровень. Если подключенный к нему и к первому контакту разъем XP3 провод кабеля исправен, то на вход PB4 микроконтроллера поступит напряжение высокого уровня, а на входе PB3 оно останется низким.

При выполнении этого условия в младший разряд переменной n_err программа запишет 0, в противном случае – 1. Далее формируется еще один тактовый импульс и проверяется второй провод. Так как его номер четный, результат записывается а переменную ch_err. Для проверки всех четырнадцати проводов процедура повторяется семь раз, причем перед проверкой очередной пары проводов значения переменных n_err и ch_err сдвигаются на один двоичный разряд[14].

По окончании проверки полученные значения переменных n_err и ch_err  загружаются во внешний сдвиговый регистр и включаются индикаторы. После паузы проверка повторяется. Диоды VD1 – VD14 нужны для того, чтобы развязать между собой выходы регистров. Внешний вид прибора, собранного на макетной плате, показан на рисунке 8[1].

Рис. 8. Внешний вид «прозвонщика»

Программа микроконтроллера написана на языке ассемблера в среде AVR Studio.

Вывод по главе I

В данной главе было рассмотрено несколько методов для обнаружения повреждений в кабельных сетях. Так же было разобрано устройство прозвонки плоских кабелей и сами способы прозвонки.

В результате мы выяснили, что метод импульсной рефлектометрии более удобен для практического использования, так как для измерения импульсным рефлектометром достаточно доступа к линии с одного конца.

Импульсные рефлектометры позволяют определить расстояние до места повреждения линии при любом характере повреждения (обрыв, короткое замыкание, утечка, продольное сопротивление и т.д.).

Метод импульсной рефлектометрии позволяет достигнуть более высокой точности измерений расстояния до места повреждения по сравнению с другими методами.

В отличии от дистанционных методов, которые позволяют определить длину кабельной линии, расстояние до зоны расположения места повреждения кабельной или воздушной линии, трассовые методы предназначены для определения трассы прохождения кабельной линии, глубины залегания кабеля, точного нахождения места повреждения (короткого замыкания или обрыва) на трассе кабельной линии.

Существуют различные трассовые методы, однако наиболее популярны индукционный и акустический методы.

 

 

 

Глава II. Разработка прибора для определения неисправности сетевых кабелей на основе UTP с коннектором RG-45

 

1. Измерение индуктивности

Одним из методов измерения индуктивности является метод вольтметра-амперметра. При его использовании необходимо выполнение условия: активное сопротивление катушки RL должно быть значительно меньше ее индуктивного сопротивления XL. Тогда из закона Ома

, откуда

В зависимости от значения индуктивного сопротивления катушки можно пользоваться схемой, изображенной на рисунке 1а (при малых индуктивных сопротивлениях, то есть малых индуктивностях), или схемой, изображенной на рисунке 1б (при больших индуктивных сопротивлениях, то есть больших индуктивностях).

Рис. 1

Для уменьшения погрешности измерения необходимо также учитывать активное сопротивление катушки, так как ее полное сопротивление

,

отсюда

С увеличением частоты подаваемого напряжения точность измерений уменьшается из-за влияния собственной емкости катушки и входной емкости вольтметра, которые суммируются. Емкость и измеряемая индуктивность образуют параллельный контур, сопротивление которого при резонансе возрастает, что эквивалентно увеличению индуктивности. Поэтому значение индуктивности, полученное в результате измерения, будет больше действительного значения, причем погрешность увеличивается при увеличении частоты напряжения питания[9].

Достаточно часто применяется мостовой метод измерения индуктивности. В качестве плеча сравнения может использоваться образцовая катушка индуктивности или образцовый конденсатор - C2 (рис. 2). Конденсатор применяется чаще в связи с трудностями изготовления катушек с малыми потерями.

Рис. 2

Условие равновесия моста Zx Z2 = Z Z1, где Zi = Ri + j Xi, запишется в виде:

 

 

Разделив вещественную и мнимую части, получим выражения для индуктивности катушки и ее активного сопротивления: Lх=C2RR1, Rx=RR1/R2.

Добротность катушки определяется выражением Qx=ωLx/Rx=ωR2C2.

Уравновешивание моста достигается плавной регулировкой параметров R2 и C2. Изменяя произведение RR1, можно расширить пределы измерения моста[9].

 

2. Измерение емкости.

Существуют различные методы измерения емкости: метод амперметра-вольтметра, мостовой метод, метод баллистического гальванометра, по времени разряда конденсатора через резистор известного сопротивления, резонансный метод и др[10].

Одним из наиболее простых является метод амперметра-вольтметра. Он основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, которое обратно пропорционально емкости и частоте электрического тока:

,

откуда

Следовательно, для измерения емкости этим методом необходимо знать частоту напряжения, подаваемого от источника питания.

Как и в случае измерения активного сопротивления в зависимости от величины емкостного сопротивления может быть использована одна из схем подключения приборов (рис. 2а, 2б). При больших емкостях, то есть малых емкостных сопротивлениях, меньше погрешность измерения при использовании схемы 2а; при измерении малых емкостей, то есть больших емкостных сопротивлений, лучше пользоваться схемой 3б.

Рассмотрим, какая минимальная емкость может быть измерена этим методом при использовании напряжения частотой 50 Гц. Пусть, например, имеется измерительный прибор, позволяющий измерить с достаточной точностью ток величиной 0,1 мА, а напряжение, приложенное к конденсатору – 30 В. Тогда минимальная измеряемая емкость 0,01 мкФ. Если требуется измерить меньшую емкость, необходимо использовать переменное напряжение более высокой частоты. Так, при частоте 5 кГц и тех же значениях тока и напряжения минимальная измеряемая емкость составляет 100пФ[9].

Одной из разновидностей метода вольтметра-амперметра является метод двух вольтметров, используемый для измерения малых емкостей (рис. 3в). Вольтметром V1 измеряется напряжение питания, а вольтметром V2 - напряжение на конденсаторе известной емкости C0:

 

Сила тока I в неразветвленной цепи равна: ,

отсюда  

Емкость конденсатора С0 должна быть значительной (сопротивление его мало), чтобы вольтметр V2 вносил незначительные изменения в электрическую цепь. При C0 >> Cx выражение для расчета емкости можно упростить: