RU2660222C1

RU2660222C1 - Method for determining the distance to inhomogeneity or damage of a two-wire line by its reflectogram

Info

Publication number: RU2660222C1
Application number: RU2017104591A
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Глаголев; Мария Сергеевна Былина
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2018-07-05

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to methods for determining the location of inhomogeneities in two-wire lines, and is intended for use with pulse devices (reflectometers). Essence of the claimed solution lies in the fact that in the claimed solution it is possible to determine the distance to the inhomogeneity or damage of the two-wire line according to its reflectogram, at which the value of the velocity factor k_v is set in the reflectometer, known or calculated from k_v=c⋅τ_z, and some duration of the probing pulse t_p, the reflectogram is registered, a pulse reflected from the inhomogeneity or damage is detected on it and the distance l _{d exp} up to the leading edge of the detected pulse is determined, differs in the fact, that after the detection of the pulse reflected from the inhomogeneity, the distance l _{d max} up to the top of the reflected pulse, is measured on a scale (or by means of a cursor), after which the l _{d exp} by numerical solution of the equation is determined:

where τ_z – the specific signal time delay, τ₀ – a constructive const of the two-wire line, t_p – the duration of the probing pulse, Q=1.371 is the approximation coefficient.

EFFECT: increase in the accuracy of determining the distance to the inhomogeneity (damage) in the two-wire line from its reflectogram.

1 cl, 6 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам определения местоположения неоднородностей двухпроводных линий, и предназначено для использования с импульсными приборами (рефлектометрами).The invention relates to electrical engineering, in particular to methods for determining the location of inhomogeneities of two-wire lines, and is intended for use with pulse devices (reflectometers).

Известен импульсный или рефлектометрический метод измерений параметров двухпроводных линий (см. 1. Воронцов А.С. Импульсные измерения коаксиальных кабелей связи / А.С. Воронцов, П.А. Фролов. - М.: Радио и связь, 1985. - с. 5-10) и реализующие его устройства, называемые импульсными приборами или рефлектометрами и предназначенные для обнаружения неоднородностей и повреждений в двухпроводных линиях и определения расстояний до них (см. например, 2. Патент РФ на изобретение №2098838, М. кл. G01R 31/11, опубл. 10.12.1997; 3. Патент РФ на изобретение №2142142, М. кл. G01R 31/11, опубл. 27.11.1999; 4. Патент США на изобретение №6856138 В2, М.кл. G01R 31/11 опубл. 15.02.2005; 5. Патент США на изобретение №2007/0108989 А1, М.кл. G01R 31/11 опубл. 17.05.2007). Способ определения расстояния до неоднородностей или повреждений в этих устройствах основан на зондировании линии импульсами напряжения и последующей регистрации обратного потока - совокупности импульсов, отраженных от имеющихся неоднородностей и повреждений. Зависимость обратного потока, который может быть представлен электрическим напряжением U(t) или отношением Y(t) этого напряжения к амплитуде зондирующего импульса, от интервала времени t между началом зондирующего импульса и моментом регистрации обратного потока (далее «время») называется рефлектограммой.Known pulse or reflectometry method for measuring the parameters of two-wire lines (see 1. A. Vorontsov. Pulse measurements of coaxial communication cables / A. S. Vorontsov, P. A. Frolov. - M .: Radio and communications, 1985. - p. 5-10) and devices that implement it, called pulse devices or reflectometers and designed to detect inhomogeneities and damage in two-wire lines and determine the distances to them (see, for example, 2. RF patent for the invention No. 2098838, M. class G01R 31 / 11, published on December 10, 1997; 3. RF patent for the invention No. 2142142, M. cl. G01R 31/11, publ. 11/27/1999; 4. US patent for the invention No. 6856138 B2, M.CL. G01R 31/11 publ. 02/15/2005; 5. US patent for the invention No. 2007/0108989 A1, M.cl. G01R 31/11 publ. May 17, 2007). The method for determining the distance to inhomogeneities or damage in these devices is based on sensing the line with voltage pulses and subsequent registration of the reverse flow - a set of pulses reflected from existing inhomogeneities and damage. The dependence of the return flow, which can be represented by the electric voltage U (t) or the ratio Y (t) of this voltage to the amplitude of the probe pulse, on the time interval t between the beginning of the probe pulse and the moment of registration of the return flow (hereinafter “time”) is called a reflectogram.

Рефлектограмма несет информацию о распределении и параметрах неоднородностей и повреждений в исследуемой линии. В большинстве импульсных приборов шкала времени t градуируется в единицах расстояния

с использованием выраженияThe OTDR carries information about the distribution and parameters of inhomogeneities and damage in the test line. In most pulse instruments, the time scale t is graduated in units of distance

using expression

где с - скорость света в вакууме, ν - скорость распространения электрических импульсов напряжения по исследуемой линии, k_y=с/ν=с⋅τ_z - коэффициент укорочения, который устанавливается оператором перед измерениями, τ_z=1/ν - удельное время задержки сигнала в линии. Тогда под рефлектограммой линии понимают зависимость обратного потока от расстояния Y(

). Отметим, что переход от времени к расстоянию на рефлектограмме сопровождается погрешностью, связанной с неточным знанием коэффициента укорочения или удельного времени задержки сигнала. Обратный переход от установленного расстояния к времени при знании выбранного оператором коэффициента укорочения происходит практически без погрешности.where c is the speed of light in vacuum, ν is the propagation speed of electrical voltage pulses along the line under study, k _y = c / ν = с⋅τ _z is the shortening coefficient, which is set by the operator before measurements, τ _z = 1 / ν is the specific delay time signal in line. Then, by the trace of the line, we understand the dependence of the reverse flow on the distance Y (

) Note that the transition from time to distance on the trace is accompanied by an error associated with inaccurate knowledge of the shortening coefficient or specific signal delay time. The reverse transition from the set distance to time with knowledge of the shortening coefficient chosen by the operator occurs almost without error.

Известна математическая модель обратного потока из неоднородной двухпроводной линии [см. 6. Былина М.С. Исследование импульсного метода измерений параметров двухпроводных кабельных цепей: Автореф. дис. на соискание степени канд. техн. наук: 05.12.13 / М.С. Былина; С.-Петерб. гос. ун-т телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. – СПб: 2006], позволяющая описать импульсную характеристику отражения от одиночной неоднородности:A mathematical model of the return flow from an inhomogeneous two-wire line is known [see 6. Bylina M.S. The study of the pulse method of measuring the parameters of two-wire cable chains: Abstract. dis. for the degree of Cand. tech. Sciences: 05.12.13 / M.S. Bylina; St. Petersburg state University of Telecommunications prof. M.A. Bonch-Bruevich. - SPb: 2006], which allows to describe the impulse response of a reflection from a single inhomogeneity:

где τ₀ - конструктивная постоянная цепи, l(t) - функция Хэвисайда, r - коэффициент отражения от неоднородности, расположенной на расстоянии

. Параметры τ_z и τ₀ определяются конструкцией линии. Их значения приводятся в справочной литературе (см., например, 7. Андреев, В.А. Временные характеристики кабельных линий связи / В.А. Андреев. - М.: Радио и связь, 1986 - с. 8), а также могут определяться экспериментально (см. 8. Былина М.С. Экспериментальное определение удельной конструктивной постоянной двухпроводной кабельной цепи / М.С. Былина, С.Ф. Глаголев // Информационные технологии и телекоммуникации. - 2014. - №1. - c. 9-20).where τ ₀ is the constructive constant of the circuit, l (t) is the Heaviside function, r is the reflection coefficient from the inhomogeneity located at a distance

. The parameters τ _z and τ _{0 are} determined by the construction of the line. Their values are given in the reference literature (see, for example, 7. Andreev, V.A. Temporary characteristics of cable communication lines / V.A. Andreev. - M .: Radio and communication, 1986 - p. 8), and can also be determined experimentally (see 8. Bylina M.S. Experimental determination of the specific structural constant of a two-wire cable circuit / M.S.Bylina, S.F. Glagolev // Information Technologies and Telecommunications. - 2014. - No. 1. - p. 9 -twenty).

Известен способ экспериментального определения расстояния

до неоднородности (повреждения) в линии по ее рефлектограмме (см. 9. Косолапенко, Г.Б. Специальные измерения в проводной связи / Г.Б. Косолапенко С.Г. Милейковский. - М.: Связьиздат, 1961. - с. 286-287; 10. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами. - М.: Энергия, 1968. - с.89; 11. Рефлектометр цифровой РЕЙС-205. Руководство по эксплуатации / НПП «СТЭЛЛ». - Брянск - с. 98-100), основанный на связи шкал времени t и расстояния

при известном коэффициенте укорочения k_y или известном удельном времени задержки сигнала τ_z в исследуемой линии, между которыми существует однозначное соотношение:A known method of experimental determination of distance

to heterogeneity (damage) in the line by its trace (see 9. Kosolapenko, GB Special measurements in wire communication / GB Kosolapenko SG Mileykovsky. - M .: Svyazizdat, 1961. - p. 286 -287; 10. Shalyt GM Determination of places of damage to power lines by pulsed methods. - M .: Energia, 1968. - p. 89; 11. Digital reflectometer REYS-205. Operation manual / NPP STELL. - Bryansk - p. 98-100), based on the connection of time scales t and distance

with a known shortening coefficient k _y or a known specific signal delay time τ _z in the line under study, between which there is an unambiguous relationship:

где τ_z - удельное время задержки сигнала, с - скорость света в вакууме, и предусматривающий установку в рефлектометре известного или рассчитанного по выражению (3) значения коэффициента укорочения k_y и некоторую длительность зондирующего импульса t_p, регистрацию рефлектограммы и обнаружение на ней отраженного от неоднородности импульса, после чего определение по шкале (или с помощью курсора) расстояния до начала его переднего фронта

(Фиг. 1), которое и принимается за действительное расстояние до неоднородности

.where τ _z is the specific delay time of the signal, s is the speed of light in vacuum, and provides for the installation in the reflectometer of the known or calculated by expression (3) value of the shortening coefficient k _y and some duration of the probe pulse t _p , recording the reflectogram and detecting the reflection from it heterogeneity of the pulse, after which the determination on a scale (or using the cursor) of the distance to the beginning of its leading edge

(Fig. 1), which is taken as the actual distance to the heterogeneity

.

Полученный результат

имеет погрешности, связанные с неточным знанием коэффициента укорочения или удельного времени задержки сигнала (мультипликативная погрешность), а также неточным определением начала отраженного от неоднородности импульса (аддитивная погрешность). Последняя погрешность

обусловлена тем, что начальный участок переднего фронта импульса, отраженного от неоднородности (повреждения), имеет очень малую крутизну и его трудно обнаружить (Фиг. 2). Эта погрешность возрастает с увеличением

и сложным образом зависит от параметров измеряемой линии и длительности зондирующего импульса. Эта погрешность подробно исследована в [6].The result

has errors associated with inaccurate knowledge of the coefficient of shortening or specific time delay of the signal (multiplicative error), as well as inaccurate determination of the beginning of the pulse reflected from the inhomogeneity (additive error). Last error

due to the fact that the initial portion of the leading edge of the pulse reflected from the inhomogeneity (damage) has a very small slope and is difficult to detect (Fig. 2). This error increases with increasing

and in a complex way depends on the parameters of the measured line and the duration of the probe pulse. This error was investigated in detail in [6].

Прототипом настоящего изобретения является способ определения расстояния до неоднородности (повреждения) в двухпроводной линии по ее рефлектограмме, описанный в [9].A prototype of the present invention is a method for determining the distance to heterogeneity (damage) in a two-wire line from its trace, described in [9].

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения расстояния до неоднородности (повреждения) в двухпроводной линии по ее рефлектограмме, достижение которого обеспечивается путем определения расстояния не до начала отраженного импульса, а до его вершины, которая обычно хорошо видна на рефлектограмме даже в присутствии шумовых колебаний сигнала обратного потока в отличие от начала переднего фронта.The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the distance to heterogeneity (damage) in a two-wire line from its trace, which is achieved by determining the distance not to the beginning of the reflected pulse, but to its peak, which is usually clearly visible on the trace even in the presence of noise oscillations of the return signal flow as opposed to the beginning of the leading edge.

Достижение указанного технического результата обеспечивается в способе определения расстояния до неоднородности или повреждения двухпроводной линии по ее рефлектограмме, при котором устанавливают в рефлектометре значение коэффициента укорочения k_y, известное или рассчитанное по выражению k_y=с⋅τ_z, и некоторую длительность зондирующего импульса t_p, регистрируют рефлектограмму, обнаруживают на ней отраженный от неоднородности или повреждения импульс и определяют расстояние

до переднего фронта обнаруженного импульса, отличающемся тем, что после обнаружения отраженного от неоднородности импульса измеряют по шкале (или с помощью курсора) расстояние

до вершины отраженного импульса, после чего определяют

путем численного решения уравнения:The achievement of the indicated technical result is provided in the method for determining the distance to the inhomogeneity or damage of the two-wire line by its reflectogram, in which the value of the shortening factor k _y , known or calculated by the expression k _y = с⋅τ _z , and a certain duration of the probe pulse t _p are set in the reflectometer register a trace, detect on it a pulse reflected from heterogeneity or damage, and determine the distance

to the leading edge of the detected pulse, characterized in that after detecting the pulse reflected from the inhomogeneity, the distance is measured on a scale (or using the cursor)

to the top of the reflected pulse, after which they determine

by numerically solving the equation:

где τ_z - удельное время задержки сигнала, τ₀ - конструктивная постоянная двухпроводной линии, t_p - длительность зондирующего импульса, Q=1.371 - коэффициент аппроксимации.where τ _z is the specific delay time of the signal, τ ₀ is the design constant of the two-wire line, t _p is the duration of the probe pulse, Q = 1.371 is the approximation coefficient.

Поясним возможность достижения указанного технического результата.Let us explain the possibility of achieving the specified technical result.

В предлагаемом способе расстояние до неоднородности определяется по результатам теоретического расчета обратного потока из неоднородной двухпроводной линии с известными параметрами или, по крайней мере, известной конструкции.In the proposed method, the distance to the inhomogeneity is determined by the results of a theoretical calculation of the return flow from an inhomogeneous two-wire line with known parameters or, at least, of a known design.

В основу теоретического расчета положена математическая модель, предложенная и исследованная в [6]. В соответствии с ней отраженный от неоднородности импульс u_r(t) можно описать выражением:The theoretical calculation is based on a mathematical model proposed and investigated in [6]. In accordance with it, the pulse u _r (t) reflected from the inhomogeneity can be described by the expression:

где u₁(t-τ) - зондирующий импульс напряжения длительностью t_p, смещенный на время τ, g_r(τ) - импульсная характеристика отражения от одиночной неоднородности, определяемая выражением (2). Многократные расчеты отраженных импульсов по выражению (5) для разных значений t_p,

и τ₀, сопровождающиеся оценкой Δt_r для каждого расчета и обобщением полученных результатов, позволили авторам получить аналитическое выражение для длительности переднего фронта Δt_r, отраженного от неоднородности импульса:where u_one(t-τ) is a probe voltage pulse of duration t_pshifted by time τ, g_r(τ) is the impulse response characteristic of a single inhomogeneity defined by expression (2). Multiple calculations of reflected pulses by expression (5) for different values of t_p,

and τ₀accompanied by an estimate of Δt_r for each calculation and generalization of the results, allowed the authors to obtain an analytical expression for the duration of the leading edge Δt_rreflected from the inhomogeneity of the pulse:

где

- коэффициент аппроксимации. Из выражения (6) было получено уравнение:Where

- coefficient of approximation. From the expression (6), the equation was obtained:

где

- расстояние до вершины отраженного импульса (измеренная по рефлектограмме величина),

- расстояние до начала его переднего фронта (искомая величина, получаемая решением приведенного выше уравнения), τ_z - удельное время задержки сигнала, τ₀ - конструктивная постоянная двухпроводной линии, t_p - длительность зондирующего импульса, Q=1.371 - коэффициент аппроксимации.Where

- the distance to the top of the reflected pulse (measured by the trace)

is the distance to the beginning of its leading edge (the desired value obtained by solving the above equation), τ _z is the specific delay time of the signal, τ ₀ is the constructive constant of the two-wire line, t _p is the duration of the probe pulse, Q = 1.371 is the approximation coefficient.

Полученное уравнение прошло экспериментальную проверку, результаты которой доказали реальное повышение точности определения расстояния до неоднородности двухпроводной линии при использовании предлагаемого способа и определения расстояния до вершины отраженного от неоднородности импульса по рефлектограмме.The obtained equation passed an experimental test, the results of which proved a real increase in the accuracy of determining the distance to the inhomogeneity of the two-wire line using the proposed method and determining the distance to the top of the pulse reflected from the inhomogeneity from the trace.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена типичная рефлектограмма двухпроводной линии с одним отражением от ее разомкнутого конца.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. Figure 1 shows a typical trace of a two-wire line with one reflection from its open end.

На фиг. 2 представлен фрагмент рефлектограммы двухпроводной линии, содержащий импульс, отраженный от неоднородности, и показана причина возникновения погрешности измерения расстояния до неоднородности известным способом.In FIG. 2 presents a fragment of the trace of a two-wire line containing a pulse reflected from the inhomogeneity, and shows the cause of the error in measuring the distance to the heterogeneity in a known manner.

На фиг. 3 представлен фрагмент рефлектограммы двухпроводной линии, содержащий импульс, отраженный от неоднородности, проиллюстрирован предлагаемый способ измерения расстояния до неоднородности и использованные в формулах обозначения.In FIG. Figure 3 shows a fragment of the trace of a two-wire line containing a pulse reflected from an inhomogeneity, the proposed method for measuring the distance to an inhomogeneity and the notation used in the formulas are illustrated.

На фиг. 4 приведен пример устройства для реализации предлагаемого способа.In FIG. 4 shows an example of a device for implementing the proposed method.

В соответствии с фиг. 4 устройство содержит исследуемую двухпроводную линию 1 (ДЛ), выход которой нагружен на некоторое сопротивление нагрузки 2. К входу ДЛ 1 подключен вход-выход рефлектометра, состоящего из функциональных блоков 3-15. Работой рефлектометра управляет микроконтроллер 3 (МК), который осуществляет предварительную обработку сигнала обратного потока, управляет коэффициентом усиления усилителя 4 (УС), параметрами формирователя импульсов 5 (ФИ) и устройства ввода-вывода 6 (УВВ). Управляющие команды от МК 3 к ФИ 5, УС 4, УВВ 6 и информационные сигналы о состоянии ФИ 5, УС 4 и УВВ 6 передаются на МК по двухпроводной шине управления 7 (ШУ1). ФИ 5 формирует зондирующие импульсы (ЗИ) с заданной от МК 3 длительностью и периодом следования, а также стробимпульсы, управляющие работой аналого-цифрового преобразователя 8 (АЦП). ФИ 5 определяет амплитуду и форму ЗИ. Кроме того, ФИ 5 формирует на шине адреса 9 (ША) код ячейки памяти МК 3, в которую должна записываться цифровая информация от АЦП 8, передаваемая по шине данных 10 (ШД) в МК 3. ЗИ от ФИ 5 через УВВ 6 поступает в ДЛ 1. МК 3 управляет выходным сопротивлением УВВ 6. УВВ 6 выполняет функции разделения направлений передачи ЗИ в исследуемую ДЛ 1, приема обратного потока из ДЛ 1 и направления его к УС 4, а также функции согласования выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением ДЛ 1. Обратный поток из ДЛ 1 через УВВ 6 поступает на усилитель напряжения УС 4, а усиленный сигнал обратного потока поступает на вход АЦП 8. Цифровой сигнал (код) с выхода АЦП 8 от определенной точки, имеющей адрес, установленный на ША 9, поступает по ШД 10 в МК 3, где он подвергается цифровой обработке, которая включает вывод цифрового кода из ячейки с указанным адресом, суммирование его с кодом АЦП 8 и помещение результата в ту же ячейку, где накапливается сигнал обратного потока. За один период следования ЗИ память МК 3 полностью заполняется. МК 3 управляет процессом измерения в реальном масштабе времени. МК 3 задает момент начала первого измерения, управляет процессом накопления сигнала обратного потока и задает количество отдельных измерений, т.е. определяет момент окончания измерений. Процессом измерения управляет оператор (измеритель) с помощью клавиатуры 11, которая подключена к устройству управления и цифровой обработки сигналов 12 (УУ ЦОС) с помощью шины управления 13 (ШУ2). УУ ЦОС 12 связан с МК 3 с помощью шины передачи данных 14 (ШПД), по которой передаются от УУ ЦОС 12 к МК 3 управляющие команды, определяющие длительность и период следования ЗИ, количество накоплений и предполагаемое волновое сопротивление ДЛ 1. От МК 3 к УУ ЦОС 12 передается цифровая информация о содержимом памяти МК 3, т.е. о накопленном сигнале обратного потока. В программном обеспечении МК 3 должна быть предусмотрена (желательно стандартная) процедура обмена информацией между МК 3 и УУ ЦОС 12. Апостериорная обработка информации осуществляется в УУ ЦОС 12. Она включает операции: логарифмирования сигнала обратного потока, учета установленного коэффициента укорочения, а также дополнительной цифровой фильтрации сигнала. УУ ЦОС 12 управляет выводом информации (рефлектограммы) на дисплей 15 с учетом команд оператора, вводимых через клавиатуру 11. Программное обеспечение УУ ЦОС 12 позволяет: устанавливать на изображении рефлектограммы один или несколько курсоров, выводить на экран расстояния до курсоров и значения соответствующих сигналов обратного потока, выводить на экран фрагменты рефлектограмм и запоминать их в памяти УУ ЦОС 12, одновременно выводить на экран несколько рефлектограмм или их фрагментов из памяти и сравнивать их между собой. В предлагаемом техническом решении предусмотрена методика определения расстояния до неоднородности, которая реализуется совмещением курсора с вершиной отраженного от выбранной неоднородности импульса и запуском специальной программы для расчета расстояния до выбранной неоднородности путем решения уравнения (7) относительно величины

.In accordance with FIG. 4, the device contains the studied two-wire line 1 (DL), the output of which is loaded with some load resistance 2. An input-output of an OTDR consisting of functional blocks 3-15 is connected to the input of DL 1. The operation of the OTDR is controlled by a microcontroller 3 (MK), which preprocesses the return flow signal, controls the gain of the amplifier 4 (US), the parameters of the pulse shaper 5 (FI) and input-output device 6 (UVV). Control commands from MK 3 to FI 5, US 4, UVV 6 and information signals about the state of FI 5, US 4 and UVV 6 are transmitted to the MK via a two-wire control bus 7 (ШУ1). FI 5 generates probing pulses (ZI) with a given duration and repetition period from MK 3, as well as strobe pulses controlling the operation of analog-to-digital converter 8 (ADC). FI 5 determines the amplitude and shape of the ZI. In addition, FI 5 generates on the address bus 9 (ША) the code of the MK 3 memory cell, into which digital information from the ADC 8 should be recorded, transmitted via data bus 10 (ШД) to MK 3. ZI from FI 5 goes through air-blast 6 to DL 1. MK 3 controls the output impedance of the air-blast 6. Air-blast 6 performs the functions of separating the directions of transmission of the ZI into the investigated DL 1, receiving the return flow from DL 1 and directing it to the USB 4, as well as matching the output resistance of the reflectometer with the wave resistance of DL 1. The reverse flow from DL 1 through air-blast 6 is supplied to the amplifier voltage US 4, and the amplified signal of the return flow is fed to the input of the ADC 8. A digital signal (code) from the output of the ADC 8 from a certain point having the address set on ША 9 is supplied via ШД 10 to MK 3, where it is digitally processed, which includes the output of the digital code from the cell with the specified address, summing it with the ADC code 8 and placing the result in the same cell where the backflow signal is accumulated. For one period of ZI, the memory of MK 3 is completely full. MK 3 controls the measurement process in real time. MK 3 sets the moment of the start of the first measurement, controls the accumulation of the return flow signal and sets the number of individual measurements, i.e. determines the moment of completion of measurements. The measurement process is controlled by the operator (meter) using the keyboard 11, which is connected to the control device and digital signal processing 12 (UU DSP) using the control bus 13 (SHU2). UU DSP 12 is connected to MK 3 using a data bus 14 (broadband bus), through which control commands are transmitted from UU DSP 12 to MK 3, which determine the duration and period of the ZI, the number of accumulations and the estimated wave impedance of DL 1. From MK 3 to UU DSP 12 is transmitted digital information about the contents of the memory MK 3, i.e. about the accumulated backflow signal. MK 3 software should include a (preferably standard) information exchange procedure between MK 3 and UC DSP 12. Post-hoc processing of information is carried out in UU DSP 12. It includes the following operations: logarithm of the backflow signal, taking into account the established shortening factor, as well as additional digital signal filtering. UU DSP 12 controls the output of information (trace) to the display 15, taking into account the operator’s commands entered through the keyboard 11. The UU DSP 12 software allows you to: set one or more cursors on the trace image, display the distance to the cursors and the values of the corresponding reverse flow signals , display fragments of reflectograms on the screen and memorize them in the memory of UU DSP 12, simultaneously display several reflectograms or their fragments from the memory and compare them with each other. The proposed technical solution provides a method for determining the distance to a heterogeneity, which is realized by combining the cursor with the peak reflected from the selected heterogeneity of the pulse and launching a special program to calculate the distance to the selected heterogeneity by solving equation (7) with respect to

.

Предлагаемый способ осуществляется в данном устройстве следующим образом. С помощью клавиатуры УУ 11 устанавливаются параметры рефлектометра, согласованные с известными данными об исследуемой ДЛ 1: ее длина, тип (марка), волновое сопротивление, сопротивление нагрузки. Оператор выбирает диапазон расстояния, длительность ЗИ, устанавливает коэффициент укорочения. Регистрирует и наблюдает рефлектограмму, аналогичную показанной на фиг. 1. Корректирует установленные в рефлектометре параметры для получения наглядной рефлектограммы. Выделяет фрагмент рефлектограммы, аналогичный фрагменту, показанному на фиг. 2 и 3, содержащий неоднородность, расстояние до которой хочет определить оператор. Определяет с помощью курсора расстояние до вершины отраженного импульса

и запускает процедуру расчета расстояния до начала отраженного импульса

The proposed method is carried out in this device as follows. Using the keyboard of UU 11, the parameters of the reflectometer are established, which are consistent with the known data on the investigated DL 1: its length, type (brand), wave resistance, and load resistance. The operator selects the range of distance, the duration of the ZI, sets the shortening factor. It registers and observes a trace similar to that shown in FIG. 1. Corrects the parameters set in the OTDR to obtain a visual OTDR. It isolates a trace fragment similar to the fragment shown in FIG. 2 and 3, containing heterogeneity, the distance to which the operator wants to determine. Determines the distance to the top of the reflected pulse using the cursor

and starts the procedure for calculating the distance to the beginning of the reflected pulse

Выполнение блоков устройства для осуществления предлагаемого способа можно пояснить следующим образом.The implementation of the blocks of the device for implementing the proposed method can be explained as follows.

Функции блоков 11, 12, 13, и 15 можно реализовать в виде специализированного или универсального персонального компьютера с внешними или встроенными клавиатурой и дисплеем. Для решения перечисленных задач апостериорной обработки сигналов обратного потока может использоваться компьютер с 32- или 64-разрядным процессором с тактовой частотой не менее 1 ГГц и объемом оперативной памяти не менее 2 ГБ, работающий под управлением операционной системы Microsoft Windows версии 7.0 или выше. Для связи МК 3 и УУ ЦОС 12 могут использоваться порты USB версии не ниже 2.0.The functions of blocks 11, 12, 13, and 15 can be implemented in the form of a specialized or universal personal computer with external or built-in keyboard and display. To solve the aforementioned tasks of a posteriori processing of return flow signals, a computer with a 32- or 64-bit processor with a clock frequency of at least 1 GHz and a RAM capacity of at least 2 GB can be used, which runs on the Microsoft Windows operating system version 7.0 or higher. For communication MK 3 and UU TsOS 12 can be used ports of USB version no lower than 2.0.

Зададимся некоторыми основными параметрами рефлектометра. Для примера рассмотрим рефлектометр для двухпроводных линий связи с длиной до 30 км. В таблице 1 приведены диапазоны расстояний L, длительности зондирующих импульсов t_u, расстояние Δt_u, соответствующее длительности ЗИ, расстояние между соседними отсчетами на рефлектограмме Δt по времени и

по расстоянию при общем количестве точек на рефлектограмме 2048 и коэффициенте укорочения 1.5.We will ask some basic parameters of the OTDR. As an example, consider an OTDR for two-wire communication lines with a length of up to 30 km. Table 1 shows the ranges of distances L, the duration of the probe pulses t _u , the distance Δt _u corresponding to the duration of the probe, the distance between adjacent samples on the trace Δt in time and

by distance with the total number of points on the trace 2048 and a shortening factor of 1.5.

При выбранных параметрах рефлектометра ФИ 5 (фиг. 5) может быть выполнен в виде задающего генератора импульсов 16 (ГИ) с частотой следования импульсов ƒ=1/Δt=400 МГц, двоичного счетчика 17 (СЧ1) с переменным коэффициентом деления K₁ от 1 до 64, который задает диапазон измерения расстояния от L=512 м при K₁=1 до L=32768 м при K₁=64. На выходе СЧ1 17 формируется стробимпульс (СИ) для управления АЦП 8. Частота дискретизации изменяется в зависимости от диапазона расстояний от ƒ_d=400 МГц до 6.25 МГц. Счетчик 18 (СЧ2) с коэффициентом K₂=2048 задает адрес (номер точки на рефлектограмме) и выводит код адреса на шину адреса 19 (ША). На выходе СЧ2 18 формируется ЗИ. Счетчик 20 (СЧЗ) формирует количество накоплений K₃=n, которое можно изменять в широких пределах. Время измерения одной рефлектограммы равно t_u1=K₁⋅K₂⋅K₃/ƒ. При этом величины ƒ, K₁, К₂ имеют определенные значения для выбранного диапазона расстояний, а время измерения можно изменять с помощью коэффициента K₃. Время измерения можно сделать одинаковым для всех диапазонов, если выбрать K₁=K₃. В таблице 2 приведены диапазоны по расстоянию, коэффициенты деления двоичных счетчиков при одинаковом времени регистрации рефлектограммы t_iz=1.34 с для всех диапазонов расстояния. Управление счетчиками СЧ1 17 и СЧ3 20 осуществляется от МК 3 (Фиг. 4) по шине управления ШУ1 7.With the selected parameters of the reflectometer, FI 5 (Fig. 5) can be made in the form of a master pulse generator 16 (GI) with a pulse repetition rate of ƒ = 1 / Δt = 400 MHz, a binary counter 17 (MF1) with a variable fission factor K ₁ from 1 to 64, which sets the range of measuring the distance from L = 512 m at K ₁ = 1 to L = 32768 m at K ₁ = 64. At the output of SCH1 17, a strobe pulse (SI) is generated to control the ADC 8. The sampling frequency varies depending on the range of distances from ƒ _d = 400 MHz to 6.25 MHz. Counter 18 (MF2) with coefficient K ₂ = 2048 sets the address (point number on the trace) and displays the address code on address bus 19 (ША). At the output of SCH2 18, a ZI is formed. The counter 20 (SCH) forms the number of accumulations K ₃ = n, which can be changed over a wide range. The measurement time of one trace is t _u1 = K ₁ ⋅K ₂ ⋅K ₃ / ƒ. The values of ƒ, K ₁ , K ₂ have certain values for the selected range of distances, and the measurement time can be changed using the coefficient K ₃ . The measurement time can be made the same for all ranges, if you select K ₁ = K ₃ . Table 2 shows the ranges of distance, the division ratios of binary counters at the same trace time t _iz = 1.34 s for all ranges of distance. Counters SCh1 17 and SCh3 20 are controlled from MK 3 (Fig. 4) via the control bus ШУ1 7.

УВВ может быть выполнено в виде мостовой схемы, один из вариантов которой приведен на фиг. 6. ЗИ от ФИ 5 поступает на первичную обмотку симметрирующего трансформатора 21 (СТ). В одно плечо мостовой схемы включается ДЛ 1 с волновым сопротивлением Z_ν, а в другое балансный контур 22 (БК) с сопротивлением Z_bk, величиной которого можно управлять с помощью кода, передаваемого по ШУ1 7. При Z_bk=Z_ν достигается режим согласования выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением ДЛ 1.The air-blast can be made in the form of a bridge circuit, one of the variants of which is shown in FIG. 6. ZI from FI 5 enters the primary winding of the balancing transformer 21 (CT). DL 1 with wave impedance Z _{ν is} included in one arm of the bridge circuit, and balance circuit 22 (BK) with impedance Z _bk , the value of which can be controlled using the code transmitted through ШУ1 7, is included in the other, with Z _bk = Z _ν matching mode is reached the output impedance of an OTDR with wave impedance DL 1.

УС 4 представляет собой усилитель напряжения, который усиливает напряжение обратного потока до уровня, необходимого для работы АЦП 8. Для оценки величины коэффициента усиления были проведены расчеты амплитуды напряжения, отраженного от неоднородности с коэффициентом отражения равным R=1 при амплитуде ЗИ U_m=10 В. Результаты расчетов для симметричного кабеля UTP, у которого удельная конструктивная постоянная составляет τ₀=400 нс/км², приведены в таблице 3.US 4 is a voltage amplifier that amplifies the voltage of the return flow to the level necessary for the operation of the ADC 8. To assess the magnitude of the gain, we calculated the amplitude of the voltage reflected from the inhomogeneity with a reflection coefficient equal to R = 1 at a ZI amplitude of U _m = 10 V The calculation results for a symmetrical UTP cable with a specific structural constant of τ ₀ = 400 ns / km ² are shown in Table 3.

Примем амплитуду максимального сигнала U_m=10 В, а минимального отраженного сигнала равной

мВ. Тогда принимая опорное напряжение АЦП равным 1 В, оценим пределы изменения коэффициента передачи усилителя от 0.1 до 10000. Количество разрядов АЦП примем равным n_АЦП=12. Тогда объем памяти С₁ одной ячейки в бичах при количестве накоплений K₃=64 составит С₁ = 262144 бит = 32.768 кбайт.We take the amplitude of the maximum signal U _m = 10 V, and the minimum reflected signal equal

mV Then, taking the reference voltage of the ADC equal to 1 V, we estimate the limits of change in the gain of the amplifier from 0.1 to 10000. The number of bits of the ADC is assumed to be n _ADC = 12. Then the amount of memory C _{1 of} one cell in scourges with the number of accumulations K ₃ = 64 will be C ₁ = 262144 bits = 32.768 kbytes.

Общее количество ячеек памяти и объем оперативной памяти составитThe total number of memory cells and the amount of RAM will be

Микроконтроллер МК 3 должен обеспечить высокую скорость обработки сигнала обратного потока. Максимальная частота дискретизации АЦП 8 должна быть равна 400 МГц, а элементарная операция накопления, включающая считывание из памяти, суммирование и запись в память, должна выполняться за время 2.5 нс.The microcontroller MK 3 should provide a high speed signal processing of the return flow. The maximum sampling frequency of the ADC 8 should be 400 MHz, and the elementary operation of accumulation, including reading from memory, summing and writing to memory, should be performed in 2.5 ns.

Перечисленным требованиям удовлетворяют множество АЦП и микроконтроллеров, изготавливаемых компаниями INTEL, Texas Instruments и другими.These requirements are met by many ADCs and microcontrollers manufactured by INTEL, Texas Instruments and others.

Claims

A method for determining the distance to an inhomogeneity or damage to a two-wire line from its reflectogram, at which the value of the shortening coefficient k _y , known or calculated from the expression k _y = с⋅τ _z , and a certain duration of the probe pulse t _p are set in the reflectometer, the trace is detected, pulse reflected from the inhomogeneity or damage and determine the distance l _{d exp} to the leading edge of the detected pulse, characterized in that after detecting the impulse reflected from the inhomogeneity ice are measured on a scale (or using the cursor) the distance l _{d max} to the top of the reflected pulse, and then determine l _{d exp} by numerically solving the equation:

where τ _z is the specific delay time of the signal, τ ₀ is the design constant of the two-wire line, t _p is the duration of the probe pulse, Q = 1.371 is the approximation coefficient.