Анализ учебной литературы, использованный в научно-исследовательской работе

Тема моей научной работы «Моделирование длинной линии с распределёнными параметрами».

Методы диагностики кабельных линий связи

В соответствии с установившейся практикой место повреждения определяют в два приема: сначала определяют зоны повреждения кабельной линии, затем уточняется место повреждения в пределах выделенной зоны. В связи с этим методы диагностики кабельной линии связи разделяются на дистанционные (относительные) и топографические (абсолютные). К дистанционным методам относятся: импульсный метод, метод колебательного разряда и мостовой метод. К топографическим - индукционный, акустический и метод накладной рамки.

Рассмотрим дистанционные методы.

Эхолокационные методы (дистанционные) получили широкое распространение в различных задачах неразрушающего радиоволнового и акустического контроля. В их основу положен принцип регистрации отраженных волн. Известны различные варианты реализации эхолокационных методов [1]. Все они отличаются видом и способами формирования зондирующих сигналов. Это могут быть амплитудные, частотные, фазовые способы формирования сигнала [3]. Различаются и алгоритмы обработки принимаемых отраженных сигналов [2]. Несмотря на значительные достижения в области неразрушающего контроля, продолжается активная работа по совершенствованию методов и аппаратуры для эхолокационной диагностики материалов и изделий. К числу важнейших показателей средств эхолокационной диагностики относится дальность обнаружения дефектов, точность оценки их местоположения и разрешающая способность [6,7].

 

Импульсная рефлектометрия

Метод импульсной рефлектометрии, называемый также методом отраженных импульсов или локационным методом [4], базируется на распространении импульсных сигналов в кабельных линиях связи. Сущность метода импульсной рефлектометрии заключается в зондировании кабеля импульсами напряжения, приеме импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления, выделении отражений от места повреждений на фоне помех, определении расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего [5].

При использовании метода импульсной рефлектометрии в линию посылают зондирующий импульс и измеряют интервал времени двойного пробега этого импульса до места повреждения (неоднородности волнового сопротивления). Далее рассчитывают расстояние до места повреждения.

Отраженный сигнал появляется в тех местах линии, где волновое сопротивление отклоняется от своего среднего значения, т.е. у места повреждения. Если существуют в линии передачи множественные неоднородности, то в месте подключения рефлектометра к линии могут возникать переотражения [8].

При распространении вдоль кабельной линии связи импульсный сигнал затухает, то есть имеет место быть уменьшение зондирующего сигнала по амплитуде. Затухание сигнала определяется геометрической конструкцией линии передачи и выбором материалов для проводников и изоляции и является зависимым от частоты. Следствием частотной зависимости является изменение зондирующих импульсов при их распространении по линии, при этом изменяется не только амплитуда, но и форма импульса, т.е. увеличиваются длительности фронта и среза импульса ("расплывание" импульса). Чем длиннее линия, тем больше "расплывание" и меньше амплитуда импульса. Это затрудняет точное определение расстояния до повреждения. Примеры рефлектограмм линий без затухания и с затуханием показаны на Рис. 1.1.

Рис. 1.1 Рефлектограммы в линии электропередачи и связи в идеальной линии и в линии с затуханием

Для более точного измерения расстояния до места повреждения линии необходимо выбирать параметры зондирующего импульса в рефлектометре в соответствии с длиной и частотной характеристикой затухания в линии [10]. Критерием оптимального выбора является минимальное «расплывание» и максимальная амплитуда отраженного сигнала. В идеальном случае, когда отражение от повреждения полное и затухание отсутствует, амплитуда отраженного сигнала равна амплитуде зондирующего импульса.

Вид отраженного сигнала зависит от характера повреждения или неоднородности. Например, при обрыве отраженный импульс имеет ту же полярность, что и зондирующий, а при коротком замыкании отраженный импульс меняет полярность (Рис.1.2).

а)

б)

        

в)

г)

   

Рис. 1.2 Рефлектограммы в линии электропередачи и связи в линии при наличии дефектов: а) обрыв, б) короткое замыкание (КЗ) и полный обрыв (конец кабеля), в) замокший участок кабеля и полный обрыв (конец кабеля), г) кабельный отвод и полный обрыв (конец кабеля)

При использовании метода импульсной рефлектометрии необходимо учитывать и ряд факторов, существенно влияющих на рефлектограммы. Амплитудно- и фазо- частотная зависимости параметров зондируемого кабеля приводят к тому, что различные частоты распространяются по кабелю с разной скоростью. Т.е. наблюдается дисперсия скорости сигнала. Дисперсия сильно влияет на сигнал с широким спектром. Чем шире спектр сигнала, тем больше влияние дисперсии на его форму и наоборот [9].

Также большое влияние оказывают и помехи в линии электропередачи и связи. По источникам возникновения помехи бывают асинхронные (аддитивные) и синхронные. Асинхронные помехи не связаны с зондирующим сигналом и неоднородностями кабельной линии и вызваны наводками от соседних кабельных линий, от оборудования, транспорта и различной аппаратуры [7]. На рефлектограмме асинхронные помехи полностью закрывают отражение от повреждения и повреждение кабельной линии связи невозможно рассмотреть на фоне помех. Существуют методы, позволяющие достаточно снизить уровень асинхронных помех. Синхронные помехи связаны с зондирующим сигналом и являются отражениями зондирующего сигнала от неоднородностей волнового сопротивления линии. Синхронные помехи можно существенно уменьшить посредством сравнения или дифференциального анализа, когда рефлектограммы двух линий (неповрежденной и поврежденной) накладывают друг на друга, а затем вычитают (см. Рис.1.3). При этом все синхронные помехи компенсируются. По разностной рефлектограмме легко обнаружить отражение от места повреждения и определить расстояние до него.

 

                  

Рис. 1.3 Анализ и сравнение рефлектограмм в линии электропередачи и связи с синхронными помехами путем наложения

Необходимо отметить, что даже такие повреждения как «короткое замыкание» и «обрыв», дающие максимальные отражения зондирующего сигнала, не всегда можно легко обнаружить на фоне помех. Например, при большом затухании от близко расположенных дефектов, амплитуда отражения сигнала будет больше, чем от удаленного повреждения типа "короткое замыкание" или "обрыв". Поэтому такие повреждения являются сложным для обнаружения.

На практике метод импульсной рефлектометрии позволяет достаточно эффективно определять одиночные дефекты, такие как обрыв, короткое замыкание, низкоомные соединения жил или оболочки при сопротивлениях утечки до 10кОм.

Таким образом, к неоспоримым достоинствам этого метода можно отнести простоту и его доступность, однако, существенным его недостатком является трудность идентификации эхо-сигнала в случае комбинационных неоднородностей и значительные ошибки при позиционировании дефектов.