Принцип импульсных измерений

Принцип импульсных измерений заключается в том, что в исследуемую линию посылаются короткие импульсы (зондирующие импульсы), которые, распространяясь по линии, частично или полностью отражаются от неоднородностей волнового сопротивления и возвращаются к месту, откуда они были посланы. Сигналы, отражённые от неоднородностей волнового сопротивления, будут смещены во времени относительно зондирующего импульса в зависимости от расстояния до неоднородности, то есть запаздывание отражённого импульса по отношению к зондирующему импульсу пропорционально расстоянию до неоднородности волнового сопротивления:

 

,                                 (4)

 

где l _X – расстояние до неоднородности; T – время запаздывания сигнала; V – скорость распространения электромагнитной волны в кабеле.

Индуктивность в коаксиальной цепи определяется по формуле (Гн/м)

 

,                              (5)

где  – магнитная постоянная, , Гн/м; – внутренний диаметр обратного проводника; – диаметр прямого проводника.

Емкость в коаксиальной цепи определяется по формуле (Ф/м)

 

,                             (6)

 

где  – электрическая постоянная, , Ф/м; – относительная диэлектрическая проницаемость.

Волновое сопротивление при f > 30 кГцопределяется по формуле (Ом)

 

.                              (7)

 

Скорость в коаксиальных цепях определяется по формуле (м/с)

 

.                                 (8)

 

Величина неоднородности волнового сопротивления при импульсных измерениях определяется отношением амплитуды отражённого U _ОТ в месте неоднородности к амплитуде зондирующего U _З импульса

 

.                                  (9)

 

Определив экспериментально коэффициент отражения, можно вычислить величину неоднородности.

По знаку коэффициента отражения, то есть по полярности отражённого сигнала относительно зондирующего импульса, можно судить о характере неоднородности. Отражённый импульс сохраняет свой знак при увеличенном сопротивлении в месте отражения (крайний случай – холостой ход в цепи p =+ 1). Отражённый сигнал меняет свой знак (полярность) при уменьшении сопротивления в месте отражения (короткое замыкание p = – 1). При p = 0 имеет место полное согласование линии по волновому сопротивлению и отражение импульсов отсутствует.

 

Задание

 

1. Измерить поперечные геометрические размеры выданных образцов коаксиального кабеля. Определить конструкцию прямого и обратного проводников, и материал, из которого они сделаны.

2. Определить материал изоляции и уточнить его диэлектрическую проницаемость (см. приложении 1). Рассчитать коэффициент укорочения () электромагнитной волны (ЭМВ).

 

.

 

3. Рассчитать скорость распределения электромагнитной волны в кабеле (, м/с)

 

,

 

где  – скорость распространения ЭМВ в вакууме, 3×10⁸ м/с.

4. Рассчитать разрешающую способность прибора D L (минимальное расстояние между двумя неоднородностями, при котором неоднородности наблюдаются отдельно).

 

 

где  – время нарастания импульса (Р5–15 t=90 пс).

5. С помощью прибора определить длину образцов коаксиальных кабелей двумя способами (см. пункт 4.1.). Зарисовать рефлектограмму при определении длины образцов непосредственно по шкале ЭЛТ.

6. С помощью прибора определить коэффициент укорочения, относительную диэлектрическую проницаемость изоляции образцов коаксиальных кабелей и скорость распространения сигнала (см. пункт 4.2.) и сравнить измеренные результаты со справочными данными.

7. Определить волновые сопротивления образцов коаксиальных кабелей (см. пункт 4.3.) и сравнить со значениями, вычисленными по формуле

 

.

 

8. Определить по рефлектограмме (см. пункт 4.4.) коэффициенты отражения в точках максимальной неоднородности и рассчитать неоднородности. Результаты оформить в виде табл. 1, построить зависимость =¦( , где  – длина.

 

Таблица 1.

Расстояние до неоднородностей, дм

Положение переключателя , КОЭФ ОТРАЖ, % ДЕЛ

Поправочный коэффициент

, с учетом знака

, Ом

, Ом

 

Описание прибора Р5–15

Назначение

 

Измеритель неоднородностей линии Р5–15 является малогаборитным импульсным рефлектометром пикосекундного диапазона.

Прибор Р5–15 предназначен для выявления неоднородностей волнового сопротивления и проведения следующих основных измерений на высокочастотных линиях:

· расстояние до неоднородностей волнового сопротивления (длин кабелей);

· коэффициента укорочения ЭМВ (относительной диэлектрической проницаемости и скорости распространения ЭМВ) в линиях известной длины;

· определения волнового сопротивления;

· величины и характера неоднородностей.

 

Технические характеристики

 

Таблица 2.

1	Диапазоны измерения расстояния
	основные (дм)	20, 200, 2000
	дополнительные (дм)	1, 2, 4, 10, 40, 100, 400, 1000
2	Допускаемая основная погрешность калибровки диапазонов расстояния, %, не более
	по цифровому табло	1
	по шкале электроннолучевой трубки (ЭЛТ)	5
3	Допускаемая погрешность установки коэффициента укорочения в пределах от 1 до 2, %, не более	1
4	Виды зондирующих сигналов:
	а – единичный перепад напряжения с амплитудой, B, не менее	0,2
	б – видеоимпульс примерно прямоугольной формы с амплитудой, B, не менее	0,5
5	Пределы измерения коэффициента отражения (отношение амплитудных значений отраженного сигнала к амплитуде зондирующего импульса)	0,001 ¸ 1
6	Основная погрешность измерения коэффициента отражения, %, не более
	от 1 до 0,01	± 3
	от 0,01 до 0,005	± 10
	от 0,005 до 0,001	± 30
7	Время нарастания зондирующего импульса, пс, не более	90
8	Время нарастания зондирующего импульса отраженного от короткозамыкателя, пc, не более	100
9	Выходное сопротивление, Ом	50 ± 1
10	Время установки рабочего режима, мин	15
11	Мощность, потребляемая при питании от сети переменного тока напряжения 220 В, ВА, не более	30
12	Габариты, мм	120 x 304 x 390
13	Масса базового блока с блоком питания, кг, не более	8,7
	масса генератора, кг, не более	0,7
	масса смесителя, кг, не более	0,7