3. Методы контроля металлических кабельных линий.

Измерения параметров металлических кабелей можно разделить на две основные категории: измерения первичных параметров кабелей и измерения их вторичных параметров. К категории кабельных измерений можно также отнести локацию кабельных линий, включающую в себя как определение места залегания кабеля, так и локализацию мест его повреждений. Проблемы контроля состояния кабельных линий нашли достаточно широкое отражение в технической литературе и справочниках. Поэтому представляется целесообразным дать только краткий обзор методов контроля и типов используемых при этом приборов.

1. Измерение первичных параметров.

Измерения первичных параметров (активного сопротивления жил кабеля, индуктивности жил, ёмкости пары, сопротивления изоляции) производятся как на заводе-изготовителе, на этапе приёмо-сдаточных и периодических испытаний продукции, так и на этапе строительства кабельной линии, при её ремонте или реконструкции.

Измерения первичных параметров обычно производятся приборами общего назначения (измерительными мостами и мультиметрами) или специализированными измерителями параметров кабеля. Узлы измерительных мостов включаются также в состав большинства универсальных приборов контроля, измеряющих как первичные, так и вторичные параметры. Методики измерений первичных параметров кабелей цифровых линий аналогичны методикам, разработанными для контроля линий передачи аналоговой информации, и их рассмотрение выходит за рамки данного издания. В повседневной практике измерения первичных параметров чаще всего сводятся к проверке активного сопротивления шлейфов пар и к измерению сопротивления изоляции кабеля. Измерения реактивных параметров приходится проводить только в редких случаях (например, для подтверждения обнаруженной неисправности участка кабеля, выявления характера этой неисправности и предъявления рекламации предприятию-изготовителю).

Измерения сопротивления изоляции производятся электронными мегомметрами. Следует отметить, что измерения изоляции дают наиболее достоверные результаты при величине испытательного напряжения, равного или превышающего 500 В. Измерения при помощи мультиметров часто не позволяют выявить факт повреждения изоляции кабеля, результаты таких измерений нельзя считать достоверными.

3.2. Измерение вторичных параметров.

Выше уже рассматривались факторы, определяющие качество передачи цифрового сигнала по металлическим кабелям связи. К ним относятся:

• волновое сопротивление кабеля Z_в;

• коэффициент передачи γ;

• затухание α, вносимое кабелем в полосе частот цифрового сигнала;

• фазовые характеристики (j β) кабеля.

Существенное влияние на качество передачи по кабелю цифрового сигнала оказывает также ряд факторов, непосредственно примыкающих к вторичным параметрам. К ним относятся:

• переходные влияния на ближнем и на дальнем концах регенерационного участка;

• внешние влияния (помехи), наводимые в парах кабеля;

• дефекты кабельной линии, ведущие к появлению отражения передаваемого импульсного сигнала.

Измерения, позволяющие определить величину затухания и величину переходных влияний, непосредственно связаны с измерениями вторичных параметров кабелей связи. Методологически к ним примыкают и измерения таких параметров кабельной линии, как уровень наводимых в парах кабеля помех и обнаружение неоднородностей среды передачи.

Контроль симметричных кабелей всех типов включает в перечисленные выше измерения. Контроль коаксиальных кабелей ограничивается измерением затухания и поиском неоднородностей.

Измерения величины затухания в прямом направлении и переходного затухания можно, в свою очередь, разделить на две категории:

1. Измерения, проводимые на частоте, равной ½ тактовой частоты системы передачи (иногда используется термин «полутактовая частота»).

2. Измерения, проводимые в полосе частот спектра линейного или стыкового сигнала.

Измерения проводятся при помощи генератора испытательного сигнала и измерителя уровня или анализатора спектра.

Измерения по п. 1 используют или гармонический генератор полутактовой частоты и узкополосный измеритель уровня, или генератор псевдослучайной импульсной последовательности, имитирующей стыковой или линейный сигнал, и широкополосный измеритель уровня. Такие измерения позволяют оперативно оценить состояние кабельной линии, не требуют сложного и дорогостоящего оборудования, но не дают полной информации о параметрах кабельной линии. Их целесообразно проводить на этапе ликвидации аварии. Кроме того, следует учесть, что испытательный сигнал полутактовой частоты по условиям прохождения по испытуемому участку кабеля аналогичен квазитроичному цифровому сигналу, состоящему из одних только единиц (“1”). При измерениях кабеля при помощи псевдослучайного испытательного сигнала плотность “1” равна плотности нулевых посылок (“0”) и равна 0,5, то есть энергия псевдослучайного испытательного сигнала в два раза меньше энергии испытательного сигнала полутактовой частоты, что даст существенную разницу в результатах измерения уровня сигнала. Это обстоятельство необходимо учитывать при проведении измерений, обработке полученных данных и сравнении их с имеющимися справочными материалами. Другими словами, все измерения, включая определение величины рабочего и переходного затухания, необходимо производить в одном, заранее выбранном режиме, чтобы избежать получения противоречивых результатов.

Контроль параметров кабеля при помощи указанных методик позволяет оперативно обнаружить отклонения полученных результатов от нормированных значений, но не может определить детальный характер этих отклонений в полосе частот группового сигнала.

Измерения по п. 2 используют генераторы стандартных сигналов и селективные измерители уровня. Они дают более полную информацию, позволяют выявить локальные отклонения параметров передачи на отдельных участках амплитудно-частотной характеристики. Недостатком таких измерений является их низкая оперативность и относительная громоздкость аппаратуры. Кроме того, работа с ними требует высокой квалификации технического персонала. Ряд современных анализаторов параметров кабельных линий строится на базе синтезатора частот испытательного сигнала с программируемым диапазоном измерений и шагом переключения частот. Полоса пропускания и шаг переключения частот анализатора спектра соответствуют аналогичным параметрам генератора, а порядок переключения частот синхронизируется с работой генератора испытательного сигнала. Такое решение позволяет существенно упростить процедуры контроля и сделать их более оперативными. Естественно, что это ведёт к усложнению и удорожанию приборов. Вместе с тем, такие измерения позволяют построить частотные характеристики затухания в полосе частот передаваемого сигнала. В этом случае можно выявить ряд скрытых дефектов кабеля, которые не ведут к возрастанию коэффициента ошибок в нормальных условиях, но могут привести к пороговому эффекту ухудшения качества передачи, так как делают цифровой тракт более чувствительным даже к незначительным мешающим факторам. К ним можно отнести наводимые внешними источниками помехи, изменения параметров кабеля при колебаниях температуры или вследствие воздействия каких-либо других внешних факторов, а также изменения режима работы регенераторов под влиянием всего комплекса дестабилизирующих факторов. Аномалии такого рода приводят к тому, что линия может безошибочно работать в течение достаточно большого интервала времени, однако малейшие дополнительные изменения параметров линии или внешних условий могут привести к увеличению фоновых ошибок, а зачастую и к появлению больших пачек ошибок.

Схемы измерений приводятся на рис. 3.1, 3.2 и 3.3.

ГИС

ИУ

Пара кабеля

ГИС – генератор испытательного сигнала

ИУ - измеритель уровня

Рис. 3.1: Схема измерения прямого затухания кабельной линии.

Переходные влияния на ближнем конце являются определяющими качество кабельного тракта. Но их измерения говорят о состоянии линии только на непосредственно примыкающем к измерителю участке, включающем монтаж оборудования, вводно-кабельные устройства и ближайшей строительной длины кабельной линии с муфтами и прочей оснасткой.

ГИС

R_H

Пара кабеля

ИУ

R_H

Пара кабеля

ГИС - генератор испытательного сигнала.

ИУ - измеритель уровня.

R_H - сопротивление нагрузки, равное характеристическому сопротивлению кабеля.

Рис. 3.2: Схема измерения переходного затухания кабельной линии на ближнем конце.

ГИС

R_H

Пара кабеля

R_H

ИУ

Пара кабеля

Рис. 3.3: Схема измерения переходного затухания кабельной линии на дальнем конце

Схема измерения шумов в свободной паре показана на рис. 3.4.

ИУ

R_H

Пара кабеля

Рис. 3.4: Схема измерения шумов в свободной паре кабеля

Измерения по схеме рис. 3.4 необходимо проводить селективным измерителем уровня или анализатором спектра во всей рабочей полосе частот сигнала (вплоть до тактовой частоты системы передачи). Известно, что на качество работы ряда существующих систем передачи в значительной степени влияют низкочастотные помехи, в первую очередь наводки промышленной частоты. Поэтому анализ наводимых на контролируемую пару кабеля напряжений следует начинать не с нижней границы спектра информационного сигнала, а практически с нуля (во всяком случае, с частоты 50 Гц).

Измерения уровня помех в полосе частот информационного сигнала, производимые широкополосным измерителем уровня, позволяют только ориентировочно оценить степень «зашумленности» проверяемой пары.