9.4. Импульсный метод измерений линий
Принцип измерений. При импульсном методе измерений расстояние до места повреждения определяется временем прохождения до него и обратно посылаемого в линию так называемого зондирующего импульса, отражающегося от неоднородности, имеющейся в месте повреждения. Приемным устройством служит осциллографическая трубка. На рис. 9.6 показаны три характерных
Рисунок 9.6 Характерные случаи фиксации отраженных импульсов на экране импульсного прибора: а) ZH = ZC; б) ZH > ZC; ZH < ZC
случая фиксации отраженных импульсов. Если цепь однородна и нагрузка ее ZH равна характеристическому сопротивлению цепи Zс, то импульс, пройдя, по цепи, полностью поглотится нагрузкой и отраженного -импульса не возникнет (рис. 9.6а). Если ZH > ZC, энергия импульса не будет полностью поглощена нагрузкой и появится отраженный импульс с амплитудой U0, зависящей от коэффициента отражения. Этот импульс, распространяясь вдоль линии, придет к ее началу через некоторый промежуток времени, определяемый скоростью v распространения электромагнитной волны вдоль линии и расстоянием Lх до места неоднородности Знак отраженного импульса при ZH > ZC совпадает со знаком посланного импульса (рис. 9.6,б). Если ZH < ZC, то аналогично образовавшийся отраженный импульс придет к началу линии с другим знаком (рис. 9.бв).
Чтобы можно было судить по рис. 9.6,б, в о расстоянии до места неоднородности, достаточно знать время Δt развертки луча трубки от начала посылки зондирующего импульса (его переднего фронта) до появления (переднего фронта) отраженного импульса. Тогда, если скорость распространения импульсов в данной линии равна v, расстояние до места неоднородности находят из формулы.
lx = vΔt/2, (9.12)
Скорости распространения импульсов могут быть взяты ориентировочно равными приведенными выше значениям скорости распространения электромагнитной волны, а модули волновых сопротивлений – из § 1.4. На практике в основном используются скорости, найденные для данной цепи путем предварительных экспериментов.
Величина напряжения отраженного импульса Uo при отсутствии в линии потерь определится из формулы
U0 = Uп[(Zн - Zc)/(Zн + Zc)], (9.13)
где Uп - амплитуда посланного импульса; Zн - входное сопротивление линии в месте нарушения однородности; Zc - характеристческое сопротивление цепи, а величина (Zн – Zс)(Zн + Zс) - коэффициент отражения. При наличии потерь амплитуда отраженного импульса, воздействующего на луч приемной трубки, уменьшится в е2аl храз, где а - километрическое затухание, Нп, для импульсов данной формы, а 1х - расстояние от начала линии до места неоднородности. Практически коэффициент отражения обычно определяют, подставляя в (9.13) значения модулей величин Zc и Zн полагая фн = фс (см. задачи 91, 92). Кроме того, величину коэффициента отражения в месте неоднородности можно найти по величине наблюдаемой амплитуды отраженного импульса, если предварительно заснять ряд амплитуд отраженных импульсов при определенном усилении, известных коэффициентах отражения, на известных расстояниях и при известном затухании цепи. Подобного рода градуировочные кривые к некоторым импульсным приборам прилагаются (УИП4К, УИП5К и др.).
Устройство импульсного прибора. Импульсный прибор, предназначенный для контроля состояния линии, должен иметь: генератор зондирующих импульсов (ГЗИ, рис. 9.7), электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) и генератор развертки (ГР), управляющий движением луча по горизонтали. Кроме того, для определения времени Δt необходимо устройство для отсчета по оси X масштаба времени (или при определенной
скорости,
сразу масштаба расстояний). Таким
устройством может быть дополнительный
генератор, дающий с определенной
постоянной частотой калибрационные
отметки (в виде небольших вертикальных
выбросов) - генератор масштабных отметок
(ГМ).
Рисунок 9.7 Упрощенная структурная схема импульсного прибора
Далее необходимо ограничивающее и согласующее устройство (О и СУ), которое, с одной стороны, ограничивало бы зондирующий импульс при подаче его в приемник, так как амплитуда его, весьма большая сравнительно с отраженными импульсами, перегрузит приемник и неудобна для наблюдения, а с другой стороны нужно устройство, которое обеспечивало бы необходимую согласованность входного сопротивления прибора с линией. Без такого согласования, во-первых, возникнут ложные отраженные импульсы в месте стыка прибора с линией, а во-вторых, отраженные импульсы, придя с линии, снова отразятся, будут перемещаться по линии туда и обратно и исказят наблюдаемую картину.
Необходимы также приемный усилитель (ПУ), который мог бы в достаточной степени усилить приходящие слабые отраженные импульсы, и некоторый управляющий, задающий генератор (ЗГ), который заставлял бы все блоки работать с необходимой синхронизацией.
Существенно отметить, что развертка по горизонтали - ждущая. Имеются блоки (на рис. 9.7 не показаны), с помощью которых можно как начать развертку со сдвигом во времени относительно момента посылки зондирующего импульса в линию, так и закончить ее через определенный,
Рисунок 9.8 Определения расстояния до места неоднородности по меткам на экране импульсного прибора: а)грубо; б)точнее; в)еще точнее
меняющийся по величине промежуток времени. Скорость развертки также регулируется. Это дает возможность наблюдения не только всей характеристики линии в целом, когда скорость развертки невысока и калибрационные отметки следуют часто, но также по выбору измеряющего контролировать на экране выбранный участок линии. Заметив, например, по наблюдаемой импульсной характеристике, что повреждение находится между пятой и шестой калибрационными отметками (рис. 9.8а), можно, для более точного определения положения отраженного импульса между этими отметками, получить; расстояние между ними существенно увеличенным. Для этой цели надо задержать развертку на время, соответствующее первым пяти меткам, и увеличить скорость развертки (рис. 9.8б, в).
Возможен при определенной скорости и задержке развертки и отсчет времени Δt путем совмещения переднего фронта отраженного импульса с началом зондирующего импульса (прибор Р5-5, [18]).