Быстрое и безопасное обнаружение неисправностей сетевых кабелей

Простой и надежный рефлектометр CS90 компании Tempo Communications

Электромагнитные волны распространяются по кабелю, пока не будет обнаружена неравномерность импеданса. Подобное изменение характеристик проводника приводит к отражению части или всей энергии волны обратно к источнику. Оставшаяся энергия продолжает перемещаться в первоначальном направлении.

Подобное можно наблюдать и в повседневной жизни. Если крикнуть, находясь перед удаленным объектом, например горой, стеной дома или кромкой леса, то часть звуковой волны при этом возвращается к источнику, в данном случае закричавшему человеку, в виде эха (кстати, по тому же принципу работает и радар). Измеренный промежуток времени между моментом передачи электромагнитной волны (импульса) и моментом приема его отражения можно использовать для расчета расстояния до места отражения.

Для обеспечения надежности передачи сигнала подобные отражения очень нежелательны. С другой стороны, на них основана работа технологии рефлектометрии (Time Domain Reflectometry или TDR), которая позволяет находить неисправности, изучая графическое отображение характеристики тестируемого кабеля.

Отражения в кабеле

На кабельных сетях используются коаксиальные кабели, которые конструктивно состоят из внутреннего и внешнего проводников, разделенных диэлектриком. Если в не имеющий неисправностей кабель подать короткий электрический импульс с генератора импульсов, имеющего выходное сопротивление, соответствующее входному сопротивлению кабеля (обычно 75 Ом), и посмотреть на отраженный сигнал, то можно обнаружить один из трех результатов.

  1. Несмотря на то, что кабель не имеет неисправностей, рефлектометр увидит конец кабеля (разомкнутый), как одну из двух экстремальных несогласованностей импеданса (т.е. высокий импеданс). В этом случае возникает отраженный импульс той же полярности.
  2. Если кабель имеет правильную концевую заделку (нагрузку, равную его характеристическому импедансу), отраженный импульс на характеристике не появится. Причина – передаваемый импульс будет полностью поглощен согласованным сопротивлением, поэтому никакая энергия к входу линии не отражается (и, следовательно, не отображается на дисплее рефлектометра).
  3. Другим крайним случаем несогласованности импеданса является короткое замыкание. Отраженный импульс имеет обратную полярность (относительно подаваемого в кабель импульса).

Если известна скорость распространения импульса в кабеле, промежуток времени между моментом подачи импульса в кабель и моментом поступления отраженного импульса (эха) можно преобразовать в расстояние. Амплитуда отраженного импульса является показателем уровня потерь при распространении (затухания в кабеле).

Pulse SourceИсточник импульса
RuntimeВремя прохождения 
With coгде c0 = скорость света и v = коэффициент распространения
Cable TerminationСогласованная нагрузка кабеля
DistanceРасстояние
Z = 75…Z = 75 Ом (согласованный импеданс)
Z = 0…Z = 0 Ом (короткое замыкание)

Расчет расстояния по времени прохождения

Сначала необходимо обсудить разницу между скоростью и коэффициентом распространения (Vp). Скорость распространения – это скорость перемещения электромагнитной волны (в кабеле или в свободном пространстве). Обычно измеряется в метрах в миллисекунду (м/мс) или метрах в микросекунду (м/мкс), или в виде любого другого отношения расстояния ко времени. Коэффициент распространения (Vp) представляет собой отношение скорости перемещения импульса в материале или среде к скорости света в вакууме.

Коэффициент распространения (Vp) очень важен для определения времени прохождения от момента подачи испытательного импульса до получения его отражения.

Коэффициент распространения (Vp) электромагнитной волны в любом материале всегда ниже, чем в вакууме (C ≈ 300×106 м/с, Vp = 1). Это верно и для коаксиальных кабелей:


Скорость распространения импульса в кабеле (м/мкс)
Скорость в свободном пространстве (300 м/мкс)

Разные кабели будут иметь разное значение Vp, в зависимости от их геометрии и используемого диэлектрического материала. Обычно данное значение указывается производителем кабеля в технических характеристиках. Для определения или проверки значения Vp измерьте время, за которое испытательный импульс проходит по кабелю заведомо известной длины, и сравните его со временем прохождения в вакууме.

Наиболее часто используемые на всех уровнях распределительной сети коаксиальные кабели обычно имеют значение Vp от 0,7 до 0,9.

Tt: время прохождения между отправлением и получением импульса (м/с)C: скорость света (C = 300 х 106 м/с)Vp: коэффициент распространения (всегда меньше 1)

Коротко выводы. Время прохождения (Tt) между моментом передачи испытательного импульса и моментом получения рефлектометром отраженного импульса можно использовать для расчета длины кабеля. Для преобразования этого значения в расстояние потребуется правильное значение Vp. Длина кабеля при этом учитывается дважды, так как по кабелю проходит не только переданный импульс, но и отраженный. Известное время прохождения позволяет рассчитать длину кабеля L.


Длина кабеля 
TL: задержка между отправленным испытательным импульсом и полученным отраженным импульсомс0: скорость света (с0 = 300 х 106 м/с)v: коэффициент распространения

Длительность импульса

Длительность импульса следует выбирать в зависимости от длины кабеля (L).

Короткие (низкоэнергетические) импульсы проходят только небольшое расстояние, но обеспечивают высокое разрешение.

Для более длинных кабелей необходимы более длительные импульсы, однако разрешение при этом снижается.

В зависимости от установленного диапазона измерений рефлектометр может выбирать длительность импульса автоматически.

Для измерений CATV обычная длительность импульса составляет от 1 до 25 нс. От выбранной длительности импульса также напрямую зависит мертвая зона (область, недоступная для измерения) рефлектометра. То есть, мертвая зона зависит от длительности передаваемых рефлектометром импульсов, как следует из приведенного ниже уравнения.

Кроме того, длительность импульса также определяет разрешающую способность рефлектометра (возможность различать близко расположенные события). Например, при использовании импульса длительностью 25 нс на типовом кабеле с Vp = 0,8 значение расстояния приблизительно равно шести метрам.

Но если можно использовать импульс длительностью 1 нс, то при 0,8 расстояние будет равно 0,24 метра. Поэтому для разделения близко расположенных событий друг от друга всегда используйте наиболее короткий импульс, подходящий для выбранного диапазона тестирования. В автоматическом режиме (Auto) рефлектометр CS90 будет при необходимости самостоятельно регулировать усиление и длительность импульса, основываясь на значении Vp и удельных потерях в кабеле. Это позволит всегда получать максимально детализированные результаты.

CableScout® 90

Компания Tempo Communications разрабатывала модель CableScout 90 (CS90) как практичный рефлектометр для техников CATV. За счет простоты повседневного использования и точности получаемых результатов эта модель производит очень сильное впечатление.

Благодаря небольшим размерам (26 x 16 x 5 см) рефлектометр CS90 в мягком защитном чехле (в котором найдется место и для зарядного устройства, и для других мелочей) легко помещается в любую сумку для инструментов. Небольшой вес (974 грамма) превращает его в удобное переносное устройство. Полностью заряженного встроенного литиево-ионного аккумулятора хватает на полноценные восемь часов работы, то есть на весь рабочий день. А для полной зарядки этого аккумулятора требуется менее четырех часов.

Кнопка питания инструмента слегка утоплена, и это позволяет избежать его случайного включения. Если устройство выключается, будучи подключенным к зарядному устройству, на дисплее отображается текущее состояние зарядки.

Во время загрузки после нажатия кнопки включения на дисплее на несколько секунд отображается экран приветствия с именем устройства, его серийным номером и номером версии. Затем появляется главный экран, предназначенный для настройки инструмента и проведения всех измерений.

Display:…Дисплей: 7-дюймовый (17,8 см), 800 х 400 пикселей, полноцветный, для просмотра при дневном освещении
Rubber armoring…Резиновая защита (с обеих сторон)
F connectorСоединитель типа F
SD-Card,…Карта SD, соединитель USB, разъем подачи питания (12 В постоянного тока / 3 А)
Carrying strapРемешок для переноски
Navigation crossКнопки навигации
Call of Setting screenДоступ к экрану настроек
Call of context…Доступ к контекстно-чувствительной справке
Soft keysМногофункциональные клавиши
On/Off keyКнопка включения/выключения

Рисунок 2. Пригодность рефлектометра Tempo CS90 для повседневного использования достигается за счет простоты управления и высокой точности измерений в сочетании с высокой четкостью изображения на дисплее даже при ярком дневном освещении.

Перед каждым измерением необходимо выбрать тестируемый кабель в списке наиболее часто используемых кабелей; или, по крайней мере, необходимо выбрать ближайший к нему кабель. Если в списке нет желаемого кабеля, его можно задать самостоятельно. Введите название производителя и тип кабеля, значение затухания на 100 метров при 500 МГц в дБ и значение PVF, затем сохраните данные.

Для кабеля «Televes SK2000plus» с затуханием 14 дБ при 500 МГц и значением коэффициента распространения VP = 0,84 это не составило проблем.

После выполнения простых шагов настройки можно начинать измерения обесточенного кабеля.

Для начальных испытаний использовался 100-метровый барабан кабеля Televes SK2000plus. Кабель был выбран в библиотеке и подключен к гнезду F в верхней части устройства. Затем были проведены три измерения с разомкнутым, согласованно подключенным и замкнутым концом кабеля. Результаты измерений оказались такими, как ожидалось.

Рисунок 3: Если измеряемый пользователем кабель отсутствует в списке, можно легко добавить его самостоятельно.

Для настройки конфигурации рефлектометра CS90 используется экран настройки. Здесь можно сделать дисплей ярче или темнее, переключаться между дневным и ночным режимами, активировать ручной или автоматический режим работы, ввести время автоматического отключения (выбрать 1, 2, 5, 10 минут или выключить эту функцию), переключаться между единицами измерения (футами, метрами или наносекундами), а также устанавливать единицы измерения PVF (0.xxx, xx.x%, м/мкс, фут/мкс).

Полусинусоидальная форма испытательного импульса позволяет снизить шумы. Рефлектометры с прямоугольными импульсами имеют более шумные рефлектограммы за счет широкого спектра гармоник. Иногда это даже приводит к невозможности интерпретации рефлектограмм.

Благодаря длительности импульса в 1 нс можно обнаруживать события на расстоянии менее метра. Импульс максимальной длительности в 25 нс позволяет обнаруживать события на расстоянии приблизительно до 3 км.

Рисунок 4: Важным применением рефлектометра CS90 является предварительное испытание кабеля в барабанах на соответствие длины и однородность кривой импеданса

Рисунок 5: Короткое замыкание и разрыв цепи (несоответствие импеданса) приводят к появлению отражений классической формы. При отсутствии изменений импеданса (в случае согласованного импеданса) отражение отсутствует.

Разомкнутый конец кабеля

Согласованный импеданс на конце кабеля

Короткое замыкание на конце кабеля

Заключение

После настройки нескольких основных параметров рефлектометр CS90 компании Tempo Communications очень просто использовать.

Одновременно он отображает «общий вид» кабеля (на нижней характеристике) и все детали с высоким разрешением около точки курсора (на верхней характеристике). При этом экран обеспечивает высокую четкость изображения даже при ярком солнечном свете, что гарантирует пользователю постоянное получение информации о том, что происходит с кабелем. Мертвую зону не нужно принимать во внимание (нулевая мертвая зона).

Очень легко создавать и сохранять в памяти скриншоты и полученные кривые для ведения необходимой документации. А для повседневной жизни кабельных техников больше ничего и не нужно.

Рисунок 6: За счет четкого и понятного экрана настроек все важные параметры рефлектометра адаптируются к потребностям пользователя.

Монтаж и диагностика ВОЛС на сети доступа: история появления оптических сетей, особенности архитектуры PON

Сегодня мы рассмотрим основы формирования оптического волокна, как к этому пришли, поймем основные принципы построения сети доступа. Хотелось бы начать, как и любой новый предмет, с истории и хотелось бы тоже рассмотреть, насколько давно появилась передача информации оптическим путём, как перешли к оптическому волокну, как оно развивалось. С этого и начнём. Передача информации визуальным путём появилась ещё в IV в. до н. э. 

история появления оптических сетей, особенности архитектуры PON
Читать далее

В фотонных микросхемах изгибы световода не будут приводить к потерям сигнала: как этого добились?

В фотонных микросхемах изгибы световода не будут приводить к потерям сигнала: как этого добились?

Ближайшая и самая вероятная перспектива развития компьютерной техники — «передача эстафеты» от электроники фотонике. Но когда будет передана «эстафетная палочка» от совершенствовавшихся в течение десятков лет технологий передачи и обработки электронных сигналов к только-только зарождающейся технологии передачи и обработки фотонных сигналов, вряд ли кто-либо из ИТ-аналитиков решится дать точный прогноз. Ведь на пути комплексной фотонной разработки компьютера «от А до Я» возникает столько нерешенных (и неизвестно, когда они будут решены) сложных научно-технологических проблем и даже «мелких» инженерных задач, что собрать воедино их для системного подхода к анализу и выработке подходов к решениям — это уже сама по себе сложнейшая задача.

Читать далее

Чем заменят кабели: на какую технологию делают упор бескабельные сети?

Чем заменят кабели: на какую технологию делают упор бескабельные сети?

В прогнозах развития технологий связи практически всех экспертов телеком-отрасли утверждается, что бескабельные сети будут «отбирать» у кабельных сетей все большие доли в коммуникационной инфраструктуре. Особенно заметным будет этот процесс в решениях «последней мили», где с распространением технологий 5G произойдет судьбоносный (с точки зрения повышения пропускной способности каналов связи) переход с диапазонов дециметровых и сантиметровых волн в миллиметровый. Прогнозы экспертов базируются на последних достижениях и тенденциях в технологиях передачи данных, которые наблюдаются в решениях «впередсмотрящих» научно-инженерных коллективов.

Читать далее

В США тестируют перекресток, оборудованный системой V2X (vehicle-to-everything)

В США тестируют перекресток, оборудованный системой V2X (vehicle-to-everything)

В том, что регулирование движения автотранспорта по городским улицам необходимо для снижения опасности для жизней автоводителей, пассажиров, пешеходов не сомневается никто. Даже нарушителям правил дорожного движения «по призванию» становится, мягко говоря, не по себе, когда на перекрестке не работают светофоры, нет регулировщика и с четырех сторон накопились километровые очереди, которые не рассосутся без вмешательства дорожной полиции. Совершенствуемая в течение почти столетия система светофоров и дорожных знаков, по сути, стала «застывшим явлением», тормозящим все попытки дорожной полиции снизить аварийность и, соответственно, повысить безопасность участников дорожного движения на перекрестках.

Читать далее

Новая проблема 5G сетей: технология предоставит мобильный Интернет только для избранных!

Новая проблема 5G сетей: технология предоставит мобильный Интернет только для избранных!

Телеком-операторы всех стран наперебой сообщают о пробных испытаниях оборудования и сетей технологии 5G, соревнуясь в достигнутых ими рекордах скоростей передачи данных. Как правило, высшей планкой в этом соревновании указывается 5 Гб/с, но это в условиях небольшого количества одновременно подключаемых к сети 5G абонентов и при других показателях функционирования сетей, обычно нереальных в «суровой практике».

Читать далее

Как работает система поиска шпионских «жучков» в многослойных печатных платах и как планируется её развивать дальше?

Как работает система поиска шпионских «жучков» в многослойных печатных платах и как планируется её развивать дальше?

Скандал с нашумевшим заявлением агентства Bloomberg о шпионской киберсети, созданной спецслужбами Китая путем встраивания в электронные устройства, производимые на территории КНР американской компанией Super Micro Computer, Inc., еще не утих после опровержений сотрудников Amazon, Apple, Super Micro, китайского правительства и даже некоторых киберэкспертов, высказывания которых были, по их утверждениям, искажены в публикации Bloomberg.

Читать далее

Вызовет ли внедрение технологий искусственного интеллекта масштабную безработицу: какой ответ дали эксперты?

Вызовет ли внедрение технологий искусственного интеллекта масштабную безработицу: какой ответ дали эксперты?

Дискуссия между сторонниками и противниками широкого использования искусственного интеллекта (ИИ) в качестве замены работников различных профессий проводится уже несколько лет, причем убедительные аргументы в пользу как оптимистических, так и пессимистических прогнозов практически «уравновешивают» противоположные точки зрения. Но безотносительно к тому, как развивается эта дискуссия, технологии ИИ продолжают внедряться в самые разнообразные сферы человеческой деятельности в производстве, финансах, науке, образовании, медицине, юриспруденции, сельском хозяйстве — во всех сферах экономики.

Читать далее

Система космической лазерной связи LLCD адаптирована для работы под водой: на какие хитрости пошли инженеры?

Система космической лазерной связи LLCD адаптирована для работы под водой: на какие хитрости пошли инженеры?

С октября 2013-го по апрель 2014-го года НАСА провела серию экспериментов по изучению «атмосферы» Луны, исследовательским инструментом в которых служила «Лунная лазерная демонстрационная коммуникационная система» (Lunar Laser Communications Demonstration — LLCD), разработанная и изготовленная в Лаборатории Линкольна — научно-исследовательском подразделении Министерства обороны США, работающем в структуре Массачусетского технологического института.

Читать далее

Российские спецслужбы получат мобильные центры «радио-видеослежки» в лучших традициях блокбастеров

Российские спецслужбы получат мобильные центры «радио-видеослежки» в лучших традициях блокбастеров

В конце августа в подмосковной Кубинке параллельно с Международным военно-техническим форумом «Армия-2018» прошел Международный форум «Неделя национальной безопасности-2018», в ходе которого представителем холдинга «Росэлектроника» было объявлено о завершении разработки мобильного центра связи и слежения на базе автомобиля Ford Transit, выпускаемого в Елабуге заводом Ford Sollers. Радио-, видео- и компьютерное оборудование, которым оснащается эта подвижная станция, предназначенная для проведения оперативно-технических мероприятий, разработано и изготавливается АО «Рязанский радиозавод» — предприятием холдинга «Росэлектроника».

Читать далее