Методические указания к выполнению лабораторных работ № 1-6
Санкт-Петербург
Авторы: Г.И. Коршунов, Д.В. Иванов, А.А. Шабалов
Под редакцией Г.И. Коршунова
Рецензент доктор технических наук профессор Р.И. Сольницев
Приведены методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Методы и средства измерений, испытаний и контроля» и методические указания к их выполнению.
Предназначены для студентов специальностей «Управление качеством», «Метрология», «Методы и средства измерений, испытаний и контроля», «Автоматизация измерений, контроля и испытаний» выполняющих лабораторный практикум на факультетах: дневном, вечернем и заочном.
Подготовлены кафедрой инноватики и управления качеством и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения.
Лабораторная работа № 1
Цель лабораторной работы
Ознакомление с основами рефлектометрии и рефлектометром mTDR‑070.
2 Описание органов управления, параметров и интерфейса рефлектометра mTDR‑070 и программы Nanowave
Метод импульсной рефлектометрии, называемый также методом отраженных импульсов или локационным методом, базируется на распространении импульсных сигналов в двух- и многопроводных системах.
Сущность метода импульсной рефлектометрии заключается в следующих операциях.
1. Зондировании системы импульсами напряжения.
2. Приеме импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления.
3. Выделении отражений от места повреждений на фоне помех (случайных и отражений от неоднородностей).
4. Определении расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего.
Рефлектометр mTDR-070предназначен для проведения измерений в кабельных линиях и определения:
- длин кабелей;
- расстояний до неоднородностей волнового сопротивления или повреждений;
- коэффициента укорочения линии при известной ее длине;
- характера повреждений.
Внешний вид рефлектометра mTDR‑070 приведен на рисунке 1.
Рисунок 1
Назначение клавиш
Кнопки лицевой панели рефлектометра mTDR‑070 приведены на рисунке 2.
Рисунок 2
POWER - кнопка включения/выключения прибора.
PULSE-установка длительности импульса.
SRCH - включение режима автоматического поиска неоднородностей.
VOP - изменение коэффициента укорочения (скорость распространения сигнала в кабеле).
ZOOM - группа кнопок регулировки коэффициента усиления и настройки масштабирования по оси «х»:
◄ - сжатие: увеличение масштаба (увеличение шага курсоров) просмотра рефлектограммы по оси «х»;
►- растяжение: уменьшение масштаба (уменьшение шага курсоров) просмотра рефлектограммы по оси «х»;
▼ - уменьшить усиление: уменьшение усиления («сжатие»рефлектограммы по оси «у»);
▲ - увеличить усиление: увеличения усиления («растяжение»рефлектограммы по оси «у»).
Группа кнопок управления измерительными курсорами:
CSR1◄ - перемещение курсора 1 влево.
CSR1 ►- перемещение курсора 1 вправо.
CSR1Mark- перемещение курсора 1 к найденной неоднородности.
CSR2 ◄ - перемещение курсора 2 влево.
CSR2 ► - перемещение курсора 2 вправо.
CSR2Mark- перемещение курсора 2 к найденной неоднородности.
Группа навигационных кнопок (кнопки управления режимами):
◄ - уменьшение значений параметров в режимах установки длительности импульса (PULSE) и скорости распространения (VOP); прокрутка рефлектограммы влево на дисплее в режиме прокрутки (SCRL); навигация по системе меню.
► - увеличение значений параметров в режимах установки длительности импульса (PULSE) и скорости распространения (VOP); прокрутка рефлектограммы вправо на дисплее в режиме прокрутки (SCRL); навигация по системе меню.
▼ - уменьшение значений параметров в режимах регулировки длительности импульса (PULSE) и скорости распространения (VOP); прокрутка рефлектограммы вниз на дисплее в режиме прокрутки (SCRL); навигация по системе меню.
▲ - увеличение значений параметров в режимах регулировки длительности импульса (PULSE) и скорости распространения (VOP); прокрутка рефлектограммы вверх на дисплее в режиме прокрутки (SCRL); навигация по системе меню.
TABLE - вывод на дисплей информации о найденных неоднородностях волнового сопротивления, полученных при помощи команды SRCH (автоматический поиск неоднородностей).
SCRL - включение режима прокрутки (используются навигационные кнопки для прокрутки рефлектограммы влево, вправо, вверх и вниз).
MENU - вход в меню прибора.
SAVE - запись рефлектограммы в память.
LOAD - загрузка рефлектограммы из памяти.
MODE - выбор режима отображения рефлектограммы. Используется для переключения вида отображения рефлектограмм - линия, память, линия + память.
ESC - выход из текущего режима меню и возврат в режим измерения.
ENTER - выбор пункта меню, подтверждение ввода какой-либо информации в режиме меню и возврат в режим измерения.
Структура интерфейса
Интерфей рефлектометра mTDR-070 состоит из 2 основных областей – области отображения рефлектограммы (А) и области данных (В) (рисунок 3).
Область (А)
В области (А) отображается рефлектограмма, а также расположение курсоров 1 и 2. Курсоры 1 и 2 используются для измерения расстояния до повреждений от начала рефлектограммы или расстояния между курсорами, а также для измерения амплитуды (обратных потерь) отраженного от повреждения сигнала.
Область (B)
В области (B) отображаются параметры прибора и измеренные данные.
Рисунок 3
В области (с) отображаются расстояния курсора 1 и курсора 2 от начала рефлектограммы, а также величина обратных потерь - dBRL.
С1 и С2.Курсор С1 устанавливается на передний фронт зондирующего импульса и используется как точка отсчета при измерениях расстояний до неоднородности. Курсор С2 устанавливается на передний фронт отраженного от неоднородности импульса. Расстояние между курсорами (выводится крупными цифрами под рефлектограммой в области (d)) и является расстоянием от места подключения прибора до повреждения.
dBRL.Потери энергии, называемые обратными потерями (dBRL),выражаются в децибелах:
В области (b) отображены основные параметры рефлектометра:
P/W -длительность зондирующего импульса в наносекундах. Рефлектометр mTDR-070 измеряет расстояние до повреждения кабеля посылая в исследуемую линию зондирующий импульс и анализируя возвращенный сигнал. В рефлектометре mTDR-070 в качестве зондирующего используется импульс амплитудой 4 В с восемью различными длительностями: 5 нс, 15 нс, 45 нс, 100 нс, 200 нс, 500 нс, 1000 нс, 2000 нс.
Такой набор зондирующих импульсов необходим для обеспечения измерений на кабелях с различными длинами и затуханиями. Большие длительности используются на кабелях большой длины и с большим затуханием. Чем длиннее кабель (или чем больше его затухание) тем большую энергию необходимо передавать в зондирующем импульсе, чтобы получить отклик от конца кабеля или повреждения.
VOP - скорость распространения сигнала в кабеле(коэффициент укорочения). Параметр VOP выражается в скорость распространения сигнала в кабеле, в процентах от скорости света в вакууме. Принятый в России параметр «коэффициент укорочения» (КУ) является величиной обратной параметру VOP:
КУ = 100*VOP-1.
Для определения расстояния до повреждения рефлектометрmTDR-070 (в соответствии с приведенной ниже формулой) измеряет время отклика отраженного импульса:
Расстояние = время * (скорость света * VOP).
Параметр VOP (коэффициент укорочения) зависит от типа и марки кабеля, а также от температурных условий на момент измерения. Большинство кабелей имеют VOP от 30% до 90% от скорости света в вакууме (КУ от 3.3 до 1.1). Если необходимо провести измерения на кабеле с неизвестным VOP, то VOP определяют по известной длине кабеля: подбирают параметр VOP на рефлектометре таким образом, чтобы расстояние до конца кабеля, измеренное рефлектометром, совпало с его реальной длиной.
THR -порог срабатывания системы автопоиска повреждений в милливольтах (мВ) - отображается пунктирной горизонтальной линией на экране в области рефлектограммы. Например, если THR равен 75 мВ, то система поиска будет срабатывать на изменения импеданса 75 мВ или более.
AVG-установленное значение усреднения.Количество измерений, по которым рефлектометр выводит усредненную рефлектограмму (16 ступеней в диапазоне от 1 до 2048).
В области (d) отображены уровни масштабирования по оси «x» и по оси «y» (Scale [x] [y]), а так же расстояние между курсорами.
В области (e) выводится информация о режиме работы навигационных кнопок, режиме работы прибора, режиме работы с памятью, а так же уровень заряда аккумулятора.
Навигационные кнопки могут находиться в одном из 4-х режимов: