Устройство для измерения длины коаксиального кабеля

 

Изобретение отнЪсится к электротехнике и технике связи. Цель изобретения - повышение достоверности измерения за счет увеличения диапазона, измеряемых длин. Устройство осуществляет измерение длины на принципе определения критической частоты F и пересчете ее в длину. Использование генератора 1 изменяющейся частоты, частотомера 11, дешифратора 12 номера интервала, дешифраторов 19i-19n-i и других элементов позволяет автоматически определять номер гармоники, на которой необходимо производить измерение с тем, чтобы исключить неоднозначность и не уменьшить точности измерения. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ($!)5 Н 04 В 3/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4841523/09 (22) 19.06.90 (46) 15,02.92. Бюл. М 6 (71) Специализированное конструкторскотехнологическое бюро строительной техники СВязи (72) Е.И. Брейман и Л.А. Шендерович (53) 621.395.664(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1418917, кл. Н 04 В 3/46, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и технике связи. Цель изобретения — по. 5U 1713109 А1 вышение достоверности измерения за счет увеличения диапазона измеряемых длин.

Устройство осуществляет измерение длины на принципе определения критической частоты F и пересчете ее в длину. Использование генератора 1 изменяющейся частоты, частотомера 11, дешифратора 12 номера интервала. дешифраторов 191-19п-1 и других элементов позволяет автоматически определять номер гармоники, на которой необходимо производить измерение с тем, чтобы исключить неоднозначность и не уменьшить точности измерения. 5 ил.

1713109

Изобретение относится к электротехнике и технике связи и может быть использовано при строительстве.и реконструкции кабельных магистралей.

Известно устройство для измерения длины кабеля. содержащее генератор изменяющейся частоты, соединенный с входом усилителя тока, входом фаэовращателя и входом частотомера, выход усилителя тока соединен с первым входом первого синхронного детектора и является входом уст-. ройства, выход фаэавращателя соединен с первым входом фазового манипулятора, выход которого соединен с вторым входом первого синхронного детектора, выход которого соединен с входом полосового фильтра, выход которого соединен с первым входом второго синхронного детектора, выход генератора опорного сигнала соединен с вторым входом фазового манипулятора и вторым входом второго синхронного детектора, выход котоРого соединен с последовательно соединенными компаратором напряжений, элементом И, блоком выборки и хранения и индикатором, выход частотомера соединен с вторым входом блока выборки и хранения и входом дешифратора длины.

Недостатком известного устройства является низкая достоверность, обусловлен-. ная тем, чта измерение производится на одной 1-й гармонике, что значительно ограничивает диапазон измеряемых длин.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения эа счетувеличения диапазона измеряемых длин.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство измерения длины кабеля, содержащее генератор изменяющейся частоты, усилитель така, фаэовращатель, фазовый vàíèëóëÿòîð, генератор опорного сигнала, первый и второй синхронные детекторы, паласовой фильтр, компаратор напряжений, элемент И, частотомер, первый дешифратор, блок выборки и хранения, индикатор, выход генератора изменяющейся частоты соединен с первым входом частотомера, входом фазовращателя и входом усилителя тока, выход которого соединен с первым входом первого синхронного детектора и является входом устройства, выход фазовращателя соединен с первым входом фазового манипулятора, выход которого соединен с вторым входом первого синхронного детектора, выход которого соединен с входом полосового фильтра, выход которого соединен с первым входом второго синхронного детектора, выход генератора опорного сигнала соединен с вторым входам фазового манипулятора и вторым входом

35 ИЛИ, На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства измерения длины коаксиального кабеля; на фиг. 2 распределение интервалов длин по гармо40 никам; на фиг. За и Зб — зависимость скорости распространения измерительного сигнала по коаксиальному кабелю от его частоты и теоретическая и фактическая зависимости длины кабеля от частоты; на фиг.

45 4 — блок-схема возможной реализации частотомера; на фиг. 5 — блок-схема возможной реализации дешифратора номера интервалов.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор

50 1 изменяющейся частоты, усилитель 2 тока, первый синхронный детектор 3, фазовращатель 4, фазовый манипулятор 5, паласовой фильтр 5, второй синхронный детектор 7, генератор 8 опорного сигнала, компаратор

55 9 напряжений, элемент И 10, частотомер 11, дешифратор 12 номера интервалов, блок 13 определения первого интервала времени, . элемент ИЛИ 14, блок 15 выборки и хранения, индикатор 16, блок 17 памяти, блок 18 определения с второго па и-й интервал рре5

l0

30 второго синхронного детектора, выход которого соединен с входом компаратора напряжений, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом блока выборки и хранения, выход которого соединен с входом индикатора, выход частотомера соединен а входом первого дешифратора и вторым входом блока выборки и хранения, введены блок определания первого интервала времени, блок определения с второго по и-й интервал времени, блок памяти, элемент

ИЛИ, и-2 дополнительных. дешифратаров, дешифратор номера интервалов и коммутатор, причем выход частотомера соединен с входами и-2 дешифраторов и входом дешифратора номера интервала, выход которого соединен с первым входом блока памяти и входом блока определения первого интервала времени, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход компаратара напряжений соединен с вторым входом блока памяти, выход которого соединен с первым входом коммутатора, вторым входом частотомера и входом блока определения с второго по и-й интервал времени. выход которого соединен с входом генератора изменяющейся частоты и вторым-входом коммутатора, выходы и-1 дешифраторав соединены соответственно с от третьего по и+1 входами коммутатора, выход которого соединен с вторым входом элемента

1713109 мени, п-1 дешифраторы 19>-19п-1 и коммутатор 20.

Устройство работает следующим образом.

К выходу устройства подключается из- 5 меряемый коаксиальный кабель(на фиг. 1 не показан), на дальнем конце которого обеспечен режим холостого хода.

От генератора 1 изменяющейся частоты измерительный, изменяющийся по частоте, 10 сигнал поступает на первый вход частотомера 11, вход фазовращателя 4 и через усилитель 2 тока в измеряемый кабель, С выхода генератора 8 опорного сигнала на второй вход фазового манипулятора 5 и второй 15 вход второго синхронного детектора 7 поступает опорный сигнал. В частотомере 11 измерительный сигнал преобразуется в код длины по формуле

20 (1) где I — код длины;

i — коэффициент кратности, соответст- 25 вующий номеру гармоники;

V — скорость распространения измерительного сигнала;

f — текущее значение частоты измерительного сигнала. 30

С выхода частотомера 11 код длины поступает на вход дешифратора 12 номера интервала, второй вход блок 15 выборки и хранения и входы дешифраторов 191-19 -1.

В дешифраторах 19t-19ï-1 код длины пре- 35 образуется в логический сигнал, разрешающий индикацию, причем в первом дешифраторе 19 преобразуется код длины, определенный на второй гармонике, соответственно в и-1 дешифраторе 19л-1 преоб- 40 разуется код.длины, определенной на и-й гармонике.

Отраженный от дальнего конца кабеля измерительный сигнал поступает на являющийся вхоДом устройства первый вход пер- 45 вого синхронного детектора 3, на второй вход которого поступает сдвинутый по фазе на 900 в фазовращателе 4 манипулированный по фазе и в фазовом манипуляторе 5 опорный сигнал. Первый синхронный детек- г .э0 тор 3 в момент появления на его входах критической частоты F

10 с выхода элемента ИЛИ,14 поступает сигнал, разрешающий (запрещающий) индикацию дрины кабеля . В момент поступления на второй вход элемента И .10 разрешающего индикацию сигнала с выхода компаратора 9 напряжений через элемент И 10 на первый вход блока 15 выборки и хранения поступает логический сигнал, соответствующий моменту появления Ркр„, разрешающий зафиксировать код длины кабеля, присутствующий в этот момент на его втором входе. С выхода блока 15 выборки и хранения код длины поступает на вход индикатора 16, где индицируется. Индикатор

16 показывает длину кабеля, определенную по формуле

ФЧ.

4 Fgp( (2) где — показание индикатора;

V — скорость распространения сигнала;

i — номер гармоники;

F pÄ- 1-е значение критической частоты.

На фиг. 2 показано, что при измерении длины кабеля методом определения критической частоты одной и той же длине L соответствуют и значений критической частоты

Ркр,, кр:. "" кр„.

На фиг. За показана зависимость скорости V распространения измерительного сигнала по коаксиальному кабелю от частоты f этого сигнала. На частотах, меньших граничной частоты F<, скорость зависит от частоты, а это значит, что кривая l (фиг. Зб) на частотах, меньших Fo, рассчитанная по формуле (1), отличается по кривой И фактической зависимости. Это приводит к тому, что определение длины кабеля на критических частотах, меньших F>, приводит к значительной погрешности Ь L измерения (фиг.

Зб). В этом случае необходимо определить длину (. на частотах Fyp<, больших Fo.

В предлагаемом устройстве это условие реализуется следующим образом. Весь диапазон изменяемых длин от мин до смаке (фиг. 2) разбивается на и интервалов (на фиг.

2 показаны четыре интервала). длина в кажнаводок и побочных продуктов преобразо- вания, поступает на первый вход второго синхронного детектора 7, на второй вход

1713109

20

4 Fep) (3) дом из которых измеряется на соответствующей гармонике, причем номер гармоники и соответствующего интервала определяется при измерении на первой гармонике.

При измерении на первой гармонике в частотомере 11 происходит преобразование измерительного сигнала в код по формуле(1) при i - 1. В деаифраторе 12 номера интервала формируется код номера интервала (на фиг. 2 от четвертого до первого) при изменении частоты измерительного сигнапа ol Рм» до омахе. С выхода дешифратора

12 номера интервала код номера интервала

i поступает на вход блока 13 определения первого интервала времени и первый вход блока 17 памяти. В момент включения устройства на выходе блока 17 памяти устанавливается нулевая комбинация.

В зависимости от момента появления сигнала, соответствующего моменту появления F

Наиболее простым является первый режим, В этом случае на выходе блока 13 определения первого интервала времени появляется логический сигнал, разрешающий индикацию длины кабеля, который через элемент ИЛИ 14 поступает на второй вход элемента И 10; С выхода частотомера

11 код длины кабеля, определенный по первой гармонике, поступает на второй вход блока 15 выборки и хранения, Логический сигнал, соответствующий моменту появления F

Во втором режиме с выхода компаратора 9 напряжений логический сигйал, соответствующий моменту появления FKp поступает на второй вход блока 17 памяти в то время, когда на первом входе его присутствует код интервала 1(c второго по и-й). В блоке 17 памяти запоминается код номера интервала i. С выхода блока 17 памяти код

55 номера интервала 1 поступает на вход блока

18 определения.с второго по и-й интервала времени, второй вход частотомера 11 и первый вход коммутатора 20. В блоке 18 определения с второго по и-й интервал времени формируется логический сигнал. который с его выхода поступает на второй вход коммутатора 20 и на вход генератора 1 изменяющейся частоты. Генератор 1 изменяющейся частоты переэапускается, и с его выхода на первый вход частотомера 11, вход фазоеращателя 4 и через усилитель 2 тока в измеряемый кабель вновь поступает измерительный сигнал, изменяющийся по частоте от Ем». В частотомере 11 измерительный сигнал преобразуется в код длины по скорректированной формуле (1), где i теперь отличный от единицы номер интервала длины, определенный в дешифраторе 12 номера интервала длины. С выхода частотомера 11 код длины, определенный по скорректированной формуле, поступает на входы дешифраторов 191-19,-1. В дешифраторе 19 -i происходит преобразование кода длины в. логический сигнал, разрешающий индикацию. При наличии разрешающего сигнала на втором входе коммутатора 20 в соответствии с кодом номера интервала на первом входе его логический сигнал, разрешающий индикацию, с выхода дешифратора 19 -1 через коммутатор 20 поступает на второй вход элемента ИЛИ 14. На втором входе блока 15 выборки и хранения присутствует код длины, рассчитанный по скорректированной формуле (1), Отраженный от дальнего конца кабеля измерительный сигнал поступает на вход устройства. Работа фазовращателя 4. фазового манипулятора,5, источника 8 опорного сигнала, первого синхронного детектора 3, полосового фильтра 6, второго синхронного детектора 7, компаратора .9 напряжений, элемента И 10, блока 15 выборки и хранения, индикатора 16 аналогична работе в первом режиме и изложена выше. В момент появления критической частоты Ркр на входе устройства на индикаторе индицируется длина кабеля, определенная на i-й гармонике, рассчитанная по формуле (2).

Частотомер 1.1 (фиг..4) может быть реализован на известных элементах и содержать делитель 21 частоты. дифференциальную цепь 22, первый счетчик 23, второй коммутатор 24, задающие генераторы 25i25л, причем первым входом частотомера 11 является вход делителя 21 частоты, выход которого соединен с входом дифференци-альной цепи 22, выход которой соединен с

R-входом первого счетчика 23, первый вход второго коммутатора 24 является вторым

1713109

10 входом частотомера 11, выходы задающих генераторов 251-25п соединены соответственно с от второго до n+1 входами второго коммутатора 24, выход которого соединен с

С-входом первого счетчика 23, выход которого является выходом частотомера 11.

Частотомер 11 работает. следующим образом, Тактовые частоты f i задающих генераторов 251-25л пропорциональны скорости Ч распространения измерительного сигнала и рассчитываются по формуле (4) где i — номер гармоники;

V — скорость распространения измерительного сигнала;

N — коэффициент деления делителя 21 частоты.

При поступлении на первый (адресный) вход второго коммутатора 24 нулевой комбинации (в момент включения устройства) второй вход коммутатора 24 подключается к его выходу. Тактовая частота f q с выхода задающего генератора 25> через второй коммутатор 24 поступает на С-вход счетчика

23. В дальнейшем, при поступлении на первый вход второго коммутатора 24 кода номера интервала 1(c второго по и-й) тактовая частота fT с выхода задающего генератора

25 через второй коммутатор 24 поступает на С-вход счетчика 23. На вход делителя частоты, являющийся первым входом частотомера 11, поступает измерительный сигнал с изменяющейся частотой f. который в делителе 21 частоты преобразуется в сигнал с

f частотой „. С выхода делителя 21 частоты

f сигнал с частотой „ поступает на вход дифференциальной цепи 22, формирующей по одному иэ фронтов сигнала импульf сы большой скважности с частотой „. С выхода дифференциальной цепи 22 импульf сы с частотой поступаеют на R-вход счетчика 23. Счетчик 23 определяет и кодирует количество периодов тактовой частоты

IV

fq —, „, умещающихся в одном периоде

f частоты . Таким образом, на выходе счетчика 23 присутствует код длины I, определенный по формуле (1).

Дешифратор 12 номера интервала (фиг.

5) может быть реализован на известных эле. ментах и содержать постоянное эапомина ющее устройств (ПЗУ) 26, компаратор 27 кодов и второй счетчик 28, причем входом дешифратора 12 номера интервала 12 явля5 ется первый вход компаратора 27 кодов, выход которого соединен с входом второго счетчика 28, выход которого является выходом дешифратора 12 номера интервалов и соединен с входом ПЗУ 26, выход которого

10 соединен с BTopblM входом компаратора 27 кодов.

Дешифратор 12 номера интервалов работает следующим образом. При включении устройства на первый вход компаратора 27

15 кодов поступает текущее значение длины, пересчитанное в частотомере 11 в код длины по формуле (1), при i = 1. На выходе второго счетчика 28 присутствует код i-ro номера интервала длины, который поступа20 ет на вход дешифратора 12 номера интервала на вход ПЗУ 26. При этом на второй вход компаратора 27 кодов с выхода ПЗУ 26 поступает.код нижней границы длины I-го интервала. В момент совпадения кодов длины, 25 поступающего на первый вход и присутствующего на втором входе, с выхода компаратора 27 кодов на второй вход счетчика 28 поступает логический сигнал. При этом второй счетчик 28 вычитает единицу из числа и, 30 присутствующего на его выходе. Код числа и-1 поступает на вход ПЗУ 26, на выходе которого появляется код нижней границы длины и-1 интервала. В дальнейшем работа дешифратора 12 номера интервала повторяется до первого интервала.

В качестве генератора изменяющейся частоты 1 может быть использован генератор изменяющейся частоты с входом для принудительного запуска типа FS-1 от стой40 ки PWM 60 А8. Элемент ИЛИ 14 может быть реализован на микросхеме К561 ЛЕ5, блока

17 памяти на микросхеме К561 ТРЗ, коммутатор 20, блок,13 определения первого интервала времени, блок 18 определения с

45 второго по и-й интервал времени. второй коммутатор 24, ПЗУ26- на микросхемах К561 КП1, делитель 21 частоты, счетчик 23- на микросхемах К561 ИЕ16, компаратор 27 кодов- на микросхеме К561 ИП2, второй счетчик 28 — на

50 микросхеме К561 ИЕ14. Реализация остальных элеменTQB аналогична реализации их в из-, вестных устройствах.

Применение предлагаемого устройства для измерения длины коаксиального кабеля

55 обеспечивает по сравнению с известными устройствами расширение измеряемого диапазона длин, что обеспечивает возможность измерения всех, существующих в настоящее время, длин кабеля на кабельных магистралях одним прибором.

1713109

Ф о р M у л а и з.о б р е т. е н и я

Устройство для измерения длины коаксиального кабеля, содержащее генератор

* опорного сигнала. частотомер, первый де- 5 шифратор, усилитель тока, выход которого является входом для подключения измеряемого коаксиального кабеля, последовательно соединенные генератор изменяющейся частоты; фазовращатель и фазовый манипу- 10 лятор, второй вход которого соединен с выходом генератора опорного сигнала. последовательно соединенные первый синхронный детектор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выхо- 15 дом усилителя тока и выходом фазового манипулятора, полосовой фильтр, второй синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом генератора опорного сигнала, компаратор напряжения, элемент 20

И, блок выдержки и хранения и индикатор, выход генератора изменяющейся частоты соединен с входом усилителя така и с первым входом частотомера, выход которого соединен с входом первого дешифратора и 25 вторым входом блока выборки и хранения, отличающееся тем,что,сцелью повышения достоверности измерения эа счет увеличения диапазона измеряемых длин, введены и-2 дополнительных дешифраторов. входы которых соединены с выходом частотомера, коммутатор, соответствующие входы. которого соединены с выходами всех и-1 дешифрато ров, последовательно соединенные дешифратор номера интервала, вход которого соединен с выходом частотомера, и блок памяти, выход которого соединен с первым входом коммутатора и вторым входом частотомера, а второй вход блока памяти соединен с выходом компаратора напряжения, последовательно соединенные блок определения первого интервала времени, вход которого соединен с выходом дешифратора номера интервала, и элемент ИЛИ, выход и второй вход которого. соединен соответственно с вторым входом элемента И и выходом коммутатора, блок определения с второго по л-й интервал времени, вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока памяти и входом генератора измейяющейся частоты и вторым входом коммутатора, 1713109

1713109

Ех.

IX.

Составитель Г.Бабинская

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Э.Лоичакова

Редактор Э.Слиган

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 545 Тираж Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5