Устройство для измерения длины коаксиального кабеля Советский патент 1992 года по МПК H04B3/46 

XJ

jt

GO «

О О

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.

cpuff.i

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 фазовращателя и входом частотомера, выход усилителя тока 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 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, что измерение производится на одной 1-й гармонике, что значительно ограничивает диапазон измеряемых длин.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения засчетувеличения диапазона измеряемых длин.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство измерения длины кабеля, содержащее генератор изменяющейся частоты, усилитель тока, фазовращатель, фазовый манипулятор, генератор опорного сигнала, первый и второй синхронные детекторы, полосовой 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 BTOpbiM 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 свходом компаратора напряжений, выход которого соединен с первым входом элемента И. выход которого соединен G первым входом блока выборки и хранения, выход которого соединен с входом индикатора, выход частотомера соединен с входом первого дешифратора и вторым входом блока выборки и хранения, введены

0 блок определения первого интервала времени, блок определения с второго по л-й интервал времени, блок памяти, элемент ИЛИ, п-2 дополнительных, дешифраторов, дешифратор номера интервалов и коммутатор, причем выход частотомера соединен с входами п-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 компаратора напряжений соединен с вторым входом блока памяти, выход которого соединен с первым входом коммутатора, вторым входом частотомера и входом блока определения с второго по п-й интервал времени, выход которого соединен с входом генератора изменяющейся частоты и вторым входом коммутатора, выходы n-t дешифраторов соединены соответственно с от третьего по n-fl входами коммутатора, выход которого соединен с вторым входом элемента

5 фиг. 1 представлена функциональная схема устройства измерения длины коаксиального кабеля; на фиг. 2 распределение интервалов длин по гармо0 пикам; на фиг. За и 36 - зависимость скорости распространения измерительного сигнала по коаксиальному кабелю от его частоты и теоретическая и фактическая зависимости длины кабеля от частоты; на фиг.

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

Устройство (фиг. 1) содержит генератор

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

g 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 по п-й интервал рремени. n-1 дешифраторы 19i-19n-i и коммутатор 20. Устройство работает следующим образом. К выходу устройства подключается измеряемый коаксиальный кабель (на фиг. 1 не показан), на дальнем конце которого обеспечен режим холостого хода. От генератора 1 изменяющейся частоты измерительный, изменяющийся по частоте, 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 вход второго синхронного детектора 7 поступает опорный сигнал. В частотомере 11 измерительный сигнал преобразуется в код длины по формуле где I - код длины; I -коэффициент кратности, соответствующий номеру гармоники;, V - скорость распространения измерительного сигнала; f - текущее значение частоты измерительного сигнала. С выхода частотомера 11 код длины поступает на вход дешифратора 12 номера интервала, второй вход блок 15 выборки и хранения и входы деш ифраторов 19i-19n-i. В дешифраторах 19i-19n-i код длины преобразуете в логический сигнал, разрешающий индикацию, причем о первом дешифраторе 19i преобразуется коддлины, определенный на второй гармонике, соответственно в дешифраторе 19n-i преобразуется код длины, определенной на п-й га)монике. Отраженный от дальнего конца кабеля измерительный сигнал поступает на являющийся вхоДомустройства первый вход первого синхронного детектора 3, fia второй вход которого поступает сдвинутый па фазе на 90° в фазовращателе 4 манипулированный по фазе и в фазовом манипуляторе 5 опорный сигнал. Первый синхронный детектор 3 8 Момент появления на его входах критической частоты Ркр{, когда измерительный сигнал на первом и втором входах отличается по фазе на 90°, меняет фазу сигнала на вь1ходе на 180°. С выхода первого синхронного детектора 3 сигнал, соответствующий моменту появления Ркрг. , освобожденный в полосовом фильтре б (рабочая частота которого равна частоте генератора опорного сигнала) от возможных наводок и побочных продуктов преобразования, поступает на первый вход второго синхронного детектора 7, на второй вход которого поступает опорны сигнал. Второй синхронный детектор 7 и последонатально соединенный с ним компаратор 9 напряжений преобразуют сигнал на выходе полосового фильтра 6 в логический сигнал, изменяющийся в момент поступления критической частоты Fxpi, который поступает на второй вход блока 17 памяти и первый вход элемента И 10. На второй вход элемента И 10 с выхода элемента ИЛИ ,14 поступает сигнал, разрешающий (запрещающий) индикацию длины кабеля В момент поступления нз 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 FKPI, разрешающий зафиксировать коддлины 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 16показывает длину кабеля, определенную по формуле где L- показание индикатора; V - скорость распространения сигнала; I - номер гармоники; Ркр;- 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 п значений критической частоты Fкp, FKP;, ..., FKP. На фиг. За показана зависимость скорости V распространения измерительного сигнала по коаксиальному кабелю от частоты f этого сигнала. На частотах, меньших граничной частоты FO. скорость зависит от частоты, а это значит, что кривая I (фиг. 36) на частотах, меньших FO, рассчитанная по формуле (1), отличается по кривой П фактической зависимости. Это приводит к тому, что определение длины кабеля на критических частотах, меньших FO, приводит к значительной погрешности А L измерения (фиг. 36). В этом случае необходимо определить длину L на частотах PKpi, больших Fo. В предлагаемом устройстве это услозие реализуется следующим образом. Весь диапазон изменяемых длин от LMHH до LMSKC (фиг. 2) разбивается на п интервалов (на фиг. 2 показаны четы{зе интервала), длина в каждом 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 дешифраторе 12 номера интервала формируется код номера интервала (на фиг. 2 от четвертого до первого) при изменении частоты измерительного сигнала от РМИН до Рмакс. С выхода дешифратора 12 номера интервала код номера интервала 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 втором входе блока 17 памяти и от номера интервала 1, определенного на этот момент в дешифраторе 12 номера интервала, возможны два режима работы устройства: первый режим - Ркр находится в интервале частот от Fe до Рмакс, т.е. в первом интервале длин; второй режим - Ркрх находится в интервале частот от Рмин до Ро, т.е. в от второго до п-го интервалах длин.

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 Ркр с выхода компаратора 9 напряжений через элемент И 10 поступает на первЬ1й вход блок 15 выборки и хранения и разрешает фиксацию кода длины, присутствующего в данный момент на втором входе блока 15 выборки и хранения. Таким образом, на индикаторе 16 индицируется длина кабеля, определенная по формуле

V

L

4 Р

Р1

Во втором режиме с выхода компаратора 9 напряжений логический сигнал, соответствующий моменту появления Ркр , поступает на второй вход блока 17 памяти в то время, когда на первом входе его присутствует код интервала I {с второго по п-й). В блоке 17 памяти запоминается код номера интервала i. С выхода блока 17 памяти код

номера интервала I поступает на вход блока 18 определения-с второго по п-й интервала времени, второй вход частотомера 11 и первый вход коммутатора 20. В блоке 18 определения с второго по п-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

0 частоты перезапускается, и с его выхода на первый вход частотомера 11, вход фазовращателя 4 и через усилитель 2 тока в измеряемый кабель вновь поступает измерительный сигнал, изменяющийся по часто5 тест РМИН. 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

0 интервала длины. С выхода частотомера 11 код длины, определенный по скорректированной формуле, поступает на входы дешифраторов 19i-19n-i. В дешифраторе 19i-i происходит преобразование кода длины в.

5 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

0 индикацию, с выхода дешифратора 19i-i через коммутатор 20 поступает на второй вход элемента ИЛИ 14. На втором входе блока 15 выборки и хранения присутствует код длины, рассчитанный по скорректированной

5 формуле (1).

Отраженный от дальнего конца кабеля измерительный сигнал поступает на вход устройства. Работа фазовращателя 4, фазового манипулятора 5, источника 8 опорного

0 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).

0 Частотомер 11 (фиг. 4) может быть реализован на известных элементах и содержать делитель 21 частоты, дифференциальную цепь 22, первый счетчик. 23, второй коммутатор 24, задающие генераторы 25i5 25п, причем первым входом частотомера 11 является вход делителя 21 частоты, выход которого соединен с входом дифференциальной цепи 22. выход которой соединен с Н-входом,первого счеТчика 23, первый вход второго коммутатора 24 является вторым входом частотомера 11, выходы задающих генераторов 251-250 соединены соответственно с от второго до п+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 fri задающих генераторов 25i-25n пропорциональны скорости V распространения измерительного сигнала и рассчитываются по формулегде 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 fr с выхода задающего генератора 25i через второй коммутатор 24 поступает на С-вход счетчика 23. В дальнейшем, при поступлении на первый вход второго коммутатора 24 кода номера интервала I (с второго по п-й) тактовая частота Ь 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 частотой -тт- .С выхода делителя 21 частоты сигнал с частотой поступает на вход дифференциальной цепи 22, формирующей по одному из фронтов сигнала -гр импульсы большой скважности с частотой выхода дифференциальной цепи 22 импульсы с частотой -тт- поступаеют на R-вход счетчика 23. Счетчик 23 определяет и кодирует количество периодов тактовой частоты , умещающихся в одном периоде Таким образом, на выходе частоты счетчика 23 присутствует код длины I, определенный по формуле (1). Дешифратор 12 номера интервала (фиг. 5) может быть реализован на известных элементах и содержать постоянное запоминающее устройств (ПЗУ) 26, компаратор 27 кодов и второй счетчик 28, причем входом дешифратора 12 номера интервала 12 является 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 соединен с вторым входом компаратора 27 кодов. Дешифратор 12 номера интервалов работает следующим образом. При включении устройства на первый вход компаратора 27 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 1-го номера интервала длины, который поступает на вход дешифратора 12 номера интервала на вход ПЗУ 26. При этом на второй вход компаратора 27 кодов с выхода ПЗУ 26 поступает ход нижней границы длины 1-го интервала. В момент совпадения кодов длины, 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 п, присутствующего на его выходе. Код числа п-1 поступает на вход ПЗУ 26, на выходе которого появляется код нижней границы длины п-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 стойки PWM 60 АВ. Элемент ИЛ И 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 второго по п-й интервал времени, второй коммутатор24,ПЗУ26-на микросхемах К561 КП1, делитель 21 частоты, счетчик 23 микросхемах К561 ИЕ16, компаратор 27 кодов-на микросхеме К561 ИП2, второй счетчик 28 - на микросхемеК561 ИЕ14.Реализацияостальных элементов аналогична реализации их в из-, вестных устройствах. Применение предлагаемого устройства для измерения длкны коаксиального кабелп 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.

Формула изобретения

Устройство для измерения длины коаксиального кабеля, содержащее генератор опорного сигнала, частотомер, первый дешифратор, усилитель тока, выход которого является входом для подключения измеряемого коаксиального кабеля, последовательно соединённые генератор изменяющейся частоть фазовращатель и фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора опорного сигнала, последовательно соединенные первый синхронный детектор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом усилителя тока и выходом фазового манипуяятора, полосовой фильтр, второй синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом генератора опорного сигнала, компаратор напряжения, элемент И, блок выдержки и хранения и индикатор, выход генератора изменяющейся частоты соединен с входом усилителя тока и с первым входом частотомера, выход которого соединен с входом первого дешифратора и вторым входом блока выборки и хранения.

ti (3t-4 1 /AfгЛ |- + Kpffo FHPI крз

отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности измерения за счет увеличения диапазона измеряемых длин, введены п-2 дополнительных дешифраторов, входы которых соединены с выходом частотомера, коммутатор, соответ ствующие входы которого соединены с выходами всех п-1 дешифраторов, 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 злемент ИЛИ, выход и второй вход которого соединен соответственно с вторым входом злемента И и выходом коммутатора, блок определения с второго по п-й интервал времени, вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока памяти и входом генератора изменяющейся частоты и вторым входом коммутатора. фиг. 2 Pit

фс/гЗсг

фиг. 55

фигЛ

/Л.

т.

фиг. 5