авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Разработка и исследование методики количественной оценки внутренних неоднородностей кабельных цепей методом импульсной рефлектометрии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Дюбов

Андрей Сергеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИКИ

КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ВНУТРЕННИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ

КАБЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ МЕТОДОМ

ИМПУЛЬСНОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ

05.12.13 –Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2011

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций имени профессора М.А. Бонч-Бруевича на кафедре линий связи.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Глаголев Сергей Федорович.

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Дмитриков Владимир Федорович,

кандидат технических наук, доцент

Виноградов Владимир Валианович.

Ведущая организация ОАО «Лентелефонстрой».

Защита диссертации состоится «___» __________2011 г. в ____ на заседании диссертационного Совета Д 219.004.02 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 61 на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «___» _________2011 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

кандидат технических наук, доцент В.Х. Харитонов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

С развитием телекоммуникаций в России, как и во всем мире, наряду с разделением сетей на первичные и вторичные все чаще встречается двухуровневое деление на транспортные сети, включающие магистральные и зоновые сети, а также часть местных сетей, и сети доступа от узла транспортной связи до абонентов.

При построении транспортной сети активно внедрялись цифровые системы передачи и волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), которые практически вытеснили электрические кабели.

Сети доступа наиболее инерционны, они требуют значительных затрат на эксплуатацию, модернизацию и развитие. Являющаяся частью Единой сети электросвязи РФ, сеть доступа в настоящее время преимущественно строится на основе симметричных и коаксиальных кабелей связи. Из-за высокой стоимости абонентских устройств и значительных эксплуатационных расходов при обслуживании волоконно-оптических линий на абонентском участке наиболее экономичными и востребованными продолжают оставаться кабели с медными жилами. Существующее положение подтверждают цифры статистики объемов производства электрических кабелей связи, сетевого оборудования и измерительных приборов. В сетях широкополосного доступа и в локальных вычислительных сетях (ЛВС) наибольшее распространение получили симметричные высокочастотные кабели. Объемы производства симметричных кабелей для ЛВС продолжают расти и в настоящее время даже превышают объемы производства волоконно-оптических кабелей связи. По разным оценкам такое положение сохранится в течение полутора, двух десятков лет.



Требования к качеству уже проложенных и изготавливаемых кабелей усиливаются в связи с ростом скоростей передачи и расширением спектра услуг для абонентов сети. Идеальные кабельные цепи (КЦ) должны быть однородными, т.е. их первичные и вторичные параметры передачи и взаимных влияний не должны изменяться вдоль КЦ.

Все КЦ в той или иной мере неоднородны. Неоднородности возникают из-за несовершенства технологий производства, прокладки и монтажа кабеля. Отклонения в диаметрах проводников и шагах скрутки, изменения взаимного расположения проводников, толщины и параметров изоляции приводят к внутренним неоднородностям.

Неоднородности приводят к отражениям сигнала, распространяющегося по КЦ и образованию обратного и попутного потоков, которые накладываются на основной сигнал, затрудняют согласование КЦ с системой передачи, и проявляются в виде помех. Это приводит к ухудшению качества связи, особенно, при высоких скоростях передачи, расширении диапазона передаваемых частот и при использовании КЦ в дуплексном режиме.

Исследованию неоднородностей КЦ в сетях доступа, разработке и анализу методов их измерения и количественной оценки посвящена данная работа.

Существующая методика количественной оценки параметров неоднородностей КЦ в частотной области позволяет определять зависимость так называемых возвратных потерь от частоты. Эта величина определяется интегральным коэффициентом отражения от всех неоднородностей на данной частоте и зависит не только от внутренних неоднородностей, которые характеризуют качество изготовления и состояния кабеля, но также и от концевых и стыковых неоднородностей, которые характеризуют качество согласования КЦ с нагрузкой и генератором, а также одинаковость параметров соединяемых строительных длин.

После тщательного согласования и отбора соседних строительных длин основной вклад в обратный и попутный потоки вносят внутренние неоднородности КЦ, которые в первую очередь зависят от качества технологии производства кабеля. Поэтому разработка экспериментальной методики измерения, способов обработки ее результатов и количественной оценки параметров распределения внутренних неоднородностей по длине КЦ является важной и актуальной задачей, решение которой позволит сравнивать кабельную продукцию различных заводов, оперативно контролировать качество кабеля в процессе производства, количественно оценивать ухудшение качества кабеля после его прокладки.

В основу, предлагаемой в диссертации, экспериментальной методики количественной оценки параметров распределения внутренних неоднородностей КЦ положен импульсный метод измерения. Использование предлагаемой методики позволит дополнить существующие методы контроля качества неоднородных КЦ и даст возможность ввести обоснованные нормы на параметры внутренних неоднородностей кабелей. Импульсный метод исследования линий связи во временной области развивается с 1950-х годов. Он позволяет оперативно получать наглядную информацию о состоянии неоднородных КЦ. Он широко используется для определения характера и местоположения неоднородностей и повреждений различных кабелей и линий связи, силовых кабелей и линий электропередач.

Большой вклад в теорию процессов распространения импульсных сигналов, формирования обратного и попутного потоков в неоднородных цепях внесли отечественные ученые: В.А. Андреев, С.И. Баскаков, С.М. Верник, Г.В. Глебович, А.Д. Ионов, И.П. Ковалев, Э.Л. Портнов, А.А. Абрамов, В.Л. Бакинский, А.П. Осадчий, Н.И. Сосфенов, В.К. Спиридонов, И.В. Ляхов, В.Н. Семенов и другие. Большой вклад в разработку импульсного метода измерений внесли Б.П. Богданов, А.С. Воронцов, Г.В. Демьянченко, А.Я. Усиков, Г.М. Шалыт, П.А. Фролов, Н.А. Тарасов, И. Иванцов, В.М. Горохов, М.С. Былина, С.Ф. Глаголев, В.Б. Рудницкий и другие. За рубежом этой тематикой занимаются A. Clunie (Англия) M. Turvey, W. Blohm (Германия), Paul Smith, Cynthia Furse, John Pickerd, Kan Tan, Joe Rowell Joel Dunsmore, Les Brabetz (США), Bernardo Celaya de la Torre (Канада) и другие.

В нашей стране эксплуатируется значительное количество импульсных рефлектометров иностранного (Tektronix, Rise Bond, Hewlett Packard (США), Bicotest (Англия) и др.) и отечественного (ОАО «Стелл», ЗАО «Эрстед», ООО «Связьприбор», ООО «Аналитик-ТС») производства.

Проведенные в диссертации экспериментальные и теоретические исследования неоднородных КЦ позволили разработать рекомендации по исключению или уменьшению некоторых методических и инструментальных погрешностей и предложить новые методики измерения импульсным методом.

Цель и задачи диссертации.

Целью диссертации является расширение функциональных возможностей импульсного метода измерений и разработка методики количественной оценки параметров внутренних неоднородностей КЦ. Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:

1) построение математической модели неоднородной КЦ, позволяющей в частотной и временной областях теоретически исследовать процессы формирования обратного потока;

2) теоретическое и экспериментальное исследование существующей методики количественной оценки неоднородностей КЦ в частотной области и выявление ее недостатков;

3) экспериментальное исследование различных неоднородных КЦ импульсным методом во временной области и установление его пригодности для количественной оценки параметров внутренних неоднородностей;

4) разработка алгоритмов обработки сигнала обратного потока, позволяющих получить статистические характеристики распределения коэффициентов отражения от внутренних неоднородностей КЦ;

5) разработка макета измерительного устройства и программного обеспечения для количественной оценки внутренних неоднородностей КЦ.

Методы исследований.

При выполнении исследований были использованы теоретические методы математического анализа, имитационного моделирования, математической статистики и цифровой обработки сигналов, экспериментальные методы измерения параметров кабельных цепей в частотной и временной областях.

Научная новизна.

Основными результатами диссертации, обладающими научной новизной являются:

1) предложенная и разработанная математическая модель обратного потока на входе неоднородной КЦ в частотной и временной областях;

2) впервые предложенная и исследованная методика количественной оценки неоднородностей КЦ во временной области методом импульсной рефлектометрии;

3) впервые предложенный способ обработки сигнала обратного потока, позволяющий получить статистические характеристики распределения коэффициентов отражения от внутренних неоднородностей КЦ;

4) результаты экспериментальных исследований различных неоднородных КЦ, полученные с помощью предложенной методики.

Практическая ценность.

Разработана новая методика и устройство для количественной оценки параметров внутренних неоднородностей на основе импульсного метода измерений, позволяющая сравнивать качество различных кабелей, а также однотипных кабелей различных изготовителей.

Создано программное обеспечение для расширения функциональных возможностей существующих цифровых импульсных рефлектометров, совместимое с форматом записи отечественных приборов РЕЙС-205 и РИ-20М, позволяющее обрабатывать зарегистрированные рефлектограммы и получать статистические характеристики распределения внутренних неоднородностей КЦ.

Исследованы методические и инструментальные погрешности импульсных рефлектометров с несимметричным выходом при их подключении к симметричным КЦ, и разработаны практические рекомендации по их устранению или уменьшению.

Разработано и исследовано электронное устройство для подключения существующих рефлектометров с несимметричным выходом к симметричным КЦ.

Реализация и внедрение результатов исследований.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, математического моделирования, разработанные технические решения, программы и устройства используются разработчиками импульсных приборов: ЗАО «Эрстед» (Санкт–Петербург), ООО «Измерительная техника связи», (Санкт–Петербург). Они также могут быть использованы разработчиками импульсных приборов в следующих организациях: ЗАО «Стелл» (г. Брянск), ООО «Связьприбор» (г. Тверь), ООО «Аналитик-ТС» (г. Москва).

Результаты исследований используются организациями, строящими и эксплуатирующими кабельные линии связи: ОАО «Лентелефонстрой», ОАО «СЗТ», ЗАО «Связь-электро» (Санкт-Петербург).

Предложенные математические модели, алгоритмы и разработанное программное обеспечение использованы в научных исследованиях «ЛОНИИС», учебном процессе кафедры линий связи СПбГУТ и НОУ «Лентелефонстрой».

Апробация работы.

Основные положения диссертации обсуждались:





- на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГУТ в 2007 (2 доклада), 2008 (1 доклад), 2009 (2 доклада), 2010 (2 доклада), 2011 (1 доклад) годах,

- на Всероссийских конференциях «Современные технологии проектирования, строительства и эксплуатации линейно-кабельных сооружений» в 2008 (1 доклад), 2009 (2 доклада), 2010 (2 доклада) и 2011 (1 доклад) годах,

- на научно-технической конференции «Кабели и линии связи – 2010. Волоконно-оптические системы и сети широкополосного доступа», Санкт–Петербург, 2010 г. (1 доклад)

- на научно–технической конференции «Кабели и линии связи – 2010. Системный подход к проектированию, строительству и эксплуатации», г. Анапа, 2010 (2 доклада).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата, из них 2 статьи опубликованы в научно–технических журналах, включенных ВАК РФ в перечень изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук.

Получен патент на полезную модель № 97831 от 23.03.2010 «Устройство оценки количественных и статистических характеристик внутренних неоднородностей электрических кабелей».

Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 95 наименований. Диссертация содержит 144 страницы, 83 рисунка и 9 таблиц.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты экспериментальных исследований и теоретического анализа существующей методики количественной оценки неоднородностей в частотной области на основе предложенной математической модели обратного потока неоднородной КЦ.

2. Результаты многочисленных экспериментальных исследований неоднородных симметричных и коаксиальных КЦ импульсным методом, которые доказали, что в зарегистрированных рефлектограммах содержится количественная информация о распределении внутренних неоднородностей вдоль КЦ.

3. Результаты исследований современных отечественных рефлектометров, которые выявили инструментальные и методические погрешности измерений, и рекомендации для разработчиков импульсных приборов и программного обеспечения, а также измерителей, проводящих измерения в процессе строительства и эксплуатации линейно–кабельных сооружений.

4. Впервые предложенная методика количественной оценки параметров внутренних неоднородностей КЦ во временной области методом импульсной рефлектометрии, ее теоретическое обоснование с помощью математической модели неоднородной КЦ и математического моделирования обратного потока неоднородной КЦ.

5. Алгоритмы обработки сигнала обратного потока неоднородной КЦ, позволяющие получить статистические характеристики распределения коэффициентов отражения от внутренних неоднородностей КЦ.

6. Результаты исследований изготовленного макета устройства для количественной оценки внутренних неоднородностей кабельных цепей и разработанного для него программного обеспечения.

основное Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и основные задачи исследования, научная новизна, практическая значимость результатов работы и положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертационной работы посвящена анализу существующей методики оценки неоднородностей кабельных цепей в частотной области на основе предложенной математической модели неоднородной КЦ.

В основу модели неоднородной двухпроводной КЦ (рис. 1) положено представление о том, что реальную цепь можно представить состоящей из однородных участков длиной li с коэффициентами затухания , и фазы и волновыми сопротивлениями Zvi, а также из стыков (неоднородностей) с номерами от i=0 до N. Такая модель пригодна для описания неоднородной КЦ с сосредоточенными концевыми, стыковыми и внутренними неоднородностями. При моделировании внутренних неоднородностей задавались средняя длина l0 и номинальное волновое сопротивление Zv0 однородного участка, СКО этих величин. Параметры конкретных значений li и Zvi определялись с помощью генератора случайных чисел с нормальным законом распределения.

 Модель неоднородной линии и схема-4

Рис. 1. Модель неоднородной линии

и схема образования обратного и попутного потоков

При расчете напряжений обратного и попутного потоков каждую неоднородность для волны, распространяющейся в прямом и обратном направлениях, можно характеризовать коэффициентами отражения, и коэффициентами пропускания , , а также расстоянием до неоднородности .

Величины коэффициентов отражения и пропускания по длине кабеля являются следствием многих случайных факторов и могут рассматриваться как случайные функции расстояния. Они могут принимать положительные и отрицательные значения и характеризоваться распределением плотности вероятности.

Для кабелей сетей доступа и локальных вычислительных сетей (ЛВС) в частотной области нормируется величина обратного потока на частоте , описываемая параметром Return Loss (RL, возвратные потери):

,

где (,) – мощность и амплитуда напряжения в падающей волне, а (,) – то же в отраженной волне.

На основе предложенной модели неоднородной КЦ было получено выражение для комплексной амплитуды напряжения обратного потока от всех неоднородностей и для возвратных потерь на частоте :

,

где E – ЭДС синусоидального генератора согласованного с волновым сопротивлением КЦ.

Величина определяется суммарным эффектом от внутренних, стыковых и концевых неоднородностей. Минимальная величина возвратных потерь (3) нормируется для определенного диапазона частот.

Были проведены измерения возвратных потерь симметричных кабелей разных изготовителей, которые показали, что из зависимости трудно выделить вклад в обратный поток внутренних неоднородностей, которые определяют качество изготовления кабеля, ухудшение качества КЦ после прокладки, старения и воздействия внешних условий. Невозможно количественно оценить статистические характеристики распределения внутренних неоднородностей по длине КЦ. Это основной недостаток частотного метода.

Во второй главе исследуется возможность использования метода импульсной рефлектометрии для количественной оценки параметров внутренних неоднородностей КЦ.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.