Инновации в рефлектометрии и мостовых измерениях

«КАБЕЛЬ-news», № 3, 2011, www.kabel-news.ru

56

Р

ефлектометры и измерительные мосты ра-
ботают и в области связи и энергетики. Фи-
зически медь связи и медь силовых кабе-
лей однотипны. Причем если связь может 

уйти в оптику и эфир, то для энергетики мечты Ни-
колы Теслы о беспроводной передаче энергии пока 
несбыточны. Следовательно, «медным приборам» 
жить ещё долго. Конечно, часть из них требует из-
вестной специализации. Но есть приборы, которые 
«ложатся» на силовые кабели сразу. Пример — 
рефлектометры и мосты, которые используют оди-
наковый принцип для всех медных кабелей.

ИННОВАЦИИ ДЛЯ РЕФЛЕКТОГРАММ 

МЕДНЫХ КАБЕЛЕЙ

Известно об улучшении рефлектограмм медных 

кабелей за счёт подавления «лыжи». «Лыжа» — 
проблема для рефлектометров. Зондирующий им-
пульс заряжает кабель, смещая рефлектограмму 
вверх и маскируя дефект. С «лыжей» борются по-
разному — посылкой компенсирующего импульса 
обратной полярности или применением гибридной 

компенсирующей схемы, как это делает Acterna. 
Компания «Связьприбор» осуществляет компенса-
цию программными методами. Функция называет-
ся «антилыжа».

На рис. 1 показан рефлектометр Гамма на одном 

и том же кабеле с выключенной и включённой функ-
цией «антилыжа». Расположение маркеров иден-
тично. Измерительный маркер, отмеченный стрел-
ками на концах, стоит на подозрительном месте. В 
этом месте наблюдается какое-то невнятное изме-
нение. Идентифицировать его практически невоз-
можно. Вид рефлектограммы с исправленной «лы-
жей» принципиально лучше. Исчезла мёртвая об-
ласть после зондирующего импульса. Слабо раз-
личимый дефект кабеля теперь может быть чётко 
локализован. Немаловажно отметить, что внешний 
вид картинки привычен для измерителя и тип де-
фекта можно определить на основании предыду-
щего опыта.

Кроме того, есть интересные решения для реф-

лектометров класса «мастер». В проекте «РД Ма-
стер» прозвучало альтернативное предложение: 

Актуально

ÏÎÈÑÊ ÌÅÑÒ ÏÎÂÐÅÆÄÅÍÈÉ

Инновации 
в рефлектометрии 
и мостовых измерениях 

Сергей НИКОЛАЕВ,

 заместитель директора по науке и развитию компании «Связьприбор»

Рис. 1. Рефлектометр

                  «антилыжа» выключена  

             «антилыжа»

«КАБЕЛЬ-news», № 3, 2011, www.kabel-news.ru

57

создать более совершенный рефлектометр, ис-
пользующий классические методы измерений на 
базе новых технологий в приборостроении.

Прежде всего прибор должен обладать высо-

кими техническими характеристиками. Современ-
ные эксплуатируемые проводные линии, как пра-
вило, небольшой длины, имеют многочисленные 
повреждения, обладают значительным затухани-
ем и проложены рядом с источниками больших по-
мех (силовые кабели, выделенные линии HDSL, 
SHDSL, ADSL и т.п.). Необходимо, чтобы рефлекто-
метр позволял изменять в широких пределах диа-
пазон расстояний и длительность импульса (от 50 м 
до 30 км и от 8 нс до 16 мкс), быть способным раз-
личать малые расстояния (10—20 см) и детектиро-
вать повреждение практически в месте подключе-
ния измерительных проводов (мёртвая зона долж-
на быть минимальна). Кроме того, рефлектометр 
должен хорошо отстраиваться от помех и позволять 
работать на зашумлённых линиях с большим зату-
ханием.

Диапазон расстояний, длительность импуль-

са и разрешение — традиционные и наиболее по-
нятные пользователям параметры. Зачастую имен-
но по ним ориентируются при сравнении и приобре-
тении приборов. К сожалению, разрешающая спо-
собность трактуется по-разному. В одних случаях 
это минимальное расстояние между двумя точка-
ми рефлектограммы, в других — минимальное из-
менение длины кабеля, кото-
рую фиксирует прибор, в тре-
тьих — минимальное расстоя-
ние между двумя различимы-
ми дефектами. Производите-
ли иногда заявляют для раз-
решающей способности вели-
чину 2—3 мм. Вероятно, такие 
значения могут быть востре-
бованы для тестирования про-
водников печатных плат (при 
длительности импульса 0,1 нс 
или меньше) и аналогичных за-
дач. Однако оставим в стороне 
вопрос о практической ценно-
сти таких измерений на кабе-
ле, гораздо интереснее понять, 
за счёт чего они могут быть до-
стигнуты. Что здесь главное?

БОРЬБА С ШУМОМ

Дело в том, что рефлекто-

грамма является результатом 
усреднения многочисленных 
измерений времени — на от-
ражённый импульс каждый раз 

накладывается временная шкала (рис. 2). Данная 
шкала формируется эталонным генератором (квар-
цевым резонатором), и от неё зависит очень мно-
гое. Качество генератора обычно оценивается ста-
бильностью частоты и джиттером — величиной фа-
зовых дрожаний. Если шкала стабильна, то при-
бор фиксирует только те события, которые чётко 
попадают на метки временной шкалы (и не фикси-
рует происходящее между метками), но зато хоро-
шо подавляются помехи и шумы, поскольку на каж-

дую метку приходится очень много измере-

ний. Последнее позволяет расширить пе-

рекрываемое затухание и уверенно ра-

ботать на проблемных линиях, не опа-

саясь помех и шумов.

Для увеличения разрешения не-

которые производители уменьшают 

шаг временной шкалы. Наиболее 

просто — использовать генератор с 
большим джиттером. В этом случае 
шкала времени нестабильна («дёр-

гается»), и в отдельных измерени-

ях фиксируются события между мет-
ками основной шкалы. Это позволя-

ет после усреднения различать со-

бытия, расстояние между которы-

ми меньше основной шкалы. Раз-

решающая способность прибора 

увеличивается, но ценой «раз-

мазывания» формы регистри-

руемых импульсов.

Более корректный и слож-

ный (дорогой) путь — увели-

чение тактовой частоты или 

использование управляемых 

линий задержки одновремен-

Актуально

ÏÎÈÑÊ ÌÅÑÒ ÏÎÂÐÅÆÄÅÍÈÉ

Рис. 2. Борьба с шумом

«КАБЕЛЬ-news», № 3, 2011, www.kabel-news.ru

58

но с уменьшением длительно-
сти импульса. В этом случае 
форма импульсов отобража-
ется правильно. Короткий им-
пульс позволяет «разглядеть» 
мелкие детали.

Однако следует понимать, 

что при любом способе увели-
чения разрешающей способно-
сти соотношение сигнал/шум 
ухудшается. На каждую гра-
дацию временной шкалы при-
ходится меньше измерений, и 
для отстройки от помех и шу-
мов требуется всё больше вре-
мени. Оперативно работать на 
зашумлённых линиях с боль-
шим затуханием становится 
крайне сложно, а зачастую и 
невозможно. 

МОСТОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Инновация получила назва-

ние Resistance Fault Locator 
(RFL) — «Резистивный локатор 
утечки» (рис. 3). Что такое RFL — 
всё тот же хорошо известный 
мост постоянного тока? Чем он 
отличается от традиционных 
средств измерений? 

Слово resistance означает, что измерение рас-

стояния до места с пониженным сопротивлением 
изоляции основано на измерении постоянным то-
ком сопротивления жилы R1b до места утечки. 

Чтобы провести измерения, необходимо вклю-

чить участок с R1b в электрическую цепь. Для это-
го нужна неповреждённая обратная жила в кабеле.

Обратная жила играет роль измерительного про-

вода вольтметра для измерения падения напряже-
ния V на участке с R1b. По закону Ома:

Рис. 3. Резистивный локатор утечки

Техническая реализация 

(несмотря на очевидную про-
стоту идеи) достаточно слож-
на. 

Сопротивление изоля-

ции обратного провода долж-
но быть много больше сопро-
тивления исследуемой утеч-
ки. Вольтметр должен пока-
зывать напряжение именно на 
R1b. Если на обратном про-
воде плохая изоляция, то до 
вольтметра дойдёт неправиль-
ное значение напряжения. Для 
обеспечения точности изме-
рений R изоляции обратной 
жилы должно быть по край-
ней мере в 400 раз больше по-
вреждённой. 

Для высокоомных утечек 

такое правило выполнить до-
статочно сложно. Если ведёт-
ся поиск утечки в 50 МОм, не-
обходимо найти обратный 
провод с изоляцией не хуже 
20 ГОм. Это принципиальное 
ограничение локализации уте-
чек. 

Во-первых, ток через утечку 

в 50 МОм от источника 400 В 
составляет всего 8 мкА. Для 

обеспечения точности 0,1% его необходимо изме-
рять с разрешением не ниже 8 нА. Падение напря-
жения на участке медной жилы диаметром 1,2 мм и 
длиной 1 км составляет всего 130 мкВ. Это напря-
жение необходимо измерять с точностью не ниже 
0,15 мкВ.

Во-вторых, измерения необходимо проводить 

на линиях, в которых всегда есть помехи, зачастую 
превышающие уровень полезного сигнала. Процес-
сы, как правило, нестабильны, и все измерения не-
обходимо проводить одновременно.

Раньше для решения этих проблем повреждён-

ная жила включалась в схему классического моста 
(Муррея или Варлея). Мост уравновешивался, что 

позволяло достичь достаточной чувстви-
тельности метода и защиты от помех. В со-
временных методах этого эффекта дости-
гают за счёт применения многоразрядного 
АЦП и цифровой обработки сигнала. При-
чём классические мостовые методы инте-
грированы в один измерительный процесс. 
Это, в частности, позволяет уверенно ло-
кализовать в силовой распределительной 
сети повреждения изоляции до 20 МОм. Та-
кое под силу только современным RFL. 

Актуально

ÏÎÈÑÊ ÌÅÑÒ ÏÎÂÐÅÆÄÅÍÈÉ