實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>
使用示波器測(cè)量電線或?qū)Ь€的長(zhǎng)度。
實(shí)驗(yàn)原理
時(shí)域反射計(jì)(Time-domain reflectometer or TDR)是一種通過觀察導(dǎo)線中反射回來的波形從而對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)量的電子儀器。
時(shí)域反射計(jì)的一個(gè)用處是可以用來測(cè)量電纜(雙絞線、同軸電纜)的長(zhǎng)度。
(資料圖片僅供參考)
時(shí)域反射計(jì)大概長(zhǎng)這樣:
時(shí)域反射計(jì)
我們可以利用上一個(gè)實(shí)驗(yàn)自制快速邊沿脈沖發(fā)生器中制作的脈沖發(fā)生器和一臺(tái)示波器組成一套便宜的時(shí)域反射計(jì)設(shè)備,來測(cè)量導(dǎo)線的長(zhǎng)度。
下面我們講一下使用 TDR 測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)度的原理:
時(shí)域反射計(jì)原理
向未知長(zhǎng)度的電纜的一頭發(fā)射一個(gè)高速邊沿脈沖信號(hào),該信號(hào)會(huì)沿著該電纜向另一頭傳播(propagation ), 如果電纜的另一頭是斷開的,信號(hào)會(huì)在到達(dá)終點(diǎn)后反射(reflection)回來,回到出發(fā)點(diǎn),使用示波器測(cè)量信號(hào)從發(fā)射到反射回來的時(shí)間差,可以計(jì)算出電纜的長(zhǎng)度。
導(dǎo)線或者電纜只是傳輸能量的,導(dǎo)線本身并不消耗能量或者近似于不損耗能量。當(dāng)射頻信號(hào)到達(dá)導(dǎo)線末端,能量沒有辦法釋放,就會(huì)沿著導(dǎo)線反傳回來。就跟我們對(duì)著墻喊,聲音碰到墻反傳回來產(chǎn)生回音一個(gè)道理。
計(jì)算電纜長(zhǎng)度的公式如下:
長(zhǎng)度計(jì)算公式
L = 電纜長(zhǎng)度,單位:米。
Δt = 信號(hào)從發(fā)射到反射回來的時(shí)間差,單位:秒。
C = 光速,單位:米/秒。
VF = 線纜速度因子,常量,無單位。
電信號(hào)在電纜中的速度無法達(dá)到理論上的光速,光速與電信號(hào)在電纜中實(shí)際速度之比稱為速度因子(Velocity Factor or Velocity of Propagation)??s寫:VF 或者 VOP。
對(duì)于同軸電纜來說,同軸電纜的速度因子(VF)因電介質(zhì)材料的不同而不同,列舉如下:
電介質(zhì)材料 | 速度因子 |
Solid Polyethylene or PE(實(shí)心聚乙烯) | 0.659 |
Foam Polyethylene or FE(泡沫聚乙烯) | 0.800 |
Air Space Polyethylene or ASP | 0.842 |
Foam Polystyrene or FS(泡沫聚苯乙烯 ) | 0.910 |
Solid Teflon or ST(實(shí)心特氟綸或者聚四氟乙烯) | 0.69-0.70 |
Air Space Teflon or AST | 0.850-0.900 |
同軸電纜示意圖
實(shí)驗(yàn)器材
快速邊沿脈沖發(fā)生器小板
支持 10 納秒或更小時(shí)基的示波器一臺(tái)
5V 直流電源
待測(cè)試電纜
BNC 轉(zhuǎn)接頭
脈沖發(fā)生器小板
BNC 三通轉(zhuǎn)接頭 一公轉(zhuǎn)母
BNC 轉(zhuǎn)接頭 公轉(zhuǎn)公
BNC 母頭轉(zhuǎn)2位雙絞線壓接頭
我們分別測(cè)試兩種線纜的長(zhǎng)度:
BNC 延長(zhǎng)線
0.75平方 300/500V 電線
實(shí)驗(yàn)步驟
測(cè)試 BNC 延長(zhǎng)線長(zhǎng)度
將脈沖發(fā)生器和 BNC 轉(zhuǎn)接頭按如下方式連接:
連接信號(hào)小板和轉(zhuǎn)接頭
2. 將小板插入示波器,待測(cè) BNC 延長(zhǎng)線插入三通頭,上電:
測(cè)試 BNC 延長(zhǎng)線長(zhǎng)度
3. 截取波形,使用示波器光標(biāo)測(cè)量功能測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差:
測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)的時(shí)間差
從上面波形截圖中可以看到,發(fā)射信號(hào)和反射回來的信號(hào)時(shí)間差為 16 納秒,套入公式計(jì)算:
計(jì)算電纜長(zhǎng)度
上面我們計(jì)算出的線纜長(zhǎng)度為 1.51 米,我的這根線的實(shí)際長(zhǎng)度為 1.5 米。
1. 換一個(gè)接頭測(cè)量 0.75 平方電線的長(zhǎng)度:
換一個(gè)接頭測(cè)量 0.75 平方電線的長(zhǎng)度
2. 波形如下:
測(cè)量0.75平方電線長(zhǎng)度波形
從上面波形截圖中可以看到,發(fā)射信號(hào)和反射回來的信號(hào)時(shí)間差為 61.2 納秒,套入公式計(jì)算:
計(jì)算電線長(zhǎng)度
上面我們計(jì)算出的線纜長(zhǎng)度為 5.504 米,我的這根線的實(shí)際長(zhǎng)度為 5.5 米。
如果不知道某種線纜的速度因子,可以用一條已知長(zhǎng)度的線纜,通過以下公式求出:
求速度因子的公式
VF = 線纜速度因子,常量,無單位。
L = 線纜長(zhǎng)度,單位:米。
Δt = 信號(hào)從發(fā)射到反射回來的時(shí)間差,單位:秒。
C = 光速,單位:米/秒。
本文來源:飛多學(xué)堂
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