[发明专利]一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法

说明书

本发明公开了一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法，在高斯脉冲发生器终端连接另一端为开路的线缆，用单片机和高速AD高速数据采样得到发射脉冲波形和反射回波波形，根据高斯波特性和线缆阻抗特性的检测，最终得到线缆的截止频率点。本发明采用幅值可调高斯波脉冲发生器，根据高斯脉冲在频域上衰减后仍为高斯波的这一特性，研究了线缆故障检测的方法，并独创性地利用频谱衰减程度来计算线缆的截止频率，实现了传输带宽测量。不但实现导线的断点或端点的检测，还能利用高斯波的频谱仍为高斯波的特性，不借助频谱分析工具的条件下，直接通过模拟量反映该导线的带宽。

技术领域

本发明涉及线缆带宽测试技术领域，具体的说，是一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法。

背景技术

时域反射法TDR原理是根据电磁波在传输线上传播时，终端阻抗不匹配而在传输线上造成的回波现象，其在电缆测长、故障定位等领域被广泛采用，在实际应用中易实现、精度较高。目前国外应用TDR技术在电缆故障检测中应用比较成熟，对电缆短路和断路故障检测效率较高，但价格昂贵，不适宜大规模推广。而国内的电缆故障检测技术相对落后，分辨率有待提高，线缆较短时存在盲区等问题，具有改进空间。目前使用TDR技术的电缆故障检测仪发射脉冲的选择上多选取矩形脉冲或者阶跃脉冲，但是陡峭的脉冲沿含有较多高频成分，回波会因为个频率分量衰减不一致产生畸变，将不利于反射点的判断，使测量结果产生偏差。

电信号在传输线传输过程中，确保有用信息不发生丢失和错误变化是传输线研究的主要内容。在高频条件下，频率升高，由于趋肤效应，电流向线缆表面集中愈发明显，线缆内部电流密度减小，从而电感减小，导致了特征阻抗减小。高频分量的衰减随之增大，因而会存在一个截止频率，在进行高频信息传输的创和，这个特征尤其重要，代表能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度，即带宽。研究传输线带宽的检测方法，将保证传输信号的波形特征，使有用信息不发生丢失和错误变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法，采用幅值可调高斯波脉冲发生器，根据高斯脉冲在频域上衰减后仍为高斯波的这一特性，研究了线缆故障检测的方法，并独创性地利用频谱衰减程度来计算线缆的截止频率，实现了传输带宽测量。不但实现导线的断点或端点的检测，还能利用高斯波的频谱仍为高斯波的特性，不借助频谱分析工具的条件下，直接通过模拟量反映该导线的带宽。

本发明通过下述技术方案实现：一种基于时域反射法TDR技术的线缆带宽测试方法，在高斯脉冲发生器终端连接线缆，所述线缆的另一端为开路，用单片机和高速AD采样得到发射脉冲波形和反射回波波形，根据高斯波特性和线缆阻抗特性的检测，最终得到线缆的截止频率点。

进一步地，为了更好的实现本发明，假设线缆上发射的电脉冲和反射的电脉冲之间的时间差为Δt，线缆断点或端点的距离为ΔL，线缆断点或端点的半脉冲宽度为Δx，线缆的阻抗特征截止频率为Δω；

所述线缆阻抗特性的检测具体包括以下步骤：

步骤F1：采用高速数据采集并记录线缆的发射波形的电压数据，形成数据列V₀，并通过比较找出其波形峰值电压A₀；

步骤F2：采用高速数据采集并记录线缆的反射回波的电压数据，形成数据列V’₀，并找出其波形峰值电压A’₀；

步骤F3：计算比例系数K＝A₀/A’₀，并将线缆所有反射回波的电压的数据分别乘以系数K，形成数据列V”₀；

步骤F4：求幅值差比例γ＝(V₀-V₀”)/V₀，当第一次出现γ＞29.3％时，对应的N_x·T_s即是Δt；其中N_x为Δt时间内采样次数，T_s为高速采样周期；