應用于通信網(wǎng)絡工程建設中的電纜測試儀的方案設計

引 言

通信電纜是信息交換的主要媒質(zhì)之一，在通信及計算機網(wǎng)絡工程建設和維護中，傳輸電纜線路的斷路、短路、混線等故障常常困擾著網(wǎng)絡建設和網(wǎng)絡維護人員。本文將介紹一種電纜測試儀，不僅可確定電纜線路中的斷路、短路、混線故障的性質(zhì)和故障點位置，而且能測試電纜的頻率特性，可完成電纜自動對線，解決人們在信息系統(tǒng)建設和維護中常常遇到的一些問題。

1 電纜測試儀的功能

根據(jù)信息系統(tǒng)建設和日常維護中經(jīng)常需要解決的問題，為該測試儀設計了以下幾個功能：1） 可測試網(wǎng)絡電纜的頻率特性，以確定傳輸系統(tǒng)的帶寬（傳輸速率） .2） 可實現(xiàn)網(wǎng)絡電纜的自動對線，該功能在大多數(shù)電纜的施工和維護中能大大提高效率和準確率。3） 可判斷線路的斷路故障性質(zhì)，并確定線路的斷點。4） 可判斷線路間的短路、混線故障并確定故障點。該測試儀的組成如圖1 所示。

圖1 電纜測試儀組成框圖

2 電纜測試儀的測試原理

2. 1 頻率特性

電纜的頻率特性是指電纜對傳輸信號的衰減隨信號頻率變化的特性。由于電纜芯線間存在分布電容和電感，其對正弦信號的衰減隨傳輸信號頻率的變化而變化，若在電纜的A 端注入幅度穩(wěn)定的不同頻率信號，在B 端測試經(jīng)過電纜傳輸后的與A 端頻率相對應的信號幅值，即可獲取電纜的頻率特性。

根據(jù)頻率合成器（如圖2 所示） 的工作原理，可知輸出頻率fo 與基準頻率f i 間的關系為：

式中M , N 為分頻器的分頻比。

圖2 頻率合成器框圖

由式（1） 可知，通過改變M , N 的值，圖1 中的頻率合成器可輸出不同間隔的與基準頻率相同穩(wěn)定度的頻率信號。fo 信號由輸出電路對其放大穩(wěn)幅，并由阻抗匹配接口電路注入電纜A 端；在電纜的B端，將經(jīng)過電纜傳輸后的信號接入輸入電路進行放大，并由APD（模P數(shù)） 轉換器轉換成數(shù)字信號送給單片機檢測處理。單片機一方面控制M , N 的大小，以達到輸出不同頻率的目的，另一方面向對方輸出握手聯(lián)絡同步信號2. 2 自動對線。

在線路的A 端注入直流信號，在B 端有唯一的一根導線能檢測到該信號，則A ,B 兩端連接的為同一根線；若在B 端有兩根以上的接入線能檢測到該信號，則在電纜的某處必有混線。若在B 端沒有一根接入線能檢測到該信號，則這根線在線路的某處必有斷點。

如圖1 所示。由單片機和專用電路控制的模擬開關，將直流測試信號分別接入A 端的不同測試線，在B 端通過單片機控制模擬開關接入點檢測該信號，A ,B 兩端通過主從信號同步控制（需要在電纜中找出一對信號線作為握手聯(lián)絡線） ,判斷并記錄各線對的通、短、斷、混線的對應情況。

2. 3 斷線定位

根據(jù)電纜制造結構的一致性，單位長度電纜分布電容的大小是相同的，因此測試電纜每對線間的分布電容，即可測得電纜線路的長度或電纜線對的斷點。

根據(jù)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)定時電路的工作原理，可知定時時間t 與定時元件R , C 的關系為：

式中t 為定時時間， R 為定時電阻的電阻值， C 為定時電容的電容值， k 為與電路有關的常數(shù)，一般取3~5.

由于定時時間與外接電容成線性關系，若在一個定時周期內(nèi)，對頻率f 的脈沖信號記數(shù)，則脈沖個數(shù)n 與t 的關系為：

將式（2） 代入式（3） ,得：

因此，可利用被測電容作為電路的定時元件，在一個定時周期內(nèi)對一個穩(wěn)定的基準頻率f 信號取樣記數(shù)，被測電容越大，則取樣時間越長，脈沖記數(shù)越多，脈沖個數(shù)能線性反映被測電容值。

若已知某電纜的單位長度電容為Cx （出廠時電纜檢驗合格證上有標注） ,所測得電容量為Cp ,則電纜長度為：

將式（4） 代入式（5） ,得：

如圖1 所示，定時電路可由555 集成電路為核心的電路組成，開關電路可由門電路組成，計數(shù)頻率信號是頻率合成器的輸出信號，可通過單片機來改變M , N 的值，達到改變測試量程的目的。定時信號在控制開關電路的同時，送入單片機，作為單片機計數(shù)中斷的中斷信號源。

2. 4 混線定位

線路混線時可用測量線路間的環(huán)路直流電阻的方法測試，根據(jù)每公里電纜芯線的電阻值，即可將測得的電阻值換算成混線點與測試點的距離。

但是當電纜芯線在電纜中間某處發(fā)生混線時，由于混線程度不同，接觸電阻大小不確定，是個未知數(shù)，因此，必須設法消除接觸電阻的影響。用兩次測量方法可消除接觸電阻的影響。

圖3 混線定位測試原理圖

如圖3 所示，設混線接觸電阻為R ,混線點與測試點A 端間的單根導線的線電阻為Rx ,測得的混線環(huán)阻為Ra ;與測試點B 端間的單根導線的線電阻為Ry ,測得的混線環(huán)阻為Rb ;則有：

由上式可得：

而Rx + Ry 為電纜全長的單根導線電阻，因此Rx 或Ry 可通過上式求出。根據(jù)電纜的每公里電阻值，可由Rx 或Ry 判斷混線點。

3 電纜測試儀的控制程序流程

系統(tǒng)首先進行初始化，然后按不同測試需求依據(jù)測試流程進行測試，測試結果在顯示器中顯示。

各部分的測試流程如圖4 所示。

圖4 測試系統(tǒng)控制程序流程圖

4 結束語

本文介紹的基于單片機控制的電纜測試儀可集成為便攜式的現(xiàn)場測試儀。通過理論分析和實驗證明，該測試儀能夠實現(xiàn)精確的測試，廣泛應用于通信網(wǎng)絡工程建設和維護。