Устройство для измерения длины линии передачи данных

Устройство для измерения длины линии передачи данных

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении электрических средств измерения параметров двухпроводных линий передачи данных. Устройство содержит блоки приема и выдачи линейного сигнала, подключенные к противоположным сторонам проверяемой линии передачи данных. Блок приема включает в себя микрокомпьютер, генератор импульсов, линейный приемник, согласующий резистор, счетчик, формирователь импульса и блок регистрации формы сигнала. В состав блока выдачи входят линейный передатчик и формирователь импульса. Устройство дополнительно содержит первый и второй телевизионные приемники, причем их выходы кадровой синхронизации соединены с входами синхронизации блоков приема и выдачи линейного сигнала. При работе устройства используются тестовые сигналы, представленные перепадами напряжения. При этом работа осуществляется в однонаправленном режиме, исключающем влияние отражений. Устройство имеет расширенный диапазон измерения. 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительным устройствам, использующим электрические средства для измерения длины линии передачи данных (кабеля).

Известно устройство [1] для измерения длины линии передачи данных, использующее метод рефлектометрии, основанный на посылке в линию зондирующего и приеме отраженного импульсов. Это устройство содержит генератор зондирующего импульса, приемник отраженного импульса, микрокомпьютер, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти и два усилителя. Выход генератора зондирующего импульса соединен с входом приемника отраженного импульса и подключен к проверяемой линии. Микрокомпьютер соединен с генератором зондирующего импульса, приемником отраженного импульса, аналого-цифровым преобразователем, блоком памяти и усилителями.

Недостатком устройства [1] является небольшой диапазон длин измеряемых линий. Это связано с тем, что, с одной стороны, короткий зондирующий импульс не может преодолеть достаточно длинную линию и вернуться обратно - он сильно затухает и не может быть надежно распознан на фоне шумов. С другой стороны, с увеличением длительности зондирующего импульса диапазон длин измеряемых линий расширяется, но быстро входит в насыщение. Это обусловлено тем, что длительность зондирующего импульса становится соизмеримой с временем его распространения к удаленному концу линии и обратно. В результате получаемые рефлектограммы становятся непригодными для надежного распознавания отраженного импульса на фоне зондирующего из-за их интерференции и влияния других факторов.

Экспериментально установлено, что рефлектометрический метод измерения длины стандартного телефонного кабеля типа TПП-0,5 (представляющего набор витых пар проводов с диаметром медной жилы 0,5 мм) не позволяет работать на дистанциях, превышающих 4 км, что явно не достаточно для практических целей (когда необходим диапазон, измеряемый десятками километров).

Известно устройство [2] для измерения длины линии передачи данных, содержащее блоки приема и выдачи линейного сигнала, подключенные к противоположным сторонам проверяемой линии передачи данных, блок приема линейного сигнала содержит микрокомпьютер, генератор импульсов, линейный приемник и согласующий резистор, блок выдачи линейного сигнала содержит линейный передатчик, первый и второй выходы которого соединены через проверяемую линию передачи данных с согласующим резистором и с первым и вторым входами линейного приемника.

Определение длины линии устройством [2] проводится по следующей методике. К удаленному концу линии подключается источник сигнала с заранее известным выходным уровнем. Чем длиннее линия, тем больше затухание сигнала. Принятый (ослабленный) сигнал усиливается до некоторого заданного уровня. Чем сильнее ослаблен сигнал, тем больше он усиливается. Таким образом, требуемый коэффициент усиления пропорционален длине линии. Зная величину удельного затухания сигнала в линии и требуемый коэффициент усиления, можно вычислить длину линии.

Недостатком устройства [2] является относительно небольшой диапазон измерения длины. Методика измерений предполагает, что установлена устойчивая связь между блоками выдачи и приема линейного сигнала. При этом уровень выходного напряжения блока выдачи линейного сигнала должен быть достаточно низким, чтобы не создавать помех в соседних линиях кабеля. Поэтому если достигнут некоторый предел дальности, устойчивость связи теряется, устройство теряет работоспособность.

Цель изобретения - увеличение диапазона измерения.

Цель достигается тем, что устройство для измерения длины линии передачи данных, содержащее блоки приема и выдачи линейного сигнала, подключенные к противоположным сторонам проверяемой линии передачи данных, блок приема линейного сигнала содержит микрокомпьютер, генератор импульсов, линейный приемник и согласующий резистор, блок выдачи линейного сигнала содержит линейный передатчик, первый и второй выходы которого соединены через проверяемую линию передачи данных с согласующим резистором и с первым и вторым входами линейного приемника, дополнительно содержит первый и второй телевизионные приемники, первый и второй выходы кадровой синхронизации первого и второго телевизионных приемников соединены с первым и вторым входами синхронизации блоков приема и выдачи линейного сигнала, блок приема линейного сигнала дополнительно содержит счетчик, первый формирователь импульса и блок регистрации формы сигнала, выход первого формирователя импульса соединен с входом установки нуля счетчика и с первым входным портом микрокомпьютера, первый выход генератора соединен с входом синхронизации счетчика, второй выход генератора соединен с первым входом блока регистрации формы сигнала, второй и третий входы которого соединены с первым и вторым выходными портами микрокомпьютера, четвертый и пятый входы блока регистрации формы сигнала соединены с входами линейного приемника, группа выходов блока регистрации формы сигнала соединена с вторым входным портом микрокомпьютера, выходы счетчика соединены с третьим входным портом микрокомпьютера, вход остановки работы счетчика соединен с выходом линейного приемника и с четвертым входным портом микрокомпьютера, первый и второй входы синхронизации блока приема линейного сигнала соединены соответственно с шиной нулевого потенциала блока и с входом первого формирователя импульса, блок выдачи линейного сигнала дополнительно содержит второй формирователь импульса, выход которого соединен с входом линейного передатчика, первый и второй входы синхронизации блока выдачи линейного сигнала соединены соответственно с шиной нулевого потенциала блока и с входом второго формирователя импульса.

При этом блок регистрации формы сигнала содержит блок памяти, аналого-цифровой преобразователь и мультиплексор, входы данных мультиплексора являются первым и вторым входами блока регистрации формы сигнала, управляющий вход мультиплексора соединен с входом разрешения работы аналого-цифрового преобразователя и является третьим входом блока регистрации формы сигнала, четвертый и пятый входы этого блока соединены с сигнальными входами аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами данных блока памяти, выходы которого являются группой выходов блока регистрации формы сигнала, выход мультиплексора соединен с входом синхронизации блока памяти и с входом пуска аналого-цифрового преобразователя.

Блок выдачи линейного сигнала в другом варианте исполнения дополнительно содержит делитель частоты, выход которого соединен с входом второго формирователя импульса, а вход является вторым входом синхронизации этого блока.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, поясняющая принцип синхронизации его блоков от общего источника - телецентра; на фиг.2 - функциональная схема устройства, раскрывающая структуру его блоков, на фиг.3 - 5 - временные диаграммы работы устройства при разных вариантах расположения его блоков относительно телецентра, на фиг.6 - временные диаграммы работы блока 1 приема линейного сигнала, на фиг.7 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия блока 30 регистрации формы сигнала, на фиг. 8 - вариант построения блока 2 выдачи линейного сигнала.

Устройство для измерения длины линии передачи данных (фиг.1) содержит блоки приема 1 и выдачи 2 линейного сигнала, подключенные к противоположным сторонам проверяемой линии 3 передачи данных, выполненной витой парой проводов. Длина линии 3 может составлять, например, 20 км. Первый 4 и второй 5 линейные входы блока 1 соединены через линию 3 с первым 6 и вторым 7 выходами блока 2.

Устройство также содержит первый 8 и второй 9 телевизионные приемники с соответствующими антеннами 10 и 11, принимающими сигнал от телецентра 12 с некоторой разностью 13 хода радиоволн. Первый 14 и второй 15 выходы кадровой синхронизации первого 8 телевизионного приемника соединены с первым 16 и вторым 17 входами синхронизации блока 1 коротким кабелем 18. Первый 19 и второй 20 выходы кадровой синхронизации второго 9 телевизионного приемника соединены с первым 21 и вторым 22 входами синхронизации блока 2 коротким кабелем 23. Длина кабелей 18 и 23 может составлять, например, несколько метров.

Блок 1 приема линейного сигнала (фиг.2) содержит микрокомпьютер 24, генератор 25 импульсов, линейный приемник 26, согласующий резистор 27, счетчик 28, первый 29 формирователь импульса и блок 30 регистрации формы сигнала.

Выход первого 29 формирователя импульса соединен с входом 31 установки нуля счетчика 28 и с первым входным портом 32 микрокомпьютера 24, первый выход 33 генератора 25 соединен с входом 34 синхронизации счетчика 28, второй выход 35 генератора 25 соединен с первым входом 36 блока 30 регистрации формы сигнала, второй 37 и третий 38 входы которого соединены с первым 39 и вторым 40 выходными портами микрокомпьютера 24, четвертый 41 и пятый 42 входы блока 30 регистрации формы сигнала соединены с входами линейного приемника 26, с резистором 27 и являются линейными входами 5 и 4 блока 1.

Группа выходов 43 блока регистрации формы сигнала соединена с вторым входным портом 44 микрокомпьютера 24, выходы 45 счетчика 28 соединены с третьим входным портом 46 микрокомпьютера 24, вход 47 остановки работы счетчика соединен с выходом линейного приемника 26 и с четвертым входным портом 48 микрокомпьютера 24, первый 16 и второй 17 входы синхронизации блока 1 соединены соответственно с шиной 49 нулевого потенциала этого блока и с входом первого 29 формирователя импульса.

Блок 30 регистрации формы сигнала содержит блок памяти 50, аналого-цифровой преобразователь 51 и мультиплексор 52, входы данных мультиплексора являются первым 36 и вторым 37 входами блока 30, управляющий вход мультиплексора соединен с входом 53 разрешения работы аналого-цифрового преобразователя и является третьим входом 38 блока 30, четвертый 41 и пятый 42 входы этого блока соединены с сигнальными входами аналого-цифрового преобразователя 51, выходы которого соединены с входами данных блока памяти 50, выходы которого являются группой выходов 43 блока 30, выход мультиплексора 52 соединен с входом 54 синхронизации блока памяти и с входом 55 пуска аналого-цифрового преобразователя 51.

Блок 2 выдачи линейного сигнала содержит линейный передатчик 56 и второй 57 формирователь импульса. Выходы передатчика 56 являются первым 6 и вторым 7 выходами блока 2. Вход передатчика 56 соединен с выходом второго 57 формирователя импульса. Первый 21 и второй 22 входы синхронизации блока 2 выдачи линейного сигнала соединены соответственно с шиной 58 нулевого потенциала блока и с входом второго 57 формирователя импульса.

На фиг.3 представлены временные диаграммы работы устройства, соответствующие равному удалению телевизионных приемников 8 и 9 от телецентра 12. Диаграммы 59 и 60 отображают синфазные кадровые синхроимпульсы, формируемые соответственно телевизионными приемниками 8 и 9. Диаграммы 61 и 62 соответствуют сигналам на выходах передатчика 56 блока 2 и входах приемника 26 блока 1 Диаграмма 63 отображает сигнал на выходе формирователя 29 импульса блока 1.

На фиг.4 представлены временные диаграммы работы устройства, соответствующие разному удалению телевизионных приемников 8 и 9 от телецентра 12 Предполагается, что телевизионный приемник 8 расположен ближе к телецентру 12, чем телевизионный приемник 9. Диаграммы 64 и 65 отображают смещенные по фазе кадровые синхроимпульсы, формируемые соответственно телевизионными приемниками 8 и 9. Диаграммы 66 и 67 соответствуют сигналам на выходах передатчика 56 блока 2 и входах приемника 26 блока 1. Диаграмма 68 отображает сигнал на выходе формирователя 29 импульса блока 1.

На фиг.5 представлены временные диаграммы работы устройства, соответствующие разному удалению телевизионных приемников 8 и 9 от телецентра 12. Предполагается, что телевизионный приемник 9 расположен ближе к телецентру 12, чем телевизионный приемник 8. Диаграммы 69 и 70 отображают смещенные по фазе кадровые синхроимпульсы, формируемые соответственно телевизионными приемниками 8 и 9. Диаграммы 71 и 72 соответствуют сигналам на выходах передатчика 56 блока 2 и входах приемника 26 блока 1. Диаграмма 73 отображает сигнал на выходе формирователя 29 импульса блока 1.

На фиг. 6 представлены временные диаграммы работы блока 1 приема линейного сигнала. Диаграмма 74 соответствует сигналу на выходе формирователя 29 импульса блока 1. Диаграммы 75 и 76 отображают сигналы на выходах 33 и 35 генератора 25 импульсов. Диаграммы 77 и 78 соответствуют сигналам на входах приемника 26 и на его выходе.

Временные диаграммы 79 и 80 (фиг.7) поясняют принцип действия блока 30 регистрации формы сигнала и отображают сигналы на входе 54 синхронизации блока памяти 50 (диаграмма 79) и на входах 41 и 42 аналого-цифрового преобразователя 51 (диаграмма 80).

На фиг.8 представлен вариант построения блока 2 выдачи линейного сигнала Этот блок дополнительно содержит делитель 81 частоты, выход которого соединен с входом формирователя 57 импульса, а вход является вторым 22 входом синхронизации этого блока.

Ниже рассмотрена работа составных частей устройства.

Телевизионные приемники 8 и 9 (предпочтительно портативные, однотипные) представляют собой стандартную аппаратуру широкого потребления с доработкой, которая состоит в следующем. Из блока кадровой развертки через развязывающий элемент, например КМОП-усилитель, выводятся кадровые синхроимпульсы, которые и процессе измерений передаются по кабелю 18 (23) в блок 1 (2). Перед началом измерений телевизионные приемники отключаются от блоков 1 и 2, помещаются рядом, настраиваются на прием одной и той же программы и калибруются так, чтобы свести к минимуму разность фаз между кадровыми синхроимпульсами (см. совпадающие по фазе сигналы на диаграммах 59 и 60, фиг.3). В процессе измерений телевизионные приемники также настроены на прием одной и той же программы, что обеспечивает синхронную работу блоков 1 и 2.

Генератор импульсов 25 выполнен по схеме с кварцевой стабилизацией частоты и формирует на выходах 33 и 35 непрерывную последовательность импульсов со скважностью, равной двум (см. соответствующие временные диаграммы 75 и 76, приведенные на фиг.6).

Частота сигнала на выходе 33 генератора определяет шаг квантования при регистрации интервала времени между фронтами сигналов с выхода формирователя 29 импульса и с выхода приемника 47. Эта частота может составлять, например, 100 МГц. Частота сигнала на выходе 35 генератора задает число точек, по которым воспроизводится форма сигнала (для распознавания начала фронта) после его прохождения по линии (см фиг.7) и может составлять, например, 40 кГц.

Счетчик 28 прибавляет единицу к текущему содержимому по фронту сигнала CL на входе 34 при условии, что R=1 и STOP=0. При R=1 и STOP=1 счет останавливается, т. е. прекращается прибавление единиц к содержимому счетчика. При R= 0 счетчик устанавливается в нуль независимо от состояния сигналов на других входах.

Линейный передатчик 56 имеет низкое выходное сопротивление. При переключении передатчика напряжение между его выходами меняет знак. Длительность фронта выходного сигнала передатчика может быть преднамеренно увеличена до некоторого заданного значения (которое учитывается в окончательных расчетах длины линии 3), а его форма сглажена, чтобы уменьшить перекрестные помехи, наводимые на соседние линии кабеля. В дальнейшем для упрощения изложения предполагается, что длительность фронта сигнала на выходах передатчика 56 пренебрежимо мала.

Линейный приемник 26 выполняет функции компаратора и регистрирует моменты смены полярности входного напряжения. Резистор 27 имеет сопротивление, большее или соответствующее волновому сопротивлению линии.

Блок 30 регистрации формы сигнала при наличии разрешения (лог. 1) с выхода 40 микрокомпьютера 24 постоянно отслеживает "недавнюю предысторию" напряжения между точками 4 и 5 линии 3. Это позволяет расчетным путем с приемлемой точностью определить момент начала фронта поступившего из блока 2 сигнала. Блок 30 содержит блок 50 памяти, аналого-цифровой преобразователь 51 и мультиплексор 52.

Блок памяти 50 работает по принципу конвейера. Под действием фронта сигнала CL на входе 54 синхронизации очередной код с выходов аналого-цифрового преобразователя 51 записывается в начало "конвейера". В то же время в результате продвижения данных по "конвейеру" на его выход 43 пересылается очередной код, соответствующий наиболее давней предыстории. Длина "конвейера" может составлять, например, 256 ячеек. При отсутствии динамики сигнала CL содержимое блока памяти 50 остается неизменным.

Аналого-цифровой преобразователь 51 работает при наличии статического сигнала разрешения EN= 1 на входе 53. Пуск очередного цикла преобразования происходит при поступлении сигнала синхронизации CL на вход 55.

Мультиплексор 52 при С=1 передает на выход сигнал с входа 36; при С=0 на выход передается сигнал с входа 37.

Формирователи импульса 29 и 57 срабатывают по фронтам входных сигналов и выдают на выходы импульсы длительностью около 10 мс.

Делитель частоты 81 (фиг.8) позволяет уменьшить частоту входных кадровых синхроимпульсов (50 Гц) до любого желаемого уровня (вплоть до долей герца), что снижает частоту помех, которые могут наводиться на соседние линии кабеля в процессе измерений.

Далее рассмотрена работа устройства.

В процессе измерений блок 2 (фиг.1) выдает в проверяемую линию 3 перепады уровней напряжения в виде низкочастотного периодического сигнала частотой 50 Гц или ниже, вплоть до долей герца. Блок 1 регистрирует время между поступлением тестового сигнала (перепада уровней напряжения) из линии 3 и ближайшим предшествующим кадровым синхроимпульсом, полученным по кабелю 18. Согласованная работа блоков 1 и 2 обеспечивается благодаря общему источнику синхронизации - телецентру 12.

Длина L проверяемой линии вычисляется по известной формуле L=V_LТ_L, где V_L - скорость распространения сигнала в линии передачи данных; T_L - время распространения сигнала от начала до конца линии (или в обратном направлении).

При этом V_L=с/k, где с - скорость света в вакууме; k - так называемый "коэффициент укорочения", показывающий, во сколько раз скорость света в вакууме превосходит скорость распространения сигнала по кабелю (например, для кабеля типа ТПП-0,5 k=1,52).

Таким образом, для вычисления длины линии необходимо знать время T_L распространения сигнала от ее начала до конца. Оно может быть получено проведением двух измерений с усреднением результатов.

Первое измерение T_L проводится при некотором фиксированном положении устройства относительно проверяемой линии и телецентра, например показанном на фиг.1. При этом за счет разности хода 13 радиоволн кадровый синхроимпульс в кабеле 23 отстает от кадрового синхроимпульса в кабеле 18 на некоторый промежуток времени Т_D, так что вместо "истинного" значения T_L получим искаженное, равное T_L+Т_D, поскольку отсчет времени начинается еще до того, как в линию выдан тестовый сигнал.

Второе измерение T_L проводится при "зеркальном" положении устройства относительно проверяемой линии (при этом описанная в формуле изобретения конфигурация устройства остается неизменной). Иными словами, аппаратура, подключенная к противоположным концам линии, меняется местами. Поэтому разность хода 13 радиоволн создает ошибку измерения той же величины, но противоположного знака, и вместо "истинного" значения T_L получим искаженное, равное T_L-Т_D.

Усредняя результаты первого и второго измерений, получим "истинное" значение времени распространения сигнала от начала линии до ее конца: (T_L+Т_D+T_L-Т_D)/2=T_L.

Рассмотрим работу устройства более подробно.

Предположим сначала, что телевизионные приемники 8 и 9 находятся на одинаковом расстоянии от телецентра 12. В этом случае разность 13 хода радиоволн, попадающих в антенны 10 и 11, отсутствует, кадровые синхроимпульсы передаются по кабелям 18 и 23 синхронно и синфазно, см. диаграммы 59 и 60 на фиг.3. Такая ситуация может соответствовать случаю, когда пара двухпроводных линий одного и того же кабеля искусственно замкнута в петлю, ее начало ("ближние" два провода) и конец ("дальние" два провода) распаяны на одной кросс-панели, телевизионные приемники 8 и 9 установлены на одном столе.

В момент t₀ (см. фиг.3) по фронту кадровых синхроимпульсов срабатывают формирователи 29 и 57 (см. фиг.2). В блоке 1 по фронту сигнала с выхода формирователя 29 (диаграмма 63) запускаются "часы" - счетчик 28. Напряжение между выходами 6 и 7 (диаграмма 61) передатчика 56 изменяет полярность (здесь и далее задержками элементов пренебрегаем), перепад напряжения начинает распространяться по линии 3.

В момент t₁ перепад напряжения достигает противоположного конца линии. При этом фронт сигнала заметно "размывается", что условно показано наклонным участком временной диаграммы 62, соответствующей сигналу на входах приемника 26. Амплитуда сигнала может значительно уменьшиться. Приемник 26 работает в режиме компаратора и срабатывает (останавливая счетчик 28) лишь в момент смены полярности входного сигнала, т.е. с опозданием по отношению к началу фронта. Однако, как будет показано далее, благодаря своеобразному "самописцу" на основе блока 30, можно "вернуться" к началу фронта и внести соответствующую поправку в "показания часов", т.е. в код, считанный микрокомпьютером 24 с выходов счетчика 28. В результате вычисляются момент t₁ и искомое время T_L распространения сигнала по линии (в нашем примере - по петле).

Предположим теперь, что, как показано на фиг.1, телевизионный приемник 8 (и соответствующая аппаратура - блок 1 и кабель 18) расположен ближе к телецентру 12, чем приемник 9. Тогда кадровый синхроимпульс в кабеле 18 будет опережать импульс в кабеле 23 на некоторое время T_D (см. фиг.4, диаграммы 64 и 65). Счетчик 28 начинает отсчет времени в момент t₀ по фронту импульса на выходе формирователя 29 (диаграмма 68). В момент t₁ передатчик 56 изменяет полярность напряжения на выходах 6 и 7 (диаграмма 66). В момент t₂ начало "размытого" фронта ослабленного линейного сигнала достигает приемника 26. Этот момент, как отмечалось, регистрируется косвенно (подробности описаны далее), в результате фиксируется некоторое значение Т_M=T_L+T_D (напомним, что T_L - "истинное" время распространения сигнала от начала до конца линии).

Предположим, наконец, что аппаратуру, подключенную к противоположным сторонам линии, поменяли местами. Эта ситуация сопровождается временными диаграммами, приведенными на фиг.5. Теперь сначала (в момент t₀, по фронту импульса в кабеле 23, диаграмма 70) срабатывает передатчик 56 (диаграмма 71), а затем, (через интервал времени Т_D, в момент t₁ по фронту импульса в кабеле 18, диаграмма 69) пускается формирователь 29 (диаграмма 73) и начинается отсчет времени до момента t₂ начала фронта принимаемого сигнала (диаграмма 72). В результате фиксируется новое значение Т_M=T_L-T_D. Усредняя это значение с предыдущим (Т_M=T_L+Т_D), получим "истинное" время T_L распространения сигнала от начала до конца линии, что и требовалось.

Далее более подробно рассмотрена работа блока 1 (фиг.2).

В исходном состоянии, до момента t₀ (фиг.6), на выходе формирователя 29 импульса присутствует сигнал лог. 0 (диаграмма 74), который удерживает счетчик 28 в нулевом состоянии. (На диаграмме 74 показан лишь фрагмент низкочастотного периодического сигнала низкой частоты, равной 50 Гц или меньшей). Микрокомпьютер 24 находится в режиме ожидания перехода этого сигнала в состояние лог. 1. На выходах 33 и 35 генератора 25 формируются сигналы, приведенные на диаграммах 75 и 76. На выходе 40 микрокомпьютера 24 присутствует сигнал лог. 1, разрешающий работу аналого-цифрового преобразователя 51. Этот же сигнал настраивает мультиплексор 52 на передачу сигналов с входа 36. Таким образом, аналого-цифровой преобразователь 51 и блок памяти 50 непрерывно (с частотой дискретизации, определяемой сигналом на выходе 35 генератора 25) отслеживают "новейшую предысторию" состояния сигнала на входах приемника 26. "Выдвигаемая" из блока памяти 50 информация не воспринимается портом 44 микрокомпьютера 24 и теряется (как ненужная). На выходе 39 микрокомпьютера 24 сформирован сигнал лог. 0.

В момент t₀ формирователь 29 импульса выдает сигнал лог. 1, который разрешает работу счетчика 28. Микрокомпьютер 24, получив этот сигнал на вход 32, принимает к сведению факт начала цикла измерений и переходит к ожиданию его завершения, которое, как будет показано далее, сопровождается формированием сигнала лог. 1 на его входе 48.

В момент t₁ перепад напряжения, сформированный передатчиком 56, в ослабленном виде достигает приемника 26. При этом фронт сигнала заметно "размывается", что условно показано наклонным участком временной диаграммы 77, соответствующей сигналу на входах приемника 26. Приемник (компаратор) 26 срабатывает в момент t₂ смены полярности сигнала на его входах (диаграмма 78).

Сигнал STOP= 1 с выхода приемника 26 останавливает накопление единиц в счетчике 28, так что в нем фиксируется некоторый промежуток времени T_R, выраженный в условных единицах - периодах сигнала на выходе 33 генератора 25. Сигнал с выхода приемника 26 поступает также на вход 48 микрокомпьютера 24 и вызывает его переход к программе завершения цикла измерения и обработки полученных результатов. Завершение цикла измерения заключается в приостановке работы блока 30, считывании данных из блока памяти 50 и опросе счетчика 28.

Для приостановки работы блока 30 микрокомпьютер 24 формирует сигнал лог. 0 на выходе 40, запрещая работу аналогово-цифрового преобразователя 51 и настраивая мультиплексор 52 на передачу сигнала с входа 37. На этом входе пока присутствует статический сигнал лог. 0, поэтому на выходе мультиплексора формируется временная диаграмма 79, приведенная на фиг.7. В результате процесс регистрации формы сигнала (диаграмма 80) блоком 30 приостанавливается через небольшой промежуток времени после момента t₂ срабатывания приемника 26 из-за инерционности микрокомпьютера. При этом в блоке памяти 50 хранятся данные, по которым в дальнейшем можно с некоторой точностью вычислить длительность интервала T_S=t₂-t₁, соответствующего половине длительности фронта принятого сигнала, см. последовательность отсчетов, показанную рядом точек на диаграмме 80.

Считывание данных из блока памяти 50 в микрокомпьютер 24 происходит в сравнительно медленном темпе под управлением программы, которая периодически изменяет состояние выходного порта 39 и после каждого периода изменения считывает очередной отсчет, "выдвинутый" из блока памяти на его выходы 43. После считывания всех данных или их части, необходимой для вычисления длительности промежутка времени _S=t₂-t₁, микрокомпьютер 24 опрашивает счетчик 28 через входной порт 46, проводит необходимые расчеты, выдает результаты на индикатор (не показан) и переходит в описанное ранее состояние ожидания следующего положительного фронта сигнала на входе 32 для повторения измерения (например, в режиме усреднения результатов) либо выполняет иные действия, предписанные командами оператора.

При использовании в блоке 2 делителя частоты 81 (фиг.8) можно снизить интенсивность посылок тестовых сигналов в линию вплоть до долей герца. "Пропущенные" измерения соответствуют неполучению компьютером 24 сигнала с выхода приемника 26 за период следования кадровых синхроимпульсов и не обрабатываются.

На практике измерительный прибор может состоять из двух одинаковых частей, каждая из которых содержит как блок 1, так и блок 2, чтобы исключить механическое перемещение этих блоков при "зеркальных" измерениях.

Использование изобретения позволяет измерять длину кабельных линий в значительно более широком диапазоне (по сравнению с аналогом и прототипом) за счет передачи по ним редких или даже однократных перепадов уровней напряжения (а не коротких импульсов). При этом полезный сигнал распространяется по линии в одном направлении, отраженные сигналы не могут его опередить и даже догнать, так что к финишу приходит полноценный по форме сигнал уменьшенной амплитуды и имеющий "размытый" фронт. Диапазон измерений можно дополнительно увеличивать повышением уровня передаваемого сигнала с одновременным контролируемым увеличением длительности его фронта. Можно формировать фронт в виде графика функции y = sint, где - /2t/2, - параметр, определяющий крутизну фронта.

Увеличение длительности фронта и сглаживание его формы уменьшает нежелательное влияние проверяемой линии на соседние, размещенные в том же кабеле. Но даже при заметном влиянии помехи окажутся редкими (или даже однократными).

Источники информации 1. Патент США 6097755.

2. Патент США 5440611 (прототип).

Формула изобретения

1. Устройство для измерения длины линии передачи данных, содержащее блоки приема и выдачи линейного сигнала, подключенные к противоположным сторонам проверяемой линии передачи данных, блок приема линейного сигнала содержит микрокомпьютер, генератор импульсов, линейный приемник и согласующий резистор, блок выдачи линейного сигнала содержит линейный передатчик, первый и второй выходы которого соединены через проверяемую линию передачи данных с согласующим резистором и с первым и вторым входами линейного приемника, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измерения, устройство дополнительно содержит первый и второй телевизионные приемники, первый и второй выходы кадровой синхронизации первого и второго телевизионных приемников соединены с первым и вторым входами синхронизации блоков приема и выдачи линейного сигнала, блок приема линейного сигнала дополнительно содержит счетчик, первый формирователь импульса и блок регистрации формы сигнала, выход первого формирователя импульса соединен с входом установки нуля счетчика и с первым входным портом микрокомпьютера, первый выход генератора соединен с входом синхронизации счетчика, второй выход генератора соединен с первым входом блока регистрации формы сигнала, второй и третий входы которого соединены с первым и вторым выходными портами микрокомпьютера, четвертый и пятый входы блока регистрации формы сигнала соединены с входами линейного приемника, группа выходов блока регистрации формы сигнала соединена с вторым входным портом микрокомпьютера, выходы счетчика соединены с третьим входным портом микрокомпьютера, вход остановки работы счетчика соединен с выходом линейного приемника и с четвертым входным портом микрокомпьютера, первый и второй входы синхронизации блока приема линейного сигнала соединены соответственно с шиной нулевого потенциала блока и с входом первого формирователя импульсов, блок выдачи линейного сигнала дополнительно содержит второй формирователь импульса, выход которого соединен с входом линейного передатчика, первый и второй входы синхронизации блока выдачи линейного сигнала соединены соответственно с шиной нулевого потенциала блока и с входом второго формирователя импульса.

2. Устройство для измерения длины линии передачи данных по п.1, отличающееся тем, что блок регистрации формы сигнала содержит блок памяти, аналого-цифровой преобразователь и мультиплексор, входы данных мультиплексора являются первым и вторым входами блока регистрации формы сигнала, управляющий вход мультиплексора соединен с входом разрешения работы аналого-цифрового преобразователя и является третьим входом блока регистрации формы сигнала, четвертый и пятый входы этого блока соединены с сигнальными входами аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами данных блока памяти, выходы которого являются группой выходов блока регистрации формы сигнала, выход мультиплексора соединен с входом синхронизации блока памяти и с входом пуска аналого-цифрового преобразователя.

3. Устройство для измерения длины линии передачи данных по п.1, отличающееся тем, что блок выдачи линейного сигнала дополнительно содержит делитель частоты, выход которого соединен с входом второго формирователя импульса, а вход является вторым входом синхронизации этого блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8