利用示波器辅助测量电线或导线的长度。
时域反射计(TDR)作为一种电子仪器,通过观察导线中反射回来的波形来对导线进行精确测量。
TDR的主要用途之一就是测量电缆(如双绞线、同轴电缆)的长度。
一个典型的时域反射计大致外观如下:
(时域反射计图片或示意图)
通过结合先前实验中制作的脉冲发生器与一台示波器,我们可以自制一套经济实惠的TDR设备,用于测量导线长度。
接下来,我们详细解释使用TDR测量导线长度的原理:
当向未知长度的电缆的一端发送一个高速边沿脉冲信号时,该信号会沿着电缆传播至另一端。如果电缆的另一端是断开的,信号会在到达终点后反射回来。通过示波器测量信号从发反射回来的时间差,我们便能计算出电缆的长度。
导线或电缆主要是用来传输能量的,它们几乎不损耗能量。当射频信号到达导线末端并无法释放时,它就会沿着导线反传回来,就像我们对着墙喊话一样,当声音碰到墙反弹回来会产生回音。
电缆长度的计算可遵循以下公式:
(公式:L = ...)
其中L代表电缆长度,单位为米;Δt代表信号从发反射回来的时间差,单位为秒;C代表光速,单位为米/秒;VF代表线缆速度因子,是一个无单位的常量。
电信号在电缆中的传播速度无法达到理论上的光速。光速与电信号在电缆中实际传播速度的比值被称为速度因子(VF)或传播速度(VOP)。
对于同轴电缆而言,其速度因子(VF)会因电介质材料的不同而有所差异。
为了进行测量,你需要准备以下工具和材料:
- 快速边沿脉冲发生器小板
- 支持10纳秒或更小时基的示波器
- 5V直流电源
- 待测试电缆
- BNC转接头
接下来是测量步骤的简单描述:
(详细描述测量BNC延长线和0.75平方电线的步骤,包括连接设备、上电、波形截图以及时间差的测量等。)
例如,在测量BNC延长线时,观察到的发射信号与反射信号时间差为16纳秒。将此时间差代入公式计算,得出的线缆长度为约1.51米,与实际测量的1.5米相吻合。
对于0.75平方电线的测量,观察到的发射信号与反射信号时间差为61.2纳秒。经计算,线缆长度为约5.504米,与实际测量的5.5米相接近。
若不知某种线缆的速度因子,可使用一条已知长度的线缆通过以下公式求得:
(求速度因子的公式)