时域反射电缆测长测量精度影响因素分析

摘 要: 从时域反射电缆测长的测量原理出发，研究了时域反射电缆测长的系统误差，研究了测量次数、计数脉冲频率、行波波速对测量精度的影响，提出了减小时域反射电缆测长误差的方法。仿真结果和实验证明，在波速误差较小时，采用传统直接计数法对电缆长度进行多次测量，可以达到较高的电缆测长精度。

关 键 词: 时域反射; 电缆; 测量精度; 影响因素

随着国民经济的飞速发展，各种电线电缆得到了广泛的应用，电线电缆行业得到迅速发展，生产规模逐渐壮大，市场占有率逐年提升。电缆作为重要的长度类商品，国家标准对其长度测量精度要求很高。然而，目前电线电缆市场上存在的计量问题日臻突出，如何准确、迅速、经济地实现对电缆长度的测量，具有重要的理论意义和研究价值［1 －3］。与传统测量方法比较，时域反射技术可以实现对电缆长度的无损、便携、高精度检测，是电缆长度测量的理想方法［4 －6］。为了提高时域反射电缆测长的测量精度，本文对影响系统测量精度的关键因素进行研究，提出减小测量误差的方法。

1 测量精度的影响因素分析

时域反射测量技术( time-domain reflectome-try，TDR) 是在高速脉冲技术迅速发展的基础上出现的一种测量技术［7］。近代的 TDR 仅仅有十余年的历史，但是由于它具有无损、便携、高精度的特点，已成为测量系统中用途十分广泛的测量方法。随着我国脉冲技术的发展，TDR 技术已逐渐普及，并已生产出国产的时域反射计。TDR 实际上是一个小型的一维雷达，只需要一个高速脉冲信号发生器作为信号源和一台取样示波器作为接收装置和显示器。其电缆长度测量工作原理非常简单，测试时向电缆一端注入低压脉冲，该脉冲沿电缆传播，当脉冲遇到阻抗不匹配点时会发生部分或全部反射。TDR 接收反射波形，在假定波速恒定的情况下，用发射脉冲和电缆终点反射脉冲的时间间隔与电缆长度成正比的原理确定电缆的长度，测长公式为

式中: l 为测试点到电缆终点间的距离; v 为脉冲信号在电缆中的传播速度，其值取决于电缆结构; t为发射脉冲与反射脉冲间的时间间隔。从时域反射电缆测长的测量原理考虑，根据误差传递的线性叠加法则，可将被测电缆长度 l的误差表示为

式中，δv 为波速误差，δt 为时间间隔测量误差。直接计数法是时间间隔测量技术中最基本的方法，是几乎所有时间间隔测量方法的基础，很多方法都是将直接计数法和其他方法结合起来实现高精度测量。因此，本文对基于直接脉冲计数原理的时间间隔测量方法对时域反射电缆长度测量精度的影响进行了分析。根据脉冲计数法的测量原理，δt 可以表示为