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基于窄脉冲反射仪的高速数据采集系统的设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-04-23 09:49:55



摘要:简单介绍了窄脉冲反射仪测试电缆故障的基本原理,分析了其脉冲的特点和处理要求,设计了单路低速多次数据采集系统,给出了系统原理框图,并对其逻辑控制部分做了详细阐述。通过仿真分析,证明该系统方案切实可行,可有效解决电缆故障测距过程中的高精度数据采集问题。
关键词:故障测距;数据采集;单片机;CPLD


O 引言
    电缆故障是通信行业中的常见故障,电缆测距是排除故障的前提条件,准确的电缆测距可以缩短发现故障点的时间,利于快速排除故障,减少损失。窄脉冲时域反射仪利用时域反射技术TDR(Time-Domain Reflectometry)测定电缆断点位置,它可以同时检测出同轴传输系统中多个不连续点的位置、性质和大小。为了实时高效地处理测试数据,多次重复信号的采集显得尤为重要。当对高频信号进行记录测量时,由于所需采样速率较高,传统的数据采集已经不能满足系统要求,本文介绍的单路多次高速数据采集方案硬件结构简单,成本低廉,能够有效满足系统设计要求。


1 系统设计背景的脉冲波型特点和处理要求
    根据电磁波理论,电缆即为传输线,假若在电缆的一端发送一探测脉冲,它就会沿着电缆进行传输,当电缆线路发生障碍时,会造成阻抗不匹配,电磁波会在障碍点产生反射。在发射端由测量仪器将发送脉冲和反射脉冲波形记录下来。实际测试中具体障碍的波形有所差异:断线(开路)障碍反射脉冲与发射脉冲极性相同,而短路、混线障碍的反射脉冲与发射脉冲极性相反。波形如图l所示。


    其中:v为脉冲波在电缆中的传输速度;L为电缆故障点与脉冲波送入端的距离。
    由以上分析可知,在对同一个固定障碍的线路上多次送入同一脉冲电压,其反射脉冲将f司样地在同一位置多次出现。高速数据采集系统把信号接收电路送来的模拟信号变为数字信号,对数字信号进行取点抽样,转换成数字量进行存储。仪器要求的分辨率较高,要实现1m的测距分辨率,在波速200m/us的情况下,有

   
    即要求抽样的时间分辨率为10ns,对应的数据采集系统频率要求高达100MHz。


2 硬件设计
    采集系统的硬件电路由CPU、A/D转换器、隔离器、存储器、地址发生器及相应的控制逻辑组成,其结构如图2所示。

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