實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

使用示波器測量電線或?qū)Ь€的長度。

實(shí)驗(yàn)原理

時(shí)域反射計(jì)（Time-domain reflectometer or TDR）是一種通過觀察導(dǎo)線中反射回來的波形從而對導(dǎo)線進(jìn)行測量的電子儀器。

時(shí)域反射計(jì)的一個(gè)用處是可以用來測量電纜（雙絞線、同軸電纜）的長度。

時(shí)域反射計(jì)大概長這樣：

時(shí)域反射計(jì)

我們可以利用上一個(gè)實(shí)驗(yàn) 自制快速邊沿脈沖發(fā)生器 中制作的脈沖發(fā)生器和一臺(tái)示波器組成一套便宜的時(shí)域反射計(jì)設(shè)備，來測量導(dǎo)線的長度。

下面我們講一下使用 TDR 測量導(dǎo)線長度的原理：

時(shí)域反射計(jì)原理

向未知長度的電纜的一頭發(fā)射一個(gè)高速邊沿脈沖信號(hào)，該信號(hào)會(huì)沿著該電纜向另一頭傳播（propagation ）， 如果電纜的另一頭是斷開的，信號(hào)會(huì)在到達(dá)終點(diǎn)后反射（reflection）回來，回到出發(fā)點(diǎn)，使用示波器測量信號(hào)從發(fā)射到反射回來的時(shí)間差，可以計(jì)算出電纜的長度。

導(dǎo)線或者電纜只是傳輸能量的，導(dǎo)線本身并不消耗能量或者近似于不損耗能量。當(dāng)射頻信號(hào)到達(dá)導(dǎo)線末端，能量沒有辦法釋放，就會(huì)沿著導(dǎo)線反傳回來。就跟我們對著墻喊，聲音碰到墻反傳回來產(chǎn)生回音一個(gè)道理。

計(jì)算電纜長度的公式如下：

長度計(jì)算公式

L = 電纜長度，單位：米。

Δt = 信號(hào)從發(fā)射到反射回來的時(shí)間差，單位：秒。

C = 光速，單位：米/秒。

VF = 線纜速度因子，常量，無單位。

電信號(hào)在電纜中的速度無法達(dá)到理論上的光速，光速與電信號(hào)在電纜中實(shí)際速度之比稱為速度因子（Velocity Factor or Velocity of Propagation）。縮寫：VF 或者 VOP。

對于同軸電纜來說，同軸電纜的速度因子（VF）因電介質(zhì)材料的不同而不同，列舉如下：

電介質(zhì)材料速度因子

Solid Polyethylene or PE（實(shí)心聚乙烯）0.659

Foam Polyethylene or FE（泡沫聚乙烯）0.800

Air Space Polyethylene or ASP0.842

Foam Polystyrene or FS（泡沫聚苯乙烯 ）0.910

Solid Teflon or ST（實(shí)心特氟綸或者聚四氟乙烯）0.69-0.70

Air Space Teflon or AST0.850-0.900

實(shí)驗(yàn)器材

快速邊沿脈沖發(fā)生器小板

支持 10 納秒或更小時(shí)基的示波器一臺(tái)

5V 直流電源

待測試電纜

BNC 轉(zhuǎn)接頭

我們分別測試兩種線纜的長度：

實(shí)驗(yàn)步驟

測試 BNC 延長線長度

將脈沖發(fā)生器和 BNC 轉(zhuǎn)接頭按如下方式連接：

2. 將小板插入示波器，待測 BNC 延長線插入三通頭，上電：

3. 截取波形，使用示波器光標(biāo)測量功能測量兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差：

測量兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差

從上面波形截圖中可以看到，發(fā)射信號(hào)和反射回來的信號(hào)時(shí)間差為 16 納秒，套入公式計(jì)算：

計(jì)算電纜長度

上面我們計(jì)算出的線纜長度為 1.51 米，我的這根線的實(shí)際長度為 1.5 米。

1. 換一個(gè)接頭測量 0.75 平方電線的長度：

換一個(gè)接頭測量 0.75 平方電線的長度

2. 波形如下：

測量0.75平方電線長度波形

從上面波形截圖中可以看到，發(fā)射信號(hào)和反射回來的信號(hào)時(shí)間差為 61.2 納秒，套入公式計(jì)算：

計(jì)算電線長度

上面我們計(jì)算出的線纜長度為 5.504 米，我的這根線的實(shí)際長度為 5.5 米。

如果不知道某種線纜的速度因子，可以用一條已知長度的線纜，通過以下公式求出：

求速度因子的公式

VF = 線纜速度因子，常量，無單位。

L = 線纜長度，單位：米。

Δt = 信號(hào)從發(fā)射到反射回來的時(shí)間差，單位：秒。

C = 光速，單位：米/秒。

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