Sistema economico TDR per lunghezza cavo coassiale, impedenza e fattore velocita

[trodaf_4912]

Ho ritrovato in mezzo alle mie scartoffie un articolo di nuova elettronica del 2008 che con poche lire consentiva di realizzare un sistema TDR per :
- misura lunghezza cavo coassiale noto il fattore di velocita'
- calcolo del fattore di velocita' nota la lunghezza del cavo
- misura dell'impedenza del cavo coassiale
Questo si basa su un semplice multivibratore astabile NE555, un 74HC00, un 74HC04 e una manciata di resistenze e condensatori.
La visualizzazione si ottiene su un oscilloscopio. Se questo e' a memoria si puo' usare un NE555 in modalita' monostabile.
Il funzionamento e' semplice e si basa su un impulso di durata 20nS-100nS iniettato nel cavo coassiale attraverso il 74HC04 le cui porte sono in parallelo fornendo una impedenza di circa 11Ohm. In serie si mette una resistenza da 39 Ohm per ottenere circa 50 Ohm come impedenza di uscita del generatore. La frequenza dell'astabile e' 500KHz ma non e' critica. Poiche' in casa avevo degli NE555 Texas con max freq=100KHz ho optato per una frequenza di 100-140KHz. Piu' la frequenza e' bassa piu' si possono misurare lunghezze maggiori ma gia' a 500KHz si puo' arrivare a 190metri. Come dicevo l'impulso viene generato su un capo del cavo sotto esame e l'altro capo deve essere tassativamente essere lasciato aperto. In risposta a tale impulso si ottiene un impulso riflesso distanziato da quello trasmesso. La distanza temporale tra i due fronti di salita di questi due impulsi caratterizza la lunghezza del cavo (conoscendo il fattore di velocita'). Viceversa conoscendo la lunghezza del cavo misurata si puo' ricavare l'effettivo fattore di velocita'. La misura minima di cavo e' di circa 3-4 metri per evitare sovrapposizioni del segnale eco riflesso a quello trasmesso.
Allego alcune foto.
La prima e' la schedina
La seconda sono le connessioni all'oscilloscopio e al cavo in prova
La terza' il segnale trasmesso seguito da quello riflesso distante 0.1uSec con terminale aperto
La quarta e' il segnale trasmesso seguito da quello riflesso con terminale in corto.
Un po di spiegazioni.
Nella prima foto ho sotto prova una decina di metri di cavo RG213 e misuro 0.1uSec tra il segnale trasmesso e quello riflesso. dato il fattore di velocita'=0.66 posso calcolarmi la lunghezza del cavo con la seguente formula : LUNGHEZZA = 150x0.66x0.1=9.9metri che e' veramente prossimo alla lunghezza reale.
Se conosco la lunghezza del cavo poiche' la ho misurata ma voglio ricavare il fattore di velocita' allora applico la seguente formula :
fattore di velocita'=2 x lunghezza cavo /(tempo misurato in microsecondi x 300).
Allora (2x10)/(0.1x300)=0.66 che e' quello dichiarato.
Se metto in corto il terminale del cavo che prima era stato lasciato aperto ottengo quanto visualizzato nella quarta foto dove il segnale riflesso si inverte. Possiamo allora ipotizzare una via di mezzo tra terminale aperto e terminale in corto. Infatti se saldiamo un potenziometro da 100 Ohm ai capi del terminale aperto e cominciamo a ruotarlo troveremo una condizione in cui il segnale riflesso scomparira' e questo perche' la linea e' adattata e cioe' le impedenze del generatore , quelle del cavo e quella del carico (potenziometro) sono uguali. Se andiamo a leggere il valore del potenziometro con un Ohmetro leggeremo 50Ohm o giu' di li. In questo modo possiamo imparare quale impedenza ha il nostro cavo sconosciuto. In ptratica se l'impedenza del carico e' superiore ai 50 Ohm vedremo un impulso riflesso con la stessa fase di quello inviato. Se l'impedenza e' minore di 50Ohm vedremo l'impulso scaravoltato e cioe' con fase ruotata di 180 gradi.
Questa e' una sintesi grossolana ma che ho voluto condividere con voi anche perche' volevo mettere a confronto il METROVNA che ha questa funzione con una schedina da 5 euro totali di costo. e i risultati sono equivalenti.

[r5000]

73 a tutti, complimenti IK4MDZ, manca solo un'altra foto che simula un guasto al cavo difettoso, giunta due cavi diversi o uguali ma con la giunta fatta da elettricista (HI!!!) tipo morsetto o semplice nastro isolante e si vedrà un gradino più o meno marcato, certamente l'ondulazione residua sull'impulso non permette fronti di salita ripidi e puliti ma parliamo di un circuito da 5€, uno strumento da 5000€ ovviamente fà di meglio ma per far pratica è già buono... con questo sistema e componenti molto simili (tutti integrati ttl) ho misurato l'impedenza delle piattine audio propio con il potenziometro come terminazione e il discorso diametri\distanza
corrisponde come da teoria ma il bello è  trovare il fattore di velocità e sapere a cosa corrisponde come lunghezza fisica, pvc, plastica e silicone sono ben diversi, tutte prove fatte con un circuito molto simile...

[trodaf_4912]

L'NE555 che ho utilizzato e' quello piu' comune che oltre i 100KHz non va a meno di una degradazione dei fronti. Io mi sono spinto fino a 160KHz ma i fronti sono quello che sono ma se riesco a trovare un ST555 che e' piu' performante o un texas TLC555 i segnali saranno piu' puliti. Non ho voluto aggiungere altro, ad esempio sulla schiacciatura del cavo o sulle giunte  tra cavi con la stessa impedenza o impedenze diverse perche' non ho avuto tempo e anche perche' non sapevo se potesse interessare. In ogni caso l'articolo e' del 2008 e credo sia possibile reperirlo in rete. Se uno ha un po di manualita' ed interesse per tali prove puo' divertirsi.

[trodaf_4912]

Adesso che ci penso ho in casa un generatore DDS con l'AD9851. Questo genera, oltre al segnale sinusoidale anche un segnale onda quadra con duty cycle regolabile e con freq max di 1MHz. Il segnale e' pulitissimo e quindi potrei usarlo come generatore per la catena 74HC00 e 74HC04 sganciandomi dalla reperibilita' di NE555 piu' performanti.