實驗目的

使用示波器測量電線或?qū)Ь€的長度。

實驗原理

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

時域反射計的一個用處是可以用來測量電纜（雙絞線、同軸電纜）的長度。

時域反射計大概長這樣：

時域反射計

我們可以利用上一個實驗 自制快速邊沿脈沖發(fā)生器 中制作的脈沖發(fā)生器和一臺示波器組成一套便宜的時域反射計設備，來測量導線的長度。

下面我們講一下使用 TDR 測量導線長度的原理：

時域反射計原理

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

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

計算電纜長度的公式如下：

長度計算公式

L = 電纜長度，單位：米。

Δt = 信號從發(fā)射到反射回來的時間差，單位：秒。

C = 光速，單位：米/秒。

VF = 線纜速度因子，常量，無單位。

電信號在電纜中的速度無法達到理論上的光速，光速與電信號在電纜中實際速度之比稱為速度因子（Velocity Factor or Velocity of Propagation）?？s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（實心特氟綸或者聚四氟乙烯）0.69-0.70

Air Space Teflon or AST0.850-0.900

實驗器材

快速邊沿脈沖發(fā)生器小板

支持 10 納秒或更小時基的示波器一臺

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：

實驗步驟

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，使用示波器光標測量功能測量兩個信號之間的時間差：

測量兩個信號的時間差

從上面波形截圖中可以看到，發(fā)射信號和反射回來的信號時間差為 16 納秒，套入公式計算：

計算電纜長度

上面我們計算出的線纜長度為 1.51 米，我的這根線的實際長度為 1.5 米。

1. 換一個接頭測量 0.75 平方電線的長度：

換一個接頭測量 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)射信號和反射回來的信號時間差為 61.2 納秒，套入公式計算：

計算電線長度

上面我們計算出的線纜長度為 5.504 米，我的這根線的實際長度為 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 = 信號從發(fā)射到反射回來的時間差，單位：秒。

C = 光速，單位：米/秒。

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