FR2868846A1 - Correction de perte et de dispersion dans une mesure de defaut de cable - Google Patents

Abstract

Un procédé consiste à corriger des distorsions résultant d'une perte et d'une dispersion dans des mesures de défauts de câbles. Un câble est mesuré dans le domaine des fréquences pour obtenir une réponse réfléchie. Les composantes sinusoïdales fractionnaires de la réponse réfléchie ayant des valeurs d'amplitude atténuée et de phase retardée en des points définissant les jonctions de longueurs prédéterminées égales adjacentes sont recueillies et normalisées. Alors, les composantes sinusoïdales fractionnaires de la réponse réfléchie sont extraites d'une somme normalisée en calculant mathématiquement la valeur réelle en chaque point, en éliminant ainsi toutes les composantes de distorsion de perte et de dispersion.

Description

Cette invention se rapporte d'une façon générale à des mesures de défauts

de câbles, et en particulier à une correction de perte et de dispersion dans les mesures de défauts de câbles.

Lors du test et de la réparation de câbles électriques, qui peuvent être soit des câbles à un seul fil, soit des paires à fils torsadés, un test caractéristique implique d'utiliser des instruments de test qui transmettent des signaux de stimuli dans une extrémité d'un câble et reçoivent et mesurent des réflexions quelconques qui reviennent. Les mesures à la fois de réflectométrie par rapport au temps (TDR) et de diaphonie par rapport au temps (TDX) sont sujettes à deux types principaux de distorsion. Un premier est la distorsion d'atténuation et l'autre est la distorsion de dispersion.

La distorsion d'atténuation est due à des pertes dans un câble. C'est-àdire que de l'énergie est perdue lorsqu'un signal de stimulus se propage le long d'un câble sous test et est ensuite réfléchi en retour vers l'instrument de test, le résultat étant que les signaux reçus deviennent d'amplitude plus petite au point qu'ils peuvent ne plus être discernables.

Un premier procédé de la technique antérieure de correction d'une distorsion d'atténuation est décrit dans le brevet des Etats-Unis N 5 698 985 de Jeffrey S. Bottman, où une réponse réfléchie est mise à l'échelle dans le domaine du temps en multipliant la réponse par une fonction de pondération afin de compenser une atténuation. C'est-à-dire que les signaux atténués sont "renforcés" ou amplifiés proportionnellement sur la longueur du câble en multipliant chaque point de la réponse par une fonction de pondération prédéterminée. Comme la fonction de pondération ne corrige qu'une atténuation et non pas une dispersion, ce procédé est sujet à des imprécisions.

Un autre procédé de la technique antérieure de correction d'une distorsion d'atténuation est décrit dans le brevet des Etats-Unis N 6 437 578 de Linley F. Gumm, dans lequel une perte d'un câble est corrigée sur un principe point par point, où, pour chaque point, plusieurs transformations de Fourier sont exécutées pour aller et venir entre les domaines des fréquences et du temps lorsque des calculs sont exécutés. C'est-à-dire que les données acquises dans le domaine des fréquences sont transformées par une transformation de Fourier dans le domaine du temps pour procurer une réponse impulsionnelle pour le câble. Ensuite, chaque point est transformé à nouveau dans le domaine des fréquences tout en corrigeant chaque point sur la base d'une distance et d'une fréquence. Les données corrigées sont alors à nouveau transformées dans le domaine du temps de manière à ce que la correction puisse être observée. Cependant, pour une longueur d'enregistrement de seulement 2 048 points, 4,2 millions de calculs sont nécessaires. En outre, ce procédé ne corrige également que l'atténuation et non pas la dispersion.

Le second type de distorsion, la distorsion de dispersion, résulte du fait que les différentes composantes de fréquences des signaux de stimuli et des réflexions se propagent dans le câble à des vitesses différentes. La distorsion de dispersion amène des impulsions réfléchies à s'élargir ou à "s'étaler".

A la fois la distorsion d'atténuation et la distorsion de dispersion sont inhérentes aux caractéristiques des câbles, et les deux sont présentes en même temps. L'effet de ces distorsions est de réduire la capacité de l'opérateur de l'instrument à reconnaître des "événements" ou des défauts dans le câble. L'impulsion renvoyée à partir d'un événement pourrait être si petite qu'elle pourrait ne pas être discernée. En outre, l'étalement des réponses provenant d'événements multiples étroitement espacés pourrait faire se chevaucher des impulsions renvoyées et faire qu'elles semblent provenir d'un seul événement.

Il serait souhaitable de procurer un procédé consistant à corriger de façon fiable et rapide à la fois une distorsion d'atténuation et une distorsion de dispersion.

Conformément à la présente invention, il est procuré un procédé de correction d'une perte et d'une dispersion dans les mesures de défauts de câbles.

Le procédé de correction de perte et de dispersion de la présente invention est utile pour fournir des réponses réfléchies claires et précises à la fois dans les instruments de tests de câbles fondés sur les impulsions et les instruments 25 de tests de câbles fondés sur les fréquences.

Un câble est mesuré dans le domaine des fréquences pour obtenir une réponse réfléchie. Dans le cas d'un instrument fondé sur les impulsions, une transformation de Fourier est utilisée pour décomposer une impulsion émise en ses composantes sinusoïdales. Une superposition des composantes sinusoïdales fractionnaires de la réponse réfléchie présentant des valeurs d'amplitude atténuée et de phase retardée en des points définissant les jonctions de longueurs prédéterminées égales adjacentes le long du câble, est recueillie et normalisée. Alors, les composantes sinusoïdales fractionnaires de la réponse réfléchie sont extraites d'une superposition normalisée en calculant mathématiquement la valeur réelle en chaque point, en éliminant ainsi toute composante de distorsion de perte et de dispersion.

L'invention procure un procédé de correction des distorsions de perte et de dispersion dans les mesures des câbles, comprenant les étapes consistant à mesurer ledit câble dans un domaine de fréquences pour obtenir une réponse réfléchie d'un signal émis, recueillir une série de composantes sinusoïdales fractionnaires de ladite réponse réfléchie à partir de points prédéterminés le long dudit câble pour procurer une fonction combinée, diviser ladite fonction combinée par une fonction d'un signal émis afin de procurer une fonction normalisée et extraire de ladite fonction normalisée lesdites composantes sinusoïdales fractionnaires en calculant une valeur réelle en chacun desdits points prédéterminés en éliminant ainsi la distorsion d'atténuation et la distorsion de dispersion.

Le procédé peut comprendre en outre l'étape consistant à afficher un tracé desdites composantes sinusoïdales fractionnaires extraites.

Sous un autre aspect, lesdits points prédéterminés le long dudit câble 15 sont déterminés conformément à la période d'une fréquence de sondage maximum.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention seront mis en évidence pour l'homme de l'art lors d'une lecture de la description suivante, prise conjointement aux dessins annexés qui sont indiqués ci après à

titre d'exemple.

Les figures 1A et 1B représentent une comparaison des organigrammes des instruments de tests de câbles fondés sur les impulsions et fondés sur les fréquences pour exécuter le procédé de correction de la présente invention, Les figures 2A et 2B sont des affichages graphiques de formes de signaux représentant une impulsion de stimulus et sa réponse provenant d'un seul événement et provenant d'événements multiples rapprochés, respectivement, et des réponses corrigées pour les événements isolés et multiples respectifs conformément à la présente invention, La figure 3 est un modèle mathématique illustrant un calcul des points réfléchis le long d'un câble, et La figure 4 est un organigramme du procédé de correction de distorsion de perte et de dispersion conforme à la présente invention.

Les figures 1A et 1B représentent une comparaison des 35 organigrammes des instruments de tests de câbles fondés sur les impulsions et des instruments fondés sur les fréquences pour exécuter le procédé de correction de la présente invention. Considérons tout d'abord la figure 1A, un instrument de test fondé sur les impulsions envoie une impulsion de courte durée dans un câble sous test et reçoit une réponse réfléchie par rapport au temps. Au pavé 10, la réponse réfléchie reçue du câble est "numérisée" c'est-à-dire que la réponse est échantillonnée à un cadencement d'une horloge prédéterminée et est convertie en des représentations numériques qui peuvent alors être traitées. Au pavé 12, une transformation de Fourier transforme la réponse numérisée du domaine du temps en le domaine des fréquences. Au pavé 14, le procédé de correction de la présente invention est appliqué. Au pavé 16, la réponse corrigée est affichée.

Sur la figure 1B, un instrument de test fondé sur les fréquences synthétise une impulsion de stimulus virtuel en envoyant une série de fréquences sinusoïdales, ou "tonalités" dans un câble sous test. Les réponses réfléchies sont reçues dans le domaine des fréquences. Au pavé 18, les réponses réfléchies sont numérisées et assemblées en amplitudes et en phases. Au pavé 20, le procédé de correction de la présente invention est appliqué. Au pavé 22, la réponse corrigée est affichée.

A la fois les instruments de tests de câbles fondés sur les impulsions et les instruments de tests de câbles fondés sur les fréquences sont bien connus de l'homme de l'art. Des exemples d'instruments fondés sur les impulsions sont décrits dans le brevet des Etats-Unis N 5 530 367 délivré le 25 juin 1996 à Jeffrey S. Bottman et al., et le brevet des Etats-Unis N 5 570 029 délivré le 29 octobre 1996 à Jeffrey S. Bottman et al. Des exemples d'instruments à balayage de fréquence sont décrits dans le brevet des Etats-Unis N 5 502 391 délivré le 26 mars 1996 à James R. Sciacero, et le brevet des Etats-Unis N 6 433 558 délivré le 13 août 2002 à James R. Sciacero et al. On fera remarquer que les deux types d'instruments sont capables à la fois de mesures de réflectométrie TDR (réflectométrie par rapport au temps) et de diaphonie TDX (diaphonie par rapport au temps). Pour une mesure de réflectométrie TDR, un signal de stimulus est émis sur un câble, et une réflexion revient sur le même câble. Pour une mesure de diaphonie TDX, le signal de stimulus est envoyé sur un premier câble, et une réflexion revient sur un câble différent. Un câble peut être soit un câble coaxial ayant un conducteur à un seul fil et un conducteur extérieur séparés par un diélectrique, soit une paire torsadée de fils tels que des câbles téléphoniques. Cependant, les impulsions transmises subissent les mêmes distorsions pour chaque type de mesure, et dans chaque type de câble. En conséquence, les principes destinés à détecter des défauts et à les corriger sont les mêmes pour les deux types de mesures.

En se référant aux figures 2A et 2B des dessins, on représente des affichages graphiques de l'amplitude en fonction du temps des formes de signaux pour des situations de test de câbles à un seul événement et à événements multiples, respectivement. Sur la figure 2A, une impulsion de stimulus 30, qui peut être soit une impulsion directe, soit une impulsion synthétisée comme expliquée ci dessus, est émise dans un câble. Une réponse réfléchie 32 est reçue, mais comme elle présente des distorsions à la fois d'atténuation et de dispersion, il est difficile de déterminer exactement ce qu'elle représente. Après que le procédé de correction de la présente invention est appliqué, une impulsion corrigée 34 est présentée, indiquant clairement un seul événement de défaut à un emplacement pouvant être déterminé du câble. Sur la figure 2B, une impulsion de stimulus 30 est à nouveau émise dans le câble, et une réponse réfléchie déformée 32' est reçue.

Cette fois, cependant, après que la correction de la présente invention est appliquée, des événements de défauts multiples rapprochés dans l'espace 34' et 34" sont discernés. On peut voir que si la réponse réfléchie 32' de la figure 2B devait être corrigée uniquement pour la distorsion d'atténuation, le fait qu'il y a deux événements étroitement espacés serait ignoré.

Le procédé de correction pour la perte et la dispersion conforme à la présente invention est fondé sur l'exploitation de mesures dans le domaine des fréquences en tant qu'entrée de l'étage de traitement, où les distorsions sont éliminées mathématiquement. Une impulsion transmise dans un instrument fondé sur les impulsions peut être décomposée en ses composantes sinusoïdales par une transformation de Fourier. Après cette transformation, chaque composante de fréquence sinusoïdale émise est recherchée lorsqu'elle se propage le long du câble. Si l'instrument est un instrument fondé sur les fréquences, les tonalités transmises sont déjà dans le domaine des fréquences.

Un examen des éléments physiques de ce qui a lieu dans un câble serait utile pour comprendre le procédé de correction de la présente invention. Le câble présente une perte exprimée en nepers par unité de longueur, et cette perte est désignée par alpha (a), qui est également connue comme étant la constante d'atténuation. Le câble induit également un déphasage en radians par unité de longueur dans une sinusoïde se propageant, et ce déphasage est désigné par bêta (f3), qui est également connue comme étant la constante de phase. Les paramètres a et R sont caractéristiques d'un type de câble particulier et peuvent être connus à l'avance.

Si le signal sinusoïdal transmis (ou l'impulsion de la transformée de Fourier) est caractérisé par son amplitude et sa phase initiales sous forme d'un nombre complexe et est désigné par la fonction X(f), où f représente la fréquence, alors le signal atténué et déphasé d'une sinusoïde à un emplacement en un point quelconque le long du câble peut être représenté par X(f)e-( C+''p) , où j représente la racine carrée de 1 (un nombre imaginaire) et n représente le nombre des multiples de la longueur élémentaire sur lequel le signal sinusoïdal s'est propagé le long du câble. Les paramètres du câble a et 5 sont des fonctions d'une fréquence, donc une autre manière d'écrire l'expression précédente est X(f)e-(a(O+JP(f))n. La grandeur complexe a+j (3, qui est connue mathématiquement comme contenant une partie réelle et une partie imaginaire, est également désignée par un gamma minuscule (y), et est appelée constante de propagation.

Des signaux présentant des fréquences différentes se propagent à des vitesses différentes le long d'un câble. La vitesse nominale de propagation est représentée sous forme d'une fraction de la vitesse de la lumière dans le vide. Considérons la modélisation du câble en le divisant en une série de petites longueurs égales et discrètes. Chaque longueur est égale à la longueur élémentaire associée aux paramètres a, 5 et y. Cette longueur est choisie pour être la distance que parcourt le signal le long du câble pendant une période de la tonalité ou fréquence de sondage la plus élevée. émise dans le câble. Par exemple, si la fréquence la plus élevée transmise dans le câble par l'instrument de test est 100 MHz, la longueur est choisie pour être la distance que parcourt le signal en 10 nanosecondes. Les événements de défauts réfléchis sont modélisés comme provenant uniquement de points qui représentent les jonctions des longueurs adjacentes.

Faisons référence à la figure 3, qui est un modèle mathématique illustrant le calcul des points réfléchis le long d'un câble 40, qui, dans ce modèle, est une paire torsadée de fils. Les points de jonction entre les longueurs sont désignés par xo à x,,. Un point xN représente la fin du câble. La taille du défaut réfléchi, qui comprend une diaphonie, en chaque point xo, n est désignée par une fonction F(x), où F (gamma majuscule) représente le coefficient de réflexion. On notera que si les fonctions F(x) peuvent être extraites une par une, une séquence en résulte dans le domaine du temps. Comme indiqué sur la figure 3, F(0) est associé au point xo, F(1) au point xi. Lorsque le signal sinusoïdal transmis depuis l'instrument de test arrive à un point d'événement x, la fraction sinusoïdale réfléchie en retour vers l'instrument est F(x). Comme la réponse réfléchie se propage en retour vers l'instrument, elle est à nouveau atténuée et déphasée, de sorte que la réponse complète renvoyée depuis chaque point x est représentée par X(f)T(x)e-2x".

D'après l'examen de la figure 3, on peut voir que les fractions sinusoïdales réfléchies sont renvoyées ensemble à l'instrument de test. Ces fractions sinusoïdales réfléchies sont superposées comme un phénomène d'origine naturelle. Le résultat mesuré par l'instrument de test est la superposition ou la somme, désignée par Y(f) de toutes les fractions atténuées et déphasées. La fonction de superposition Y(f) peut être normalisée en divisant par le signal sinusoïdal transmis connu X(f) pour définir une fonction normalisée R(f). C'est-à-dire que, R(f) = Y(f)/X(f) = [I'(0) + T(1)e-2y(f) + F(2)e--4y(f) + ... + T(n)e-2nY(0 + 15 T(N)e 2Ny(f)].

L'étape suivante du procédé consiste à extraire les fractions F(x) de la fonction normalisée R(f). On notera que I'(0) représente le premier élément dans la séquence par rapport au temps F(x) et qu'il n'est pas atténué ni retardé car le signal transmis n'a parcouru aucune distance dans le câble, et donc I'(0) n'est multipliée par aucun terme exponentiel de y(f). La conversion de la séquence dans le domaine des fréquences R(f) en le point par rapport au temps T(0) pourrait être exécutée en utilisant une transformation de Fourier inverse, mais il existe une manière beaucoup plus simple de n'obtenir que le premier terme T'(0). Il est bien connu que le premier terme de la sortie d'une transformation de Fourier discrète (DFT), que ce soit une transformation DFT directe ou inverse, est simplement la somme des parties réelles de la séquence d'entrée de la transformation DFT. Donc, la valeur I'(0) au point xo est f max I'(0) = Re[R(f)] f =O La valeur I'(1) au point xi est déterminée en multipliant tout d'abord R(f) par l'exponentielle connue de la constante de propagation e2l'c0 comme suit: R(f)e2Y(f) = [T(0)e2Y(f' +T(1)+F(2)e-2Y(f) +...T(n)e-2(n-1)Y(' +...T(N)e-2(N-I)Y(' j On peut voir maintenant par un examen que le terme T(1) n'est pas atténué ni retardé car il n'est multiplié par aucun terme exponentiel de T(f). En 35 conséquence, la valeur T(1) au point xi peut être calculée comme suit: f max ni) = ReR(f) erf f=0 La valeur de r'(2) au point x2 est calculée comme suit: f max I'(2) _ Re[R(f)e4rcn f=0 De la même manière, les valeurs f(3) à F(N) aux points x3 à xN peuvent être calculées, la valeur finale T'(N) au point XN étant: f max F(N) _ Re[R(f)e2"r(f) J f=0 Après que toutes les valeurs de F(x) ont été calculées, elles peuvent être tracées sous forme d'un affichage graphique par rapport au temps tel que les formes de signaux corrigés représentées sur les figures 2A et 2B.

La figure 4 est un organigramme résumant le procédé de correction de distorsion de perte et de dispersion conforme à la présente invention. A l'étape 50, le câble est mesuré dans le domaine des fréquences pour obtenir une réponse réfléchie. A une étape 52, les composantes sinusoïdales fractionnaires de la réponse réfléchie présentant des valeurs d'amplitude atténuée et de phase retardée en des points définissant les jonctions des longueurs prédéterminées égales adjacentes sont réunies pour procurer une somme combinée Y(f). A l'étape 54, la somme Y(f) est divisée par une fonction transmise X(f) pour procurer une somme normalisée R(f) des points réfléchis. A une étape 56, les composantes sinusoïdales fractionnaires F(x) de la réponse réfléchie sont extraites de R(f) pour chaque point en calculant mathématiquement la valeur réelle en chaque point, en éliminant ainsi toutes les composantes de distorsion. A l'étape 58, les valeurs d'amplitude des composantes sinusoïdales fractionnaires extraites sont tracées sur un graphe de l'amplitude en fonction du temps (ou de la longueur du câble).

Bien que j'aie présenté et décrit le mode de réalisation préféré de mon invention, il sera évident à l'homme de l'art que de nombreuses variantes et modifications peuvent être apportées sans s'écarter de mon invention sous ses aspects les plus larges. Il est de ce fait prévu que les revendications annexées couvrent la totalité des variantes et modifications telles qu'elles relèvent de la portée réelle de l'invention.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Procédé de correction de distorsions de perte et de dispersion dans des mesures de câbles, comprenant les étapes consistant à : (a) mesurer (50) ledit câble dans un domaine fréquentiel pour obtenir une réponse réfléchie d'un signal transmis, (b) recueillir (52) une série de composantes sinusoïdales fractionnaires de ladite réponse réfléchie à partir de points prédéterminés le long dudit câble pour obtenir une fonction de superposition des composantes, (c) diviser ladite fonction de superposition par une fonction du signal émis afin d'obtenir (54) une fonction normalisée, et (d) extraire (56) de ladite fonction normalisée lesdites composantes sinusoïdales fractionnaires en calculant une valeur réelle en chacun desdits points prédéterminés, en éliminant ainsi une distorsion d'atténuation et une distorsion de dispersion.

2. Procédé de correction de distorsions de perte et de dispersion dans des mesures de câbles selon la revendication 1, comprenant en outre l'étape consistant à afficher (58) un tracé desdites composantes sinusoïdales fractionnaires extraites.

3. Procédé de correction de distorsions de perte et de dispersion dans des mesures de câbles selon la revendication 1, dans lequel lesdits points prédéterminés le long dudit câble sont déterminés conformément à la période d'une fréquence de sondage maximum.