如何使用示波器測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)度

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

使用示波器測(cè)量電線或?qū)Ь€的長(zhǎng)度。

實(shí)驗(yàn)原理

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

時(shí)域反射計(jì)的一個(gè)用處是可以用來(lái)測(cè)量電纜（雙絞線、同軸電纜）的長(zhǎng)度。

時(shí)域反射計(jì)大概長(zhǎng)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(lái)測(cè)量導(dǎo)線的長(zhǎng)度。

下面我們講一下使用 TDR 測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)度的原理：

時(shí)域反射計(jì)原理

向未知長(zhǎng)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(kāi)的，信號(hào)會(huì)在到達(dá)終點(diǎn)后反射（reflection）回來(lái)，回到出發(fā)點(diǎn)，使用示波器測(cè)量信號(hào)從發(fā)射到反射回來(lái)的時(shí)間差，可以計(jì)算出電纜的長(zhǎng)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(méi)有辦法釋放，就會(huì)沿著導(dǎo)線反傳回來(lái)。就跟我們對(duì)著墻喊，聲音碰到墻反傳回來(lái)產(chǎn)生回音一個(gè)道理。

計(jì)算電纜長(zhǎng)度的公式如下：

長(zhǎng)度計(jì)算公式

L = 電纜長(zhǎng)度，單位：米。

Δt = 信號(hào)從發(fā)射到反射回來(lái)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(wú)單位。

電信號(hào)在電纜中的速度無(wú)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）?？s寫：VF 或者 VOP。

對(duì)于同軸電纜來(lái)說(shuō)，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(cè)試電纜

BNC 轉(zhuǎn)接頭

我們分別測(cè)試兩種線纜的長(zhǎng)度：

實(shí)驗(yàn)步驟

測(cè)試 BNC 延長(zhǎng)線長(zhǎng)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(cè) BNC 延長(zhǎng)線插入三通頭，上電：

3. 截取波形，使用示波器光標(biāo)測(cè)量功能測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差：

測(cè)量?jī)蓚€(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(lái)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(zhǎng)度

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

1. 換一個(gè)接頭測(cè)量 0.75 平方電線的長(zhǎng)度：

換一個(gè)接頭測(cè)量 0.75 平方電線的長(zhǎng)度

2. 波形如下：

測(cè)量0.75平方電線長(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)度

上面我們計(jì)算出的線纜長(zhǎng)度為 5.504 米，我的這根線的實(shí)際長(zhǎng)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(zhǎng)度的線纜，通過(guò)以下公式求出：

求速度因子的公式

VF = 線纜速度因子，常量，無(wú)單位。

L = 線纜長(zhǎng)度，單位：米。

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

C = 光速，單位：米/秒。

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