МАЛОГАБАРИТНЫЙ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ...

Поиск трасс проложенных в земле кабелей связи и определение глубины их залегания - важные задачи линейных служб предприятий электросвязи.
Для поиска трасс кабелей в условиях сильных помех в конце 60-х гг. был разработан кабелеискатель КИ-4П, выпуск которого осуществлялся в 70-е годы Одесским заводом "Промсвязь". но был прекращен из-за запрета Госстандартом СССР, так как не выполнялся ряд его требований. Было изготовлено более 10 000 изделий. Многие предприятия связи имеют такие кабелеискатели и пользуются ими сейчас. Кабелеискатель КИ-4П давал возможность находить трассу и определять глубину залегания кабеля в условиях сильных помех при мощности генератора 2 Вт.
Недостатки кабелеискателя КИ-4П: сложная супергетеродинная схема приемного устройства, большие габариты и вес (около 4 кг); оператору надо нести его на груди в процессе поиска трассы кабеля. Кроме того, при определении глубины залегания кабеля необходимо было выполнить относительно большое число операций. Однако, несмотря на недостатки, КИ-4П долгие годы (около 20 лет) был единственным помехозащищенным кабелеискателем.
В перестроечные годы ряд предприятий, в том числе и ВПК, осуществлял выпуск кабелеискателей, характерная особенность которых - относительно малые чувствительность и избирательность приемного устройства, с полосовым RC-звеном активного фильтра второго порядка, и отсюда - использование значительно более мощного, чем у КИ-4П (несколько десятков ватт), генератора. Таким образом, была предпринята попытка компенсировать недостаток в чувствительности и помехозащищенности кабелеискателя путем увеличения мощности генератора.
Но это нерационально: при работе в полевых условиях требуется переносить генератор и аккумуляторную батарею увеличенной массы, поскольку автомобиль не всегда может близко подъехать к месту подключения генератора к линии. Кроме того, при удалении кабелеискателя от места подключения генератора интенсивность сигнала от кабеля уменьшается и, следовательно, снижается помехозащищенность .
Предусмотренное в таких мощных генераторах снижение выходной мощности путем уменьшения возбуждения его выходного каскада также нежелательно, так как приводит к значительному уменьшению дальности работы и снижению помехозащищенности кабелеискателя; а также к резкому понижению КПД генератора, т. е. к неоправданному расходу тока от аккумуляторной батареи. Генераторы же мощностью более 2 Вт во многих случаях создают помехи в действующих кабелях связи. Поэтому, по требованию Минсвязи РФ, выпускавшийся долгие годы Одесским заводом "Промсвязь" генератор ГИС имеет выходную мощность 2 Вт.
С учетом недостатков кабелеискателей КИ-4П, других произведенных в последние годы, и того, что большая часть кабелеискателей КИ-4П пришла в полную негодность, проведена разработка малогабаритного и легкого кабелеискателя с электрическими параметрами не хуже, чем у КИ-4П. Разработка завершилась изготовлением пяти лабораторных образцов кабелеискателей, получивших наименование КИ-5, которые по чувствительности, избирательности и стабильности усиления превзошли кабелеискатель КИ-4П. Вес КИ-5 - около 1 кг, генератора - 1,5 кг.
Кабелеискатель пригоден для поиска трасс и определения глубины залегания любых кабелей связи, в том числе оптических, если в последних имеется хотя бы одна медная жила.
В комплект КИ-5 входят два устройства: генератор, подключаемый к кабелю, трассу которого определяют; приемное устройство, собственно "кабелеискатель", с помощью которого улавливают возбуждаемое вокруг кабеля магнитное поле и по его интенсивности определяют положение кабеля в земле.
Генератор состоит из задающего генератора с кварцевой стабилизацией частоты и делителя частоты, позволяющего получить импульсные последовательности с частотами 1071..Л073 Гц и 0,5 Гц. Из импульсной последовательности 1071 Гц с помощью фильтра нижних частот выделяются синусоидальные колебания 1071 Гц. Из импульсной последовательности 0,5 Гц (длительность периода - около 2 с) выделяются короткие импульсы длительностью 0,1...0,05 с с частотой следования 0,5 Гц.
Импульсы используются для создания коротких пауз в непрерывном синусоидальном сигнале частоты 1071 Гц, чтобы сигнал от генератора во время поиска трассы кабеля можно было отличить от помехи. Для этого на выходе фильтра включен электронный ключ, с помощью которого создаются упомянутые паузы в непрерывном сигнале. Далее включен двух ваттный усилитель мощности с выходным трансформатором, вторичная обмотка которого выполнена с отводами для обеспечения согласования выхода генератора с кабельными линиями, имеющими различное волновое сопротивление.
Питание генератора - либо через выпрямительное устройство (сеть 220 В) или от батареи напряжением 12 Вт при работе в полевых условиях.
Кабелеискатель состоит из корпуса и ручки общим размером 205 х 185 х 35 мм, штанги, одним концом жестко соединенной с корпусом, а другим -шарнирно с магнитной антенной. Общая длина кабелеискателя КИ-5 -700 мм.
В корпусе кабелеискателя размещены узкополосный усилитель, аккумуляторная батарея 7Д-ОД25Д, зарядное устройство, устройство защиты аккумуляторной батареи от переразряда, стрелочный прибор, звуковой излучатель и ручки управления. Ручка регулировки усиления расположена перед большим и указательными пальцами руки, в которой оператор несет кабелеискатель, что удобно в работе, так как создается возможность регулировать усиление, не прибегая к помощи второй руки.
В приборе предусмотрен контроль напряжения питания аккумуляторной батареи. Наличие акустического устройства позволяет освободить оператора от неудобств, связанных с необходимостью надевать головные телефоны, и от шнура, соединяющего телефоны с корпусом кабелеискателя.
Таким образом, создана моноконструкция, которую при поиске трассы кабеля можно легко нести в руке и наблюдать за показаниями стрелочного прибора, шкала которого расположена перед кистью руки, несущей кабелеискатель. При этом магнитная антенна оказывается расположенной близко к поверхности земли, что освобождает оператора от необходимости наклоняться, если сигналы от кабеля принимаются слабо.
При разработке усилителя кабелеискателя КИ-5 особое внимание было уделено получению максимально высокого коэффициента усиления, а также высокой стабильности и устойчивости. Было получено усиление около 700 000, что обеспечивает полное отклонение стрелки индикаторного прибора при подаче на вход усилителя сигнала напряжением 1,4 мкВ. Отношение сигнал/шум - около 20 дБ. Усиление усилителей других кабелеискателей, например МИК или ПО "Алас электроник" (Москва), приблизительно в 10 раз ниже.
Примененная в кабелеискателе аккумуляторная батарея 7Д-0.125Д отличается высокой надежностью, благодаря тому, что элементы надежно изолированы друг от друга и соединены между собой при помощи электросварки. Практически такие батареи работают 10 лет и более и через 10 лет сохраняют приблизительно половину своей емкости.
Магнитная антенна с шарнирным устройством позволяет определять глубину залегания кабеля любым из известных методов: по разности уровней принимаемого сигнала при горизонтально расположенной антенне, при повороте антенны на угол 45?, при вертикальном ее расположении. Каждый имеет свои преимущества и недостатки.
Температурные испытания кабелеискателей проводились на трех образцах в диапазоне температур от минус 20? С до плюс 50?С. При минус 20?С частотная характеристика (ЧХ) смещалась в сторону снижения частоты не более чем на 3 Гц, а усиление уменьшалось на 3 дБ. При температуре плюс 50?С усиление практически не изменялось, а частотная характеристика смешалась в сторону увеличения частоты на 2 Гц.
На рисунке приведена частотная характеристика 1 кабелеискателя, удовлетворяющая требованиям высокой помехозащищенности, полученная экспериментальным путем. Были изготовлены три макета кабелеискателей с полосовыми LC-фильтрами: первый - шестого порядка, второй - восьмого и третий -десятого порядка.
Макеты привезли на участок, где трасса кабеля проходила под ЛЭП и в непосредственной близости от радиовещательной станции. ЛЭП имела опоры, существенно более высокие, чем у мощных ЛЭП, каждый токонесущий провод которых составлен из трех проводов. Генератор кабелеискателя был включен на ОУП по схеме "пара жил - оболочка" при коротком замыкании на противоположном конце. Участок испытаний находился на расстоянии 5 км от места, где был включен генератор. Сигнал от кабеля принимался при значительно сниженном усилении усилителей кабелеискателей.
Однако, наряду с принимаемым от кабеля сигналом, в первом и втором испытуемых макетах была слышна речь диктора, причем слабее - во втором макете. В третьем макете, с фильтром десятого порядка, речь диктора слышна не была. Не были слышны также помехи от ЛЭП, как импульсные, так и аналоговые - от 21-й и 22-й гармоник частоты 50 Гц.
Таким образом, кабелеискатель с фильтром десятого порядка обеспечивал уверенный прием сигнала от кабеля и не воспринимал помех сразу от двух мешающих объектов - радиостанции и ЛЭП.
На рисунке для сравнения приведена ЧХ 2 полосового звена второго порядка с добротностью полюса 70. Такую характеристику имеют кабелеискатели, выпускаемые различными предприятиями.
Как показывает кривая 1 рисунке, на частоте 1050 Гц (21-я гармоника) ослабление сигнала равно 26 дБ , а на частоте 1100 Гц (22-я гармоника) - 35 дБ. На частотах 1000 и 1150 Гц (соответственно 20-я и 23-я гармоники) сигнал ослаблен более чем на 80 дБ, что указывает на высокую защищенность кабелеискателя не только от тока промышленной частоты и его гармоник, но и от звуковых частот. Полоса пропускания кабелеискателя на уровне 6 дБ равна 18...20 Гц, а на уровне 1 дБ - 10 Гц, что дает запас на возможные небольшие нестабильности частоты генератора и фильтра при изменении температуры окружающей среды, старении и других факторах.
Испытания кабелеискателя КИ-5 при подключении генератора по схеме "пара жил - оболочка" при коротком замыкании на противоположном конце проводились авторами разработки совместно с ведущими специалистами ТЦУ-22, под различными ЛЭП, главным образом мощными, вблизи радиовещательных станций, а также вблизи железной дороги. Во всех случаях КИ-5 не воспринимал помехи и уверенно принимал сигналы от кабеля. В этих же условиях кабелеискатель ИП-8 принимал только помеху от ЛЭП.
Определялся также уровень помех от ЛЭП. Кабелеискатель КИ-5 относили достаточно далеко от кабеля, так, чтобы сигналы от него не воспринимались при максимальном усилении. При этом уровень помех под ЛЭП был не более одного- двух делений шкалы стрелочного прибора. Иногда имели место короткие акустические щелчки, на которые стрелочный прибор не успевал отреагировать. Вблизи железной дороги уровень помех имел такую же величину. Однако в моменты, когда мимо проезжала электричка, помехи резко увеличивались.
Испытаний на дальность работы по схеме "пара жил - оболочка" не было, так как усиление кабелеискателя КИ-5 больше, чем у КИ-4П, а с помощью последнего трасса кабеля прослеживается от ОУП до ОУП.
Испытания на дальность работы кабелеискателя КИ-5 по схеме "оболочка-земля" проводились на коаксиальном кабеле, совместно с кабелеискателем ИП-8. В качестве генератора использовался генератор ГИС от трассопоискового комплекта. При удалении от места включения генератора на 1 км кабелеискатель ИП-8 перестал принимать сигналы от кабеля на головные телефоны; стрелка прибора уже давно находилась на нулевой отметке. На этом же расстоянии кабелеискатель КИ-5 уверенно принимал сигнал от кабеля. Стрелка прибора КИ-5 регулятором усиления устанавливалась на максимальную отметку шкалы; имел место еще 20-30-пропент-ный запас по усилению.
Технические возможности кабелеискателя КИ-5 были высоко оценены пе только ведущими специалистами по линейным сооружениям предприятий отрасли "Связь", в том числе ТЦУ-22, но и связистами Московского метрополитена.
Вблизи одного из депо метро строителями был порван принадлежащий метрополитену многопарный телефонный кабель. Имеющимися у связистов метро кабелеискателями (ИП-8 и, другими) место обрыва и трассу кабеля обнаружить не удавалось. Кабелеискателем КИ-5 была прослежена вся трасса кабеля и найден конец кабеля, где имелась короткозамкнутая пара. С другой стороны обрыва кабеля, где не было короткозамкнутых пар, удалось подойти к концу кабеля на расстояние 10... 15 м, что облегчило нахождение второго конца кабеля.
В результате пожара, возникшего 1 марта 1996.г. из-за короткого замыкания силовой электросети в тоннеле Московского метрополитена в направлении от станции Новослободская, выгорело большое число связных кабелей. При проведении восстановительных работ связисты метро своими кабелеискателями также не смогли проследить трассы поврежденных кабелей связи. Только с помощью кабелеискателя КИ-5 оказалось возможным найти все трассы оборванных кабелей. Были проведены восстановительные работы.
Два лабораторных образца кабелеискателей КИ-5 были испытаны линейной службой ТЦМС-5 Самары, двумя группами специалистов, при температуре от минус 2?С до плюс ТС. Первая группа проводила испытания возле радиоцентра, с мощной длинноволновой радиовещательной станцией и ЛЭП; вторая проводила испытания кабелеискателя на дальность трассы, определение глубины залегания, а также в зоне действия помех, создаваемых мощной ЛЭП.
Как следует из протоколов испытаний, кабелеискатель КИ-5 во всех случаях испытаний уверенно определял трассу и глубину залегания кабеля и не воспринимал никаких помех. Кабелеискатель КИ-5 имел наибольшую дальность поиска трассы кабеля, равную 80 км от места включения генератора. Кабелеискатели ИП-8 и ИСК-П имели дальность поиска трассы кабеля 60 км, а КИ-4П - 30 км. Таким образом, специалистами Самары подтверждены высокие технические параметры кабелеискателя КИ-5.
Рассмотренные случаи поиска трасс кабелей с помощью кабелеискателя КИ-5, как в условиях сильных помех, так и в других тяжелых случаях поиска, подтверждают целесообразность и необходимость оснащения такими кабелеискателями линейных служб. При этом можно обходиться генераторами ГИС мощностью 2 Вт, которых много в линейной службе, и не прибегать к применению генераторов мощностью 20 Вт и более. Последние в 2 и большее число раз дороже, а цена высокочувствительного и высокоизбирательного кабелеискателя возрастает приблизительно па 50%.
Итак, разработан малогабаритный и легкий кабелеискатель КИ-5 с электрическими параметрами, по чувствительности и избирательности лучшими, чем у кабелеискателя КИ-4П. По сравнению с другими кабелеискателями, выпускаемыми в России, КИ-5 имеет приблизительно в 10 раз большую чувствительность при отношении сигнал/шум около 20 дБ и в сотни раз большую избирательность. Проведенные испытания пяти образцов кабелеискателей КИ-5 подтвердили их высокие электрические и конструктивные параметры.