• Hallo liebe Userinnen und User,

    nach bereits längeren Planungen und Vorbereitungen sind wir nun von vBulletin auf Xenforo umgestiegen. Die Umstellung musste leider aufgrund der Serverprobleme der letzten Tage notgedrungen vorverlegt werden. Das neue Forum ist soweit voll funktionsfähig, allerdings sind noch nicht alle der gewohnten Funktionen vorhanden. Nach Möglichkeit werden wir sie in den nächsten Wochen nachrüsten. Dafür sollte es nun einige der Probleme lösen, die wir in den letzten Tagen, Wochen und Monaten hatten. Auch der Server ist nun potenter als bei unserem alten Hoster, wodurch wir nun langfristig den Tank mit Bytes vollgetankt haben.

    Anfangs mag die neue Boardsoftware etwas ungewohnt sein, aber man findet sich recht schnell ein. Wir wissen, dass ihr alle Gewohnheitstiere seid, aber gebt dem neuen Board eine Chance.
    Sollte etwas der neuen oder auch gewohnten Funktionen unklar sein, könnt ihr den "Wo issn da der Button zu"-Thread im Feedback nutzen. Bugs meldet ihr bitte im Bugtracker, es wird sicher welche geben die uns noch nicht aufgefallen sind. Ich werde das dann versuchen, halbwegs im Startbeitrag übersichtlich zu halten, was an Arbeit noch aussteht.

    Neu ist, dass die Boardsoftware deutlich besser für Mobiltelefone und diverse Endgeräte geeignet ist und nun auch im mobilen Style alle Funktionen verfügbar sind. Am Desktop findet ihr oben rechts sowohl den Umschalter zwischen hellem und dunklem Style. Am Handy ist der Hell-/Dunkelschalter am Ende der Seite. Damit sollte zukünftig jeder sein Board so konfigurieren können, wie es ihm am liebsten ist.


    Die restlichen Funktionen sollten eigentlich soweit wie gewohnt funktionieren. Einfach mal ein wenig damit spielen oder bei Unklarheiten im Thread nachfragen. Viel Spaß im ngb 2.0.

[Bauanleitung] Einfaches Kabellängenmessgerät auf TDR-Basis

thom53281

SYS64738
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Hallo zusammen! :)

Nachdem wir ja immer noch so halb im Lockdown feststecken, anbei eine kleine Bauanleitung für einen "kleinen Helfer", den man sich mit etwas Lötaufwand schnell im Bastelkeller zusammenbauen kann. Quasi als Projekt für einsame langweilige Tage. Es handelt sich hierbei um ein Messgerät, welches imho in keinem Elektrokoffer fehlern sollte, in fast allen aber fehlt: Ein , also ein "Impulsreflektometer".

Wofür braucht man einen TDR? Ein TDR ist ein Gerät, mit dem man auf einem Kabel die Entfernung zu einem Ereignis messen kann. Stellt euch mal folgendes vor: In einem Wohnhaus hat der Mieter in die Wand gebohrt und das Telefonkabel verletzt. Einige Adern sind unterbrochen, andere wiederum haben einen Kurzschluss. Das Problem ist nicht sofort aufgefallen und Wochen später denkt niemand mehr an das frisch gebohrte Loch. Mit normalen Methoden kommt man hier nicht mehr weit, denn an beiden Enden kann man zwar den Fehler feststellen, aber nicht den genauen Fehlerort. Nun geht es darum, eine möglichst genaue Schätzung abgeben zu können, wo das Kabel beschädigt wurde, um nicht das komplette Haus aufstemmen zu müssen. Hier braucht man nun einen TDR.

Das Problem dabei ist, ein moderner digitaler TDR kostet schnell mal mehrere hundert Euro. Kauft man sich gebraucht für wenig Geld ein Gerät, so landet man meistens bei den alten analogen Geräten diversen Zustandes mit Bildröhre, die niemand mitschleppen möchte, zumindest täglich in der Werkzeugkiste. Doch halt! Es geht auch günstiger und einfacher. Was ich hier beschreibe, das ist eine möglichst einfach gehaltene TDR-ähnliche Schaltung, die imho für rund 80% aller Anwendungen ausreichend ist, wofür man normalerweise einen TDR bräuchte. Kostenpunkt sind grob geschätzt 4-10€, je nachdem welche Komponenten man verwendet, wo man sie kauft und in welches Gehäuse man sie setzt. Die Schaltung ist einer Schaltung nachempfunden, die ich in einem eines Bekannten gesehen habe. Dort ist im Multimeter eine Zusatzplatine untergebracht, welche die TDR-Messung macht. Der originale Plan war, diese Platine 1:1 nachzubauen. Allerdings war ich nicht imstande, die Schaltung nachzuvollziehen und auch im Mikrocontroller-Forum konnte mir da keiner so direkt mit der Schaltung weiterhelfen - ist auch schwierig, so mit halbem Schaltplan. der originale Thread dazu. Daher ging ich schnell dazu über, mir meine eigene Schaltung zu entwickeln. Sie ist deutlich vereinfacht, aber auch nicht ganz so "bequem" wie das Original, funktioniert allerdings sonst 1:1 gleich.


Benötigte Komponenten:

AnzahlNamePreis
1 0,40€
1 (alternativ vermutlich NE555 auch OK)0,16€
1 0,22€
1 (oder ähnlicher NPN-Transistor)0,02€
1 (oder ähnlicher Kondensator)0,20€
3 1,50€ (100 Stück)
1 1,39€ (50 Stück)
2 1,39€ (50 Stück)
2 1,39€ (50 Stück)
1 0,02€
1 0,05€
2 (oder ähnliches Potentiometer)0,28€
1Schalter 3-polig Ein-Ein (ich habe verwendet, aber auch jeder andere ist OK)0,20€
4 oder Ähnliches (bei Standalone-Bauweise)1,50€ (5 Stück)
1 0,27€
1(optional) (oder irgendein anderer Schalter)0,70€
1(optional) um schwache Batterien auszuschließen0,10€
1(optional) 0,06€
1(optional) 1,49€ (50 Stück)

Die Links sind jetzt alle von Pollin.de, da ich meine Bauteile dort letztens mitbestellt habe. Ihr dürft das auch gern woanders kaufen.


Schaltplan:

[highlight]Achtung! Diese Schaltung wurde nach bestem Wissen und Gewissen entwickelt. Dennoch ist mein Wissen im Bereich Elektronik nicht allumfänglich und ich möchte nicht dafür garantieren, dass sie fehlerfrei ist. Aufbau auf eigene Gefahr! Ich hafte nicht für etwaige Schäden an Personen und/oder Gegenständen. Wer Verbesserungsvorschläge hat, immer her damit. :coffee:[/highlight]





Die Schaltung kann z. B. auf einer Streifenrasterplatine aufgebaut werden. Oder ihr ätzt euch eine eigene Platine, wenn ihr das Equipment dazu habt. Einige Teile wie z. B. die Zenerdiode vor dem 78S05 sind optional, aber durchaus sinnvoll. Ich muss aber auch sagen, dass in meiner Schaltung diese Zenerdiode mangels passender Diode fehlt und ich das bisher nicht probiert habe. In der Theorie sollte es aber funktionieren.


Funktionsweise der Schaltung:

Die Schaltung verfügt über zwei Modi, einmal den Modus "offene Leitung" und einmal den Modus "Kurzschluss". Hierbei muss man ganz klar zwischen den beiden unterscheiden, denn beide Kabelzustände verhalten sich komplett unterschiedlich, können aber beide mit diesem Aufbau gemessen werden. In beiden Fällen arbeitet der NE555P als Rechteckgenerator und legt ein Rechtecksignal von +5V <-> 0V @12µs Pulsdauer am Kabel an.

Bei einem Kabel mit offenem Ende trtt eine, nennen wir es mal, "Einschaltverzögerung" auf. Heißt, die Spannung am Kabel steigt nicht sofort auf 5V, sondern verbleibt zunächst auf 2,5V. Das Kabel wird sozusagen "geladen". Erst wenn das Rechtecksignal am Kabelende angekommen ist und bis zum Messgerät wieder reflektiert wurde, steigt die Spannung auf 5V. Der erste Eingang des NAND-Bausteins stellt dabei ein NOT-Gate dar und invertiert das Signal nur. Von den zweiten Eingängen des NAND wird *eigentlich* nur die AND-Funktion benötigt und das NOT stört, weswegen der dritte Eingang nochmal ein NOT-Gate darstellt um das Signal wieder zurück zu invertieren. Man hätte die Schaltung auch mit einem reinen NOT-Gate und einem separaten AND umsetzen können, allerdings wären dafür dann zwei Bausteine erforderlich gewesen.

Bei einem Kabel mit kurzgeschlossenem Ende funktioniert die ganze Sache etwas anders. Hier ist die Spannung zunächst hoch und fällt dann ab, sobald das Signal am Kabelende (Kurzschluss) angekommen ist und reflektiert wurde. Um diese Schaltung umzusetzen, bräuchte man eigentlich nur ein einzelnes AND-Gate mit der korrekten Schaltschwelle. Daher läuft das in dem Fall über zwei NAND, wird also "zweimal umgedreht".




Disclaimer: Die Erklärung ist jetzt technisch nicht ganz korrekt. Ich denke aber, so versteht man es am besten, was dort passiert.


Erster Prototyp:

Wenn ihr die Schaltung nicht gleich auf eine Platine bannen, sondern erst ausprobieren wollt, könnt ihr sie auf einem Steckbrett aufbauen. So sah mein erster Prototyp aus, nachdem ich damit angefangen hatte, ihn auf einem viel zu kleinen Steckbrett aufzubauen. Ihr solltet das vielleicht eine Nummer größer nehmen.




Einbau der Schaltung in ein Gehäuse (Standalone-Bauweise):

Als Gehäuse habe ich eine alte Fritz!Card geschlachtet. Hab hier noch so einigen Elektroschrott auf Halde in einer Kiste, den man eigentlich entsorgen könnte, aber alles ist in so schönen Gehäusen, die man für neue Zwecke verwenden kann. In Form und Größe hat sich das Gehäuse der Fritz!Card förmlich dafür angeboten. Ihr könnt natürlich auch jedes andere Gehäuse verwenden. Gut ausgestattete Bastelwerkstätten drucken sich einfach das passende Gehäuse im modernen 3D-Drucker. :)

Leider habe ich es versäumt, von der eigentlichen Platine ein Foto zu machen. Wenn ihr aber streng nach Schaltplan vorgeht, kann eigentlich nichts schief gehen. Ich zerlege das fertige Teil jetzt nicht mehr, seid mir nicht böse. Auf der zweiten kleineren Platine befinden sich die Potentiometer. Als Schalter habe ich hier noch zwei Kippschalter für Offen/Kurz (da ich keinen mit genügend Polen hatte) und einer für Ein/Aus. Man muss in dem Fall dann beide Schalter umlegen, um in den jeweils anderen Modus zu gelangen. Der Schiebeschalter kommt in meinem zweiten Aufbau weiter unten zum Einsatz. Die Status-LED habe ich mit Heißkleber an der Stelle eingeklebt, wo früher die DSL-Lampe war. Sobald die Platine eingeschaltet ist, leuchtet die DSL-Lampe nun rot.

Die Buchsen rot-schwarz werden dann mit einem gewöhnlichen Multimeter verbunden. Die blauen Buchsen sind für das Messobjekt.






Messen mit der Schaltung:

Zunächst wird, falls noch nicht geschehen, eine 9V-Batterie eingelegt und die Box eingeschaltet. Die Box wird über die Ausgangsbuchsen mit einem handelsüblichen Multimeter verbunden. Entwickelt habe ich die Schaltung für alle Multimeter, die intern den ICL7106 als Baustein verwenden. Das trifft z. B. auf das DT-830B, das Honeytek HK36A und viele andere günstige Multimeter zu. Mit anderen Multimetern kann es ggf. zu Abweichungen kommen, wenn diese das Signal anders interpolieren. Im Zweifelsfall ein günstiges DT-830B kaufen, kostet nicht viel. Das Multimeter wird auf die 20mA-Skala eingestellt. Die Entfernung kann dann direkt am Multimeter abgelesen werden, der Dezimalpunkt ist dabei zu ignorieren (z. B. Anzeige 2,83mA = 283m).

Als Modus ist grundsätzlich bei jeder Messung mit dem Modus "offene Leitung" zu beginnen, es sei denn, es sind zwei Faktoren erfüllt: Die Leitung ist z. B. laut einer Messung mit dem Multimeter niederohmig kurzgeschlossen und eine Messung mit "offene Leitung" ergibt als Kabellänge 0m. Erst dann darf auf Kurzschluss gemessen werden. Ein TDR (wie auch dieser) misst nicht gegen offene Enden oder Kurzschlüsse, sondern nur gegen die Impedanzfehler die dort meistens (aber nicht immer!) entstehen. Ein Kurzschluss von z. B. 10 Ohm muss nicht zwingend einen ausreichend hohen Impedanzfehler verursachen, dass dieser mit einem TDR messbar wird. Mit "offene Leitung" = 0m kann man sich vergewissern, dass ein ausreichend hoher Impedanzfehler für eine Kurzschlussmessung vorliegt.

Die Messschaltung sollte nicht im Modus "Kurzschluss" ohne angeschlossenes kurzgeschlossenes Kabel betrieben werden. Vor dem Abstecken also immer möglichst ausschalten oder zurück zu "offene Leitung" wechseln.

Hier als Beispiel eine Messung gegen 283m Draht:


(9V-Block war leer, deswegen ist es da an der normalen Stromversorgung)

[highlight]Achtung![/highlight] Vor der ersten Messung bzw. Kalibrierung müssen beide internen Potentiometer auf den maximalen Widerstand eingestellt werden. Wer auf Nummer sicher gehen will, der kann zum Potentiometer in Reihe noch einen Widerstand mit 20-30 Ohm einlöten. Eine Messung sollte ausschließlich an spannungsfreien Kabeln durchgeführt werden.


Kalibrierung:

Man nehme ein etwas längeres Stück eines Kabels (100m?) mit bekannter Länge, möglichst vom selben Typ der gemessen werden soll. Das Kabel wird an der Messschaltung angeklemmt, Ende offen. Nun sollte am Multimeter ein Wert abzulesen sein, der in der Regel weit unter der Kabellänge liegt. Jetzt kann durch Verringern des Widerstands am Potentiometer die korrekte Länge eingestellt werden. Das selbe dann nochmal mit am Ende kurzgeschlossener Leitung und Modus Kurzschluss durchführen, um das zweite Potentiometer zu kalibrieren. Fertig.


Impulslaufzeiten verschiedener Kabel:

Je nach Kabeltyp läuft das Impulssignal in Abhängigkeit des Kabeltyps unterschiedlich schnell. Man spricht hier vom Verkürzungsfaktor der Lichtgeschwindigkeit oder auch von der Impulslaufzeit des Kabels v/2 (in m/µs). Die verschiedenen Impulslaufzeiten seht ihr ganz grob in dieser Tabelle, die keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder Richtigkeit erhebt.


TypLaufzeit in m/µs
Elektrokabel (z. B. NYM)73-85
Telefon-Kunststoffkabel A-2Y(L)2Y in 0,4mm94-98
Telefon-Kunststoffkabel A-2Y(L)2Y in 0,5mm oder 0,6mm102-104
Telefon-Papierkabel (lagenverseilt, z. B. A-PWE2Y)112-120
Koaxialkabel Volldielektrikum99-101
Koaxialkabel Schaumdielektrikum115-127

Wenn ihr also das Gerät z. B. mit einem Telefon-Erdkabel geeicht habt (103m/µs) und dann ein Stromkabel NYM messen wollt (Mittelwert 79m/µs), dann müsst ihr das wie folgt rechnen, wenn ihr nicht wieder neu kalibrieren wollt:

Länge am Gerät / 103 * 79

Eine Anzeige von 50m am Gerät entspricht in dem Beispiel also dann in Wirklichkeit ungefähr 38m.


Grenzen der Schaltung:

Wir sprechen hier jetzt von einer selbstgelöteten Platine mit sehr einfacher Schaltung, wenigen Komponenten und das alles angeschaltet an ein 0815-Multimeter. Die Ansprüche sollten jetzt nicht zu hoch sein. Was damit nicht geht:

  • Messung gegen eine Einzelader. Eine Messung ist wie beim normalen TDR immer nur gegen ein Adernpaar möglich oder gegen Ader+Kabelschirm oder Ader+Erde (mit Vorsicht zu genießen).
  • Messung machen und nach 3,156m muss die Wand aufgestemmt werden. Dafür ist die Schaltung einfach zu grob und auch das Thema mit den unterschiedlichen Laufzeiten darf man nicht vernachlässigen. Um die Messung gegen kurze Entfernungen zu verbessern, kann man ein längeres Messkabel (z. B. 20m) anschließen und dieses dann vom Ergebnis abziehen. Bei Messung gegen Kurzschluss aber auch die Messleitung beim Bestimmen der Länge kurzschließen.
  • Ereignisse innerhalb der Kabelstrecke feststellen, z. B. eine ohmsche Stoßstelle oder ein kapazitiver Fehler. Das Gerät misst grundsätzlich gegen das Kabelende (größter Impedanzfehler), es sei denn, das Kabel-/Adernende ist die Fehlerstelle oder es ist ein richtig extremer Fehler (Kurzschluss auf der Strecke). Hat man so einen besonderen Fall, kann man ein Oszilloskop (falls vorhanden) parallel zum Messobjekt schalten und somit nur den Rechteckgenerator der Platine verwenden.
  • Gegen sauber terminierte Leitungen messen. Ist ein Kabel sauber terminiert (z. B. Netzwerkkabel mit 100 Ohm Widerstand am Ende), so kann in beiden Modi keine Länge bestimmt werden.

Was ihr hier aber bekommt, das ist das klassische Schätzeisen, mit dem man mit etwas Bauchgefühl und Erfahrung dennoch gute Resultate erhalten kann. Was damit sehr gut geht:

  • Offensichtliche Fehler, also Adernunterbrechungen und Kurzschlüsse örtlich grob eingrenzen. Beispielsweise zeigt das Gerät 0m an -> muss an der Dose selbst liegen, kann nicht das Kabel sein.
  • Unbekannte Zwischendosen aufspüren. Beispielsweise Klingelanlage in einem Haus mit acht Stockwerken und nur ein Adernpaar durchverbunden. Freie Adern zeigen 8m an -> irgendwo im Bereich 7-10m muss die Dose sein.
  • Netzwerkkabel in einem Verteiler mit falscher Dokumentation wieder zuordnen. Unbekannte Kabel sind 20m lang -> Können also nur zu Bürotrakt X gehören und nicht zu Y.
  • CAT5-Kabel auf Tauglichkeit für 10GBit/s überprüfen. Bis ca. 20m kein Problem - wie lang sind die Kabel?
  • Verbindungskabel zwischen zwei Gebäuden verläuft durch ein Feld und wurde irgendwo mit dem Pflug beschädigt, doch wo? Von der einen Seite sind es 58m laut Gerät, von der anderen 215m -> da muss irgendwo der Fehler sein.
  • Usw., der Kreativität sind keine Grenzen gesetzt.
Die Platine ist nach meinem bisherigen Wissensstand und mit den genannten Multimetern bis ca. 350m betriebssicher (offene Leitung). Darüber hinausgehend wird zwar auch noch ein Wert angezeigt, dieser ist aber nicht mehr verlässlich und kürzer als die reale Kabellänge. Möchte man eine größere Kabellänge messen können, so müsste man sehr wahrscheinlich den 5,6nF-Kondensator beim NE555 oder die 4,7k-Widerstände vergrößern (ungetestet). Dadurch leidet aber die Genauigkeit bei kürzeren Entfernungen.


Einbau der Platine in ein Multimeter:

Auch das ist grundsätzlich möglich, allerdings in meinen Augen eher problematisch. Ich zeige es hier zwar, wie es geht, rate aber trotzdem zur Standalone-Bauweise, da es einfach in vielen Punkten unproblematischer ist. Beim ICL7106, der in vielen günstigen Multimetern vorkommt, ist der Minuspol der Batterie nicht gleich der internen Masse des Multimeters. Hängt man also die Platine parallel zur Multimeter-Batterie und verbindet sie mit den Messbuchsen, kommt es zu einer Fehlmessung. Dafür habe ich bislang keine Abhilfe finden können. Daher ist ein Einbau in ein Multimeter nur möglich, wenn man im Gerät eine zweite Batterie unterbringen kann.

Ich habe die Schaltung in einem Honeytek HK36A adaptiert. Das Gerät ist mit zweiter Batterie, Platine, zwei Schaltern und Potentiometer brechend voll. Sobald etwas die NCV-Funktion berührt, piepst das Gerät die ganze Zeit. Daher musste ich letztendlich mit Distanzhaltern arbeiten und konnte das Multimeter nicht mehr zu 100% verschließen. Auf der Unterseite kann mittels der Schiebeschalter die Zusatzplatine eingeschaltet werden und der Modus lässt sich wählen. Auch schaltet der Einschalter zeitgleich die Platine zwischen die Messbuchse oder verbindet sie wieder regulär durch. Die Potentiometer sind ebenfalls von unten zugänglich (waren bei dem Foto aber noch nicht an der richtigen Stelle).











Zusammenfassung:

Imho bekommt man hier für wenig Geld und 1-2 Stunden Bastelaufwand einen Zusatz zu seinem bisherigen Multimeter, der einem in vielen Situationen weiter helfen kann. Wenn man erstmal ein derartiges Messgerät hat, glaubt man gar nicht, wie oft man es eigentlich brauchen kann. Vor allem dann, wenn man im Bereich Elektro und Telekommunikation/Netzwerk unterwegs ist.

Viel Spaß beim Nachbauen! :)
 
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