Uppgift3 - Fysik

KURS UPPGIFT VERSION
ELMÄT B Snabba förlopp 3 January 19, 2007
Se även första sidan i detta kapitel.
GRUNDUPPGIFT
Inledande uppgift:
För att ni skall komma in i problemställningen och få ordning på instrumenten börjar
ni lämpligen med att gå igenom kapitel 1 och 2 i introduktionsmanualen för Agilent
Infiniium 54810A oscilloskopet. Som pulskälla kan ni använda pulsgeneratorn HP
8013B. Ställ in en puls som är ca. 20ns lång, 1µs pulsperiod och som har amplituden
1V. Gör sedan uppgift 3 sid 25 i lab FEM6 (A5). Ni vinner både tid och förståelse
genom att göra detta. Som avslutning på uppgiften gör ni en bestämning av
dämpningen i en RG58 kabel och anger denna i lämplig enhet.
Observera att hela den inledande uppgiften är obligatorisk men den behöver inte redovisas i
vare sig labrapport eller förstudie.
Uppgift:
Löptidsmasspektroskopi (Time Of Flight Mass Spectrometry TOFMS) är en ofta
använd metod inom fysiken då man vill studera det kemiska innehållet i ett material.
Metoden bygger på att atomerna (jonerna) som skall analyseras rycks loss från
materialet med en kort energipuls, tex laser eller högspänning. Därefter mäter man
tiden det tar för de olika partiklarna att nå en detektor, ju större massa desto längre
tid. En variant av TOFMS, kallad Atom-Probe, finns beskriven i referens (A8). Den
centrala elektroniska komponenten i denna teknik är en pulsgenerator som är
kapabel att alstra pulser i kV klassen med varaktighet på ungefär 10 ns. Den korta
pulslängden är viktig för att få hög tidsupplösning i löptidsmätningen.
M.h.a. referens (A9) och ett Hg fuktat relä (A7) skall ni bygga en sådan pulsgenerator
som ger rektangulära pulser men vi nöjer oss med lägre spänning. Använd
principen i fig 5.8 ( b,c) i referensen (A9) ovan. Pulslängden skall vara ca. 15 ns och
ha spänningen 5V. Repetitionsfrekvensen bestäms av reläets maximala till/frånslags
frekvens. Funktionen blir dock säkrare om man kör vid lägre frekvens, kanske en
fjärdedel av maxfrekvensen. Som pulslängds bestämmande element skall ni använda
en "tvinnad-par" ledning som ni tillverkar själva av en rulle stubintråd (tunn isolerad
enkelledare). I uppgiften ingår att ni skall förklara hur (och varför) pulslängd och
amplitud beror av matningsspänning och ledningslängd.
Utrustning:
Agilent Infiniium 54810A oscilloskopet
HP 8013B Pulsgenerator till inledningsuppgiften.
Stubintråd (tunn isolerad enkelledare).
Kvicksilverfuktat relä (ger en mycket snabb och säker kontaktering)
Instrumenten på er labbänk.

EXTRAUPPGIFT:
Ni har i er tidigare uppgift studerat hur en transmissionsledning kan användas som
ett kretselement. I denna extrauppgift skall ni i stället titta på hur pulsmätningar på
kablar kan tillämpas för felsökning genom "Time Domain Reflectivity TDR"
tekniken.
1) Under kriget vid gulfen blev stora delar av Kuwaits telefonnät förstört. För att
återuppbygga detta har bl.a. Ericsson kontrakterats. Ett nyckelinstrument vid den
typen av jobb är en TDR mätare. Det är används både vid direkt felsökning men
också för dokumentation av utförda arbeten. Ericsson har köpt ett flertal instrument
av precis den typ som ni skall jobba med här och er uppgift illustrerar den typ av
mätningar som kan tänkas ske i Kuwait.
En kabel enlig figur nedan sträcker sig från ET-labbet enligt en karta som erhålles
från assistenten. Den enda punkt där ni kommer åt att göra mätningar är vid BNCkontakten,
alla andra skarvar etc. är oåtkomliga (ligger t.ex. under jord). Den okända
kabelns bortre ända är godtyckligt avslutad (t.ex. avgrävd). Dock har ni fri tillgång
till RG58 kabel om ni vill göra någon referensmätning på denna.
Er uppgift är att bestämma den karakteristiska impedansen i den okända kabeln
samt lokalisera kabelskarven. Då ni anser er färdiga kan ni "gräva upp" änden på den
okända kabeln och kontrollera resultatet (hur?). Har ni mätt rätt? Om inte, vad har
blivit fel?
2) Med instrumenten nedan är det också möjligt att detektera transienta fel t.ex om
kabeln emellanåt blir klämd i en dörr. Lär er hur man gör, säg till assistenten, gå
sedan och fika så får vi se om något fel har dykt upp under tiden. Lokalisera och
diagnostisera felet.
BNC-kontakt
Förseglad kabelända
Förseglad kabelskarv
RG58 kabel Okänd kabel
Eftersom detta är en extrauppgift är det upp till er att göra något intressant av
uppgiften och åstadkomma en läsvärd rapport.
Utrustning:
Tektronix 1503C Metallic Time Domain Reflectometer
Utrustningen på labbänken.