Et tidsdomæne-reflektometer ( TDR ) er et elektronisk instrument, der anvender tidsdomæne-reflektometri til at karakterisere og lokalisere fejl i metalliske kabler (for eksempel snoet par-wire eller koaksialkabel ). [1] Det kan også bruges til at lokalisere diskontinuiteter i en stik, et printkort eller en anden elektrisk sti. Den tilsvarende indretning til optisk fiber er et optisk tidsdomæne-reflektometer .
Beskrivelse
En TDR måler refleksioner langs en leder. For at måle disse refleksioner sender TDR et hændelsessignal til lederen og lytter efter dens refleksioner . Hvis lederen har en ensartet impedans og er korrekt afbrudt , vil der ikke være nogen refleksioner, og det resterende hændelsessignal vil blive absorberet ved fjernenden ved opsigelsen. I stedet, hvis der er impedansvariationer, så vil noget af hændelsessignalet blive reflekteret tilbage til kilden. En TDR svarer i princippet til radar .
Afspejling
Generelt vil refleksionerne have samme form som indfaldssignalet, men deres tegn og størrelse afhænger af ændringen i impedansniveauet. Hvis der er en trinforøgelse i impedansen, vil refleksionen have det samme tegn som indfaldssignalet; hvis der er et trinfald i impedansen, vil refleksionen have det modsatte tegn. Størrelsen af refleksionen afhænger ikke kun af mængden af impedansændringen, men også af tabet i lederen.
Refleksionerne måles ved output / input til TDR og vises eller plottet som en funktion af tiden. Alternativt kan displayet læses som en funktion af kabellængden, fordi hastigheden af signaludbredelsen er næsten konstant for et givet transmissionsmedium.
På grund af dens følsomhed over for impedansvariationer kan en TDR bruges til at verificere kabelimpedansegenskaber, splejsnings- og forbindelsessteder og tilhørende tab og estimere kabellængder.
Incidentsignal
TDR'er bruger forskellige hændelsessignaler. Nogle TDR'er sender en puls langs lederen; opløsningen af sådanne instrumenter er ofte bredden af pulsen. Smalle impulser kan tilbyde god opløsning, men de har højfrekvente signalkomponenter, der dæmpes i lange kabler. Pulsens form er ofte en halvcyklus sinusformet. [2] Ved længere kabler anvendes bredere pulsbredder.
Hurtige stigetidstrin anvendes også. I stedet for at se efter afspejling af en komplet puls, er instrumentet berørt af den stigende kant, hvilket kan være meget hurtigt. [3] En 1970'ers teknologi TDR brugte trin med en stigningstid på 25 ps. [4] [5] [6]
Endnu andre TDR'er transmitterer komplekse signaler og registrerer refleksioner med korrelationsteknikker. Se Spread-spectrum tidsdomæne-reflektometri .
Anvendelse
Tidsdomæne-reflektometre bruges almindeligvis til in-place-test af meget lange kabelbaner, hvor det er upraktisk at grave op eller fjerne, hvad der kan være et kilometerlængt kabel. De er uundværlige til forebyggende vedligeholdelse af telekommunikationslinjer , da TDR'er kan registrere resistens på led og stik, da de korroderer og øger isolationslækage, da det nedbryder og absorberer fugt, længe før det fører til katastrofale fejl. Ved hjælp af en TDR er det muligt at bestemme en fejl inden for centimeter.
TDR'er er også meget nyttige værktøjer til tekniske overvågningstiltag , hvor de bidrager til at bestemme eksistensen og placeringen af ledningskraner . Den lille ændring i linjeimpedans forårsaget af indføring af et tryk eller splejsning vil dukke op på skærmen af en TDR, når du er forbundet til en telefonlinje.
TDR-udstyr er også et vigtigt redskab i fejlanalysen af moderne højfrekvente printplader med signalspor fremstillet til at efterligne transmissionslinjer . Ved at observere refleksioner kan nogen usolderede stifter i en kuglegitter array enhed detekteres. Kortslutte stifter kan også påvises på lignende måde.
TDR-princippet anvendes i industrielle omgivelser, i så forskellige situationer som test af integrerede kredsløbspakker til måling af væskeniveauer. I det tidligere er tidsdomæne-reflektometeret brugt til at isolere svigtende steder i det samme. Sidstnævnte er primært begrænset til procesindustrien.
I niveau måling
I en TDR-baseret målingsenhed genererer enheden en impuls, der formerer sig ned over en tynd bølgeleder (kaldet en probe) - typisk en metalstang eller et stålkabel. Når denne impuls rammer overfladen af mediet, der skal måles, reflekterer en del af impulsen tilbage op på bølgelederen. Enheden bestemmer væskeniveauet ved at måle tidsforskellen mellem, hvornår impulsen blev sendt, og når refleksionen vendte tilbage. Sensorerne kan afgive det analyserede niveau som et kontinuerligt analogt signal eller skifte udgangssignaler. I TDR-teknologi påvirkes impulshastigheden primært af permittiviteten af det medium, gennem hvilket pulsen formerer sig, hvilket kan variere meget af medieindholdets fugtindhold og temperatur. I mange tilfælde kan denne virkning korrigeres uden unødig vanskelighed. I nogle tilfælde, f.eks. I kogende og / eller høje temperaturer, kan korrektionen være vanskelig. Især kan bestemmelsen af skumhøjden (skumhøjden og det sammenbrudte væskeniveau i et skummet / kogende medium være meget vanskeligt.
Anvendes i ankerkabler i dæmninger
The Dam Safety Interest Group af CEA Technologies, Inc. (CEATI), et konsortium af elforsyningsorganisationer, har anvendt Spread-spectrum-tidsdomæne-reflektometri til at identificere potentielle fejl i betonforankringskabler. Den vigtigste fordel ved Time Domain reflektometri over andre testmetoder er den ikke-destruktiv metode til disse tests. [8]
Anvendes i jord- og landbrugsvidenskab
Hovedartikel: Måling af fugtindhold ved brug af tidsdomænereflektometri
En TDR bruges til at bestemme fugtindhold i jord og porøse medier. I løbet af de sidste to årtier er der gjort betydelige fremskridt med måling af fugt i jord, korn, madvarer og sediment. Nøglen til TDRs succes er dens evne til nøjagtigt at bestemme permittiviteten (dielektrisk konstant) af et materiale fra bølgeformidling på grund af det stærke forhold mellem materialets permittivitet og dets vandindhold, som det fremgår af pionerarbejdet Hoekstra og Delaney (1974) og Topp et al. (1980). Seneste anmeldelser og referencearbejde om emnet omfatter Topp og Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp og Ferre (2002) og Robinson et al. (2003). TDR-metoden er en transmissionslinjeteknik og bestemmer tilsyneladende permittivitet (Ka) fra rejsetiden for en elektromagnetisk bølge, der formeres langs en transmissionslinie, sædvanligvis to eller flere parallelle metalstænger indlejret i jord eller sediment. Proberne er typisk mellem 10 og 30 cm lange og forbundet til TDR via koaksialkabel.
I geoteknisk brug
Tidsdomæne-reflektometri er også blevet brugt til at overvåge hældningsbevægelsen i en række geotekniske indstillinger, herunder motorvejsskæringer, jernbanesenge og åbne miner (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b; Kane & Beck, 1999). I stabilitetsovervågningsprogrammer, der anvender TDR, installeres et koaksialkabel i et vertikalt borehul, der passerer gennem det berørte område. Den elektriske impedans på et hvilket som helst punkt langs et koaksialkabel ændres med deformation af isolatoren mellem lederne. En skør grout omgiver kablet til at oversætte jordbevægelsen til en abrupt kabeldeformation, der opstår som en detekterbar top i reflektanssporet. Indtil for nylig var teknikken relativt ufølsom over for små hældningsbevægelser og kunne ikke automatiseres, fordi den var afhængig af menneskelig detektering af ændringer i reflektanssporingen over tid. Farrington og Sargand (2004) udviklede en simpel signalbehandlingsteknik ved hjælp af numeriske derivater til at udtrække pålidelige indikationer på hældningsbevægelse fra TDR-data meget tidligere end ved konventionel fortolkning.
En anden anvendelse af TDR'er inden for geoteknik er at bestemme jordens fugtindhold. Dette kan gøres ved at placere TDR'erne i forskellige jordlag og måling af tidspunktet for nedbørstart og den tid, hvor TDR angiver en forøgelse af jordens fugtindhold. Dybden af TDR (d) er en kendt faktor, og den anden er den tid, det tager vanddråbet at nå denne dybde (t); Derfor kan hastigheden af vandinfiltration (v) bestemmes. Dette er en god metode til at vurdere effektiviteten af Best Management Practices (BMP'er) til reduktion af stormvand overfladeafstrømning .
I halvlederanalyse
Tidsdomæne-reflektometri anvendes i halvlederfalsanalyse som en ikke-destruktiv metode til lokalisering af defekter i halvleder-enhedspakker. TDR'en tilvejebringer en elektrisk signatur af individuelle ledende spor i enhedspakken og er nyttig til bestemmelse af placeringen af åbninger og shorts.
Ved vedligeholdelse af luftfartskabler
Tidsdomæne-reflektometri, specifikt spredningsspektrum-tidsdomæne-reflektometri anvendes til luftfartskabler til både forebyggende vedligeholdelse og fejlplacering. [9] Reflekterende spektrum-tidsdomæne-reflektometri har den fordel, at man netop lokaliserer fejlstedet inden for tusindvis af miles af flyledninger. Desuden er denne teknologi værd at overveje for overvågning i realtid af luftfart, da spredningsfeltreflektometri kan anvendes på levende ledninger.
Denne metode har vist sig at være nyttig til at lokalisere intermitterende elektriske fejl. [10]
Multi-carrier tid domæne reflektometri (MCTDR) er også blevet identificeret som en lovende metode til indlejrede EWIS diagnose eller fejlfinding værktøjer. Baseret på indsprøjtningen af et multicarrier signal (respekt for EMC og uskadelig for ledningerne) giver denne intelligente teknologi information til detektering, lokalisering og karakterisering af elektriske defekter (eller mekaniske defekter med elektriske konsekvenser) i ledningssystemerne. Hård fejl (kort, åben kredsløb) eller intermitterende defekter kan detekteres meget hurtigt, hvilket øger pålideligheden af ledningssystemer og forbedrer vedligeholdelsen. [11]
