Un reflectmetru de domeniu în timp ( TDR ) este un instrument electronic care utilizează reflectometria domeniului de timp pentru a caracteriza și localiza defecțiunile cablurilor metalice (de exemplu, perechea de fire răsucite sau cablu coaxial ). [1] Poate fi folosit și pentru localizarea discontinuităților într-un conector, placă de circuite imprimate sau orice altă cale electrică. Dispozitivul echivalent pentru fibra optica este un reflectometru optic de timp .
Descriere
Un TDR măsoară reflecțiile de-a lungul unui dirijor. Pentru a măsura aceste reflecții, TDR va transmite un semnal incident către conductor și va asculta reflecțiile sale. Dacă conductorul are o impedanță uniformă și este reziliat corespunzător, atunci nu vor mai exista reflexii, iar semnalul incidentului rămas va fi absorbit la capătul opus de terminare. În schimb, dacă există variații ale impedanței, atunci un semnal incident va fi reflectat înapoi la sursă. Un TDR este similar în principiu cu radarul .
Reflecţie
În general, reflexiile vor avea aceeași formă ca semnalul incident, dar semnul și magnitudinea lor depind de schimbarea nivelului de impedanță. Dacă se înregistrează o creștere a impedanței, atunci reflexia va avea același semn ca semnalul incidentului; dacă există o scădere treptată a impedanței, reflecția va avea semnul opus. Amploarea reflexiei depinde nu numai de valoarea schimbării impedanței, ci și de pierderea conductorului.
Reflexiile sunt măsurate la ieșirea / intrarea în TDR și afișate sau reprezentate grafic în funcție de timp. În mod alternativ, afișajul poate fi citit ca o funcție a lungimii cablului deoarece viteza de propagare a semnalului este aproape constantă pentru un mediu de transmisie dat.
Datorită sensibilității sale la variațiile de impedanță, un TDR poate fi folosit pentru a verifica caracteristicile impedanței cablului, locațiile îmbinărilor și conectorilor și pierderile asociate și estimarea lungimilor cablurilor.
Incident semnal
Difuzoarele TDR utilizează semnale diferite de incident. Unele TDR transmit un impuls de -a lungul conductorului; rezoluția acestor instrumente este adesea lățimea pulsului. Impulsurile înguste pot oferi o rezoluție bună, dar ele au componente de semnal de înaltă frecvență care sunt atenuate în cablurile lungi. Forma pulsului este adesea sinusoidă pe jumătate de ciclu. [2] Pentru cabluri mai lungi, sunt utilizate lățimi mai mari de impulsuri.
Sunt utilizate, de asemenea, pași de creștere rapidă . În loc să căutați reflexia unui puls complet, instrumentul este preocupat de marginea în creștere, care poate fi foarte rapidă. [3] O tehnologie TDR din anii 1970 a utilizat pași cu un timp de creștere de 25 ps. [4] [5] [6]
Încă alte TDR transmit semnale complexe și detectează reflexii cu tehnici de corelare. Vedeți reflectometria domeniului spectrului de timp difuzat .
folosire
Reflectometrele de domeniu de timp sunt utilizate în mod obișnuit pentru testarea pe loc a cablurilor foarte lungi, unde este imposibil să se sapă sau să se elimine ceea ce poate fi un cablu cu lungimea de kilometru. Acestea sunt indispensabile pentru întreținerea preventivă a liniilor de telecomunicații , deoarece TDR-urile pot detecta rezistența la articulații și conectori pe măsură ce corodează și sporesc scurgeri de izolație , deoarece degradează și absoarbe umezeala, cu mult înainte de a duce fie la defecțiuni catastrofale. Folosind un TDR, este posibil să indicați o defecțiune la centimetri.
Dispozitivele TDR sunt, de asemenea, instrumente foarte utile pentru contramăsurile de supraveghere tehnică , în cazul în care acestea ajută la determinarea existenței și amplasării robinetelor prin cablu . Schimbarea ușoară a impedanței de linie cauzată de introducerea unui robinet sau a unei îmbinări se va afișa pe ecranul unui TDR când este conectat la o linie telefonică.
Echipamentul TDR este, de asemenea, un instrument esențial în analiza defecțiunilor la bornele cu circuite imprimate moderne de înaltă frecvență, cu urme de semnal prelucrate pentru a emula liniile de transmisie . Observând reflexiile, pot fi detectate orice știfturi nealterate ale unui dispozitiv cu grilă cu bilă . Inelele scurte pot fi de asemenea detectate într-un mod similar.
Principiul TDR este utilizat în setările industriale, în situații la fel de diverse precum testarea pachetelor de circuite integrate pentru măsurarea nivelelor de lichide. În primul, reflectometrul domeniului de timp este folosit pentru a izola zonele defectuoase în același. Acesta din urmă este în primul rând limitat la industria prelucrătoare.
În măsurarea nivelului
Într-un dispozitiv de măsurare a nivelului bazat pe TDR , dispozitivul generează un impuls care propagă un ghid de undă subțire (numit sonda) - de obicei o bară de metal sau un cablu de oțel. Când acest impuls atinge suprafața mediului care urmează să fie măsurat, o parte a impulsului reflectă înapoi ghidul de undă. Dispozitivul determină nivelul lichidului prin măsurarea diferenței de timp dintre momentul în care a fost trimis impulsul și momentul în care a revenit reflexia. Senzorii pot scoate nivelul analizat ca semnal analogic continuu sau semnale de ieșire a comutatorului. În tehnologia TDR, viteza impulsului este în primul rând afectată de permitivitatea mediei prin care se propagă impulsul, care poate varia foarte mult de conținutul de umiditate și de temperatura mediului. În multe cazuri, acest efect poate fi corectat fără dificultăți nejustificate. În unele cazuri, cum ar fi în medii de fierbere și / sau temperaturi înalte, corectarea poate fi dificilă. În particular, determinarea înălțimii spumei (spumă) și a nivelului de lichid colaps într-un mediu spumant / fierbinte poate fi foarte dificilă.
Folosit în cabluri ancore în diguri
Grupul de interese pentru siguranța la baraj al CEA Technologies, Inc. (CEATI), un consorțiu de organizații de energie electrică, a aplicat reflectometria spectrului de timp cu spectru Spread pentru a identifica posibilele defecțiuni ale cablurilor de ancoraj din beton. Beneficiul cheie al reflectometriei asupra Domeniului de timp față de alte metode de testare este metoda nedistructivă a acestor teste. [8]
Folosit în științele pământului și în agricultură
Articolul principal: măsurarea conținutului de umiditate utilizând reflectometria domeniului de timp
Un TDR este utilizat pentru a determina conținutul de umiditate în sol și medii poroase. În ultimele două decenii s-au făcut progrese substanțiale în ceea ce privește măsurarea umidității în sol, cereale, alimente și sedimente. Cheia succesului TDR este capacitatea sa de a determina cu acuratețe permitivitatea (constantă dielectrică) a unui material de propagare a undelor, datorită relației puternice dintre permitivitatea unui material și conținutul său de apă, așa cum sa demonstrat în lucrările de pionierat ale Hoekstra și Delaney (1974) și Topp și colab. (1980). Recenzile recente și lucrările de referință pe această temă includ Topp și Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia și colab. (2002), Topp și Ferre (2002) și Robinson și colab. (2003). Metoda TDR este o tehnică a liniei de transmisie și determină permitivitatea aparentă (Ka) din timpul călătoriei unui val electromagnetic care se propagă de-a lungul unei linii de transmisie, de obicei două sau mai multe tije metalice paralele încorporate în sol sau sediment. Sondele sunt de obicei între 10 și 30 cm lungime și sunt conectate la TDR prin cablu coaxial.
În utilizarea geotehnică
Reflectometria domeniului de timp a fost utilizată, de asemenea, pentru a monitoriza mișcarea pantei într-o varietate de setări geotehnice, inclusiv tăieturile pe autostradă, paturile de cale ferată și minele în carieră deschisă (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b, Kane & Beck, 1999). În aplicațiile de monitorizare a stabilității care utilizează TDR, este instalat un cablu coaxial într-o foraj vertical care trece prin zona de îngrijorare. Impedanța electrică în orice punct de-a lungul unui cablu coaxial se modifică odată cu deformarea izolatorului dintre conductori. Un mortar fragil înconjoară cablul pentru a traduce mișcarea pământului într-o deformare abruptă a cablului, care apare ca un vârf detectabil în traseul de reflexie. Până de curând, tehnica era relativ insensibilă pentru mișcările de pante mici și nu putea fi automatizată deoarece se baza pe detectarea umană a modificărilor în traiectoria de reflexie în timp. Farrington și Sargand (2004) au dezvoltat o tehnică simplă de procesare a semnalelor utilizând derivați numerici pentru a extrage indicații fiabile de deplasare a pantei din datele TDR mult mai devreme decât prin interpretarea convențională.
O altă aplicație a TDR în ingineria geotehnică este determinarea conținutului de umiditate a solului. Acest lucru se poate face prin amplasarea TDR-urilor în diferite straturi de sol și măsurarea timpului de declanșare a precipitațiilor și a timpului în care TDR indică o creștere a conținutului de umiditate a solului. Adâncimea TDR (d) este un factor cunoscut, iar celălalt este momentul în care este nevoie de picătură de apă pentru a ajunge la acea adâncime (t); prin urmare viteza de infiltrare a apei (v) poate fi determinată. Aceasta este o metodă bună pentru a evalua eficiența celor mai bune practici de management (BMP) în reducerea apei de ploaie suprafata de scurgere .
În analiza dispozitivelor semiconductoare
Reflectometria domeniului de timp este utilizată în analiza defecțiunii semiconductoare ca metodă nedistructivă pentru localizarea defectelor în pachetele de dispozitive semiconductoare. TDR furnizează o semnătura electrică a unor urme conductive individuale în pachetul de dispozitive și este utilă pentru a determina locația deschiderilor și a pantalonilor scurți.
În întreținerea cablajelor de aviație
Reflectometria domeniului timpului, reflectometria domeniului spectrului de timp cu răspândire în timp este folosită pentru cablarea aviației atât pentru întreținerea preventivă, cât și pentru localizarea erorilor. [9] Reflectometria domeniului spectrului de timp difuzat are avantajul de a localiza cu precizie locația de defect în cadrul a mii de kilometri de cablare a aviației. În plus, această tehnologie merită luată în considerare pentru monitorizarea în timp real a aviației, deoarece reflectometria spectrului de dispersie poate fi utilizată pe firele vii.
Sa demonstrat că această metodă este utilă pentru localizarea defecțiunilor electrice intermitente. [10]
Multi reflectorizări în domeniul timpului operatorului (MCTDR) au fost, de asemenea, identificate ca o metodă promițătoare pentru instrumentele integrate de diagnoză sau depanare EWIS. Pe baza injectării unui semnal multicarrier (respectând EMC și inofensiv pentru fire), această tehnologie inteligentă oferă informații pentru detectarea, localizarea și caracterizarea defectelor electrice (sau a defectelor mecanice cu consecințe electrice) în sistemele de cablare. Defectele grele (scurtcircuit, circuit deschis) sau defecte intermitente pot fi detectate foarte rapid, crescând fiabilitatea sistemelor de cablare și îmbunătățind întreținerea acestora. [11]
