Et tidsdomæne-reflektometer ( TDR ) er et elektronisk instrument som bruker tidsdomænereflektometri til å karakterisere og lokalisere feil i metalliske kabler (for eksempel snoet parledning eller koaksialkabel ). [1] Det kan også brukes til å finne diskontinuiteter i en kontakt, trykt kretskort eller annen elektrisk bane. Den tilsvarende innretningen for optisk fiber er et optisk tidsdomæne-reflektor .
Beskrivelse
En TDR måler refleksjoner langs en leder. For å måle disse refleksjonene, sender TDR et hørselssignal på lederen og lytter etter refleksjoner . Hvis lederen har en jevn impedans og er ordentlig avsluttet , vil det ikke være noen refleksjoner, og det gjenværende hendelsessignalet vil bli absorbert i slutten av terminasjonen. I stedet, hvis det er impedansvariasjoner, vil noen av hendelsessignalet reflekteres tilbake til kilden. En TDR ligner i prinsippet til radar .
Speilbilde
Generelt vil refleksjonene ha samme form som hendelsessignalet, men deres tegn og størrelse er avhengig av endringen i impedansnivå. Hvis det er en trinnsøkning i impedansen, vil refleksjonen ha samme tegn som hendelsessignalet; hvis det er et trinns reduksjon i impedansen, vil refleksjonen ha motsatt tegn. Størrelsen på refleksjonen avhenger ikke bare av mengden av impedansendringen, men også på tapet i lederen.
Refleksjonene måles ved utgang / inngang til TDR og vises eller plottes som en funksjon av tiden. Alternativt kan displayet leses som en funksjon av kabellengden fordi hastigheten på signalutbredelsen er nesten konstant for et gitt overføringsmedium.
På grunn av dens følsomhet for impedansvariasjoner, kan en TDR brukes til å verifisere kablingsimpedansegenskaper, spleise- og kontaktsteder og tilhørende tap, og estimere kabellengder.
Hendelsessignal
TDR bruker ulike hendelsessignaler. Noen TDR sender en puls langs lederen; Oppløsningen av slike instrumenter er ofte bredden på pulsen. Smale impulser kan gi god oppløsning, men de har høyfrekvente signalkomponenter som er dempet i lange kabler. Formen på puls er ofte en halv syklus sinusoid. [2] For lengre kabler brukes bredere pulsbredder.
Rask oppstigningstrinn brukes også. I stedet for å se etter refleksjon av en komplett puls, er instrumentet opptatt av stigningskanten, som kan være veldig rask. [3] En teknologi fra 1970-tallet brukte tråder med en stigningstid på 25 ps. [4] [5] [6]
Fortsatt andre TDRer overfører komplekse signaler og oppdager refleksjoner med korrelasjonsteknikker. Se spread-spectrum tidsdomenrefleksometri .
bruk
Tidsdomenereflektometre brukes ofte til in-place testing av svært lange kabelfører, hvor det er upraktisk å grave opp eller fjerne det som kan være et kilometer lang kabel. De er uunnværlige for forebyggende vedlikehold av telekommunikasjonslinjer , da TDRer kan oppdage motstand på ledd og kontakter når de korroderer , og øker isolasjonslekkasjen ettersom den nedbryter og absorberer fuktighet lenge før det fører til katastrofale feil. Ved å bruke en TDR, er det mulig å finne en feil i sentimeter.
TDR er også svært nyttige verktøy for tekniske overvåkningstiltak , hvor de bidrar til å bestemme eksistensen og plasseringen av ledningskraner . Den svake endringen i linjeimpedansen forårsaket av innføring av et trykk eller spleis vil dukke opp på skjermen til en TDR når du er koblet til en telefonlinje.
TDR-utstyr er også et viktig verktøy i feilanalysen av moderne høyfrekvente kretskort med signalspor utformet for å etterligne overføringslinjer . Ved å observere refleksjoner, kan noen usolderte pinner av en ballgitter- array- enhet detekteres. Kortsikrede pinner kan også oppdages på lignende måte.
TDR-prinsippet brukes i industrielle omgivelser, i så forskjellige situasjoner som testing av integrerte kretspakker for måling av væskenivå. I det førstnevnte brukes tidsdomsreflektometeret til å isolere sviktende steder i det samme. Sistnevnte er først og fremst begrenset til prosessindustrien.
I nivåmåling
I en TDR-basert måleenhet genererer enheten en impuls som propagerer ned en tynn bølgeleder (referert til som en sonde) - vanligvis en metallstang eller en stålkabel. Når denne impulsen treffer overflaten av mediet som skal måles, reflekterer en del av impulsen bakover bølgelederen. Enheten bestemmer fluidnivået ved å måle tidsforskjellen mellom når impulsen ble sendt og når refleksjonen returnerte. Sensorene kan sende det analyserte nivået som et kontinuerlig analogt signal eller bytte utgangssignaler. I TDR-teknologi påvirkes impulshastigheten primært av permittiviteten til mediet gjennom hvilket pulset forplantes, noe som kan variere sterkt av mediumets fuktighet og temperatur. I mange tilfeller kan denne effekten rettes ut uten unødig vanskelighet. I noen tilfeller, som for eksempel i kokende og / eller høy temperatur, kan korreksjonen være vanskelig. Spesielt kan det være svært vanskelig å bestemme skumhøyden og det kollapsede væskenivået i et skummet / kokende medium.
Brukes i ankerkabler i dammer
The Dam Safety Interest Group av CEA Technologies, Inc. (CEATI), et konsortium av elektrisitetsorganisasjoner, har anvendt Spread-spectrum tidsdomener-reflektometri for å identifisere potensielle feil i betongdam ankerkabler. Den viktigste fordelen med Time Domain reflektering over andre testmetoder er den ikke-destruktive metoden for disse testene. [8]
Brukes i jord- og landbruksvitenskap
Hovedartikkel: Måle fuktighetsinnhold ved hjelp av tidsdomænereflektometri
En TDR brukes til å bestemme fuktighetsinnhold i jord og porøse medier. I løpet av de siste to tiårene har det vært gjort betydelige fremskritt med måling av fuktighet i jord, korn, matvarer og sediment. Nøkkelen til TDRs suksess er dens evne til nøyaktig å bestemme permittiviteten (dielektrisk konstant) av et materiale fra bølgeforplantning på grunn av det sterke forholdet mellom permittiviteten til et materiale og dets vanninnhold, som demonstrert i pionerarbeidene Hoekstra og Delaney (1974) og Topp et al. (1980). Nylige omtaler og referansearbeid om emnet inkluderer Topp og Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp og Ferre (2002) og Robinson et al. (2003). TDR-metoden er en transmisjonslinjeteknikk, og bestemmer tilsynelatende permittivitet (Ka) fra reisetiden til en elektromagnetisk bølge som forplantes langs en transmisjonslinje, vanligvis to eller flere parallelle metallstenger innlagt i jord eller sediment. Sondene er typisk mellom 10 og 30 cm lange og koblet til TDR via koaksialkabel.
I geoteknisk bruk
Tidsdomener-reflektometri har også blitt brukt til å overvåke skråning i forskjellige geotekniske innstillinger, inkludert motorveiskutt, jernbanesenger og åpne gruvegruver (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b, Kane & Beck, 1999). I stabilitetsovervåkingsapplikasjoner som bruker TDR, er en koaksialkabel installert i et vertikalt borehull som passerer gjennom bekymringsområdet. Den elektriske impedansen til enhver tid langs en koaksialkabel endres med deformasjon av isolatoren mellom lederne. En sprø fugemasse omgir kabelen for å oversette jordbevegelsen til en abrupt kabeldeformasjon som dukker opp som en påvisbar topp i reflektanssporet. Inntil nylig var teknikken relativt ufølsom for små skråningsbevegelser og kunne ikke automatiseres fordi den stod på menneskelig gjenkjenning av endringer i reflektanssporingen over tid. Farrington og Sargand (2004) utviklet en enkel signalbehandlingsteknikk ved hjelp av numeriske derivater for å trekke ut pålidelige indikasjoner på slopebevegelse fra TDR-dataene mye tidligere enn ved konvensjonell tolkning.
En annen anvendelse av TDR i geoteknikk er å bestemme jordfuktighetsinnholdet. Dette kan gjøres ved å plassere TDR i forskjellige jordlag og måling av tidspunktet for nedbørstiden og tiden da TDR indikerer en økning i jordens fuktighetsinnhold. Dybden av TDR (d) er en kjent faktor, og den andre er tiden det tar dråpen vann for å nå den dybden (t); Derfor kan hastigheten på vanninfiltrasjonen (v) bestemmes. Dette er en god metode for å vurdere effektiviteten av Best Management Practices (BMP) for å redusere vannet overflate avstrømning .
I halvleder enhet analyse
Reflektering av tidsdomener brukes i halvlederfeilanalyse som en ikke-destruktiv metode for feilplassering i halvleder-enhetspakker. TDR gir en elektrisk signatur av individuelle ledende spor i enhetspakken, og er nyttig for å bestemme plasseringen av åpninger og shorts.
Ved vedlikehold av luftfartsledninger
Tidsdomener-reflektometri, spesifikt spredningsspektrum-tidsdomenrefleksometri brukes til luftfartsledninger for både forebyggende vedlikehold og feilsted. [9] Spread-time-domain-reflektering har fordelen av nettopp å finne feilplasseringen i tusenvis av miles av luftfartskabel. I tillegg er denne teknologien verdt å vurdere for sanntidsluftovervåking, da spekterreflektometri kan brukes på levende ledninger.
Denne metoden har vist seg å være nyttig for å lokalisere intermitterende elektriske feil. [10]
Reflektering av multi-carrier time domain (MCTDR) har også blitt identifisert som en lovende metode for innebygde EWIS diagnose eller feilsøkingsverktøy. Basert på injeksjon av et multicarrier-signal (med respekt for EMC og ufarlig for ledningene), gir denne smarte teknologien informasjon om deteksjon, lokalisering og karakterisering av elektriske defekter (eller mekaniske defekter med elektriske konsekvenser) i ledningsnettene. Hard feil (kort, åpen krets) eller intermitterende feil kan oppdages svært raskt, og øker påliteligheten til ledningssystemene og forbedrer vedlikeholdet. [11]
