Рефлектометр часового домену ( TDR ) - це електронний прилад, що використовує рефлектометри вимірювання часу для характеристики та виявлення несправностей в металевих кабелях (наприклад, дротова пара або коаксіальний кабель ). [1] Його також можна використовувати для виявлення розривів у роз'ємі, друкованій платі або будь-якому іншому електричному шляху. Еквівалентний пристрій для оптичного волокна - оптичний рефлектометр з тимчасовою областью .
Опис
TDR вимірює відбиття вздовж провідника. Для того, щоб вимірювати ці відбиття, TDR передасть сигнал падаючого сигналу на провідник та слухатиме його відбиття . Якщо провідник має рівномірний імпеданс і належним чином припиняється , тоді не буде ніяких відбитків, а інший сигнал інциденту буде поглинений у крайньому кінці шляхом припинення. Замість цього, якщо є варіанти імпедансів, то якийсь сигнал інциденту буде відображений у джерелі. TDR в принципі схожий на радар .
Роздуми
Як правило, віддзеркалення матимуть ту саму форму, що і сигнал про падіння, але їх знак та величина залежать від зміни рівня імпедансу. Якщо є посилення ступеня імпедансу, тоді відбивання буде мати такий самий знак, що і сигнал про падіння; якщо є поступове зменшення імпедансу, то відбиття буде мати протилежний знак. Величина відбиття залежить не тільки від кількості зміни імпедансу, але і від втрати в провіднику.
Відбиття вимірюються на виході / вводі TDR і відображаються або накладаються як функція часу. Як альтернатива, дисплей можна читати як функцію довжини кабелю, оскільки швидкість поширення сигналу для даного середовища передачі майже постійна.
Через чутливість до варіацій імпедансу, TDR може використовуватися для перевірки характеристик імпедансу кабелю, місць з'єднання та роз'єму та пов'язаних з ними втрат, а також оцінити довжину кабелю.
Сигнальний інцидент
TDR використовують різні інциденти. Деякі TDR передають імпульс вздовж провідника; дозвіл таких інструментів часто є шириною імпульсу. Вузькі імпульси можуть пропонувати хороше розрізнення, але вони мають високочастотні компоненти сигналу, які ослаблені у довгих кабелях. Форма імпульсу часто має півцикл синусоїда. [2] Для довших кабелів використовуються ширші ширини імпульсів.
Також використовуються етапи швидкого підйому . Замість того, щоб шукати відображення повного імпульсу, інструмент стосується підняття краю, що може бути дуже швидким. [3] 1970-х років технологія TDR використовувала етапи з часом підйому 25 ps. [4] [5] [6]
Ще інші TDR передають складні сигнали та виявляють відбиття за допомогою методів кореляції. Див . Рефлектометрії часового спектра поширення спектра .
Використання
Рефлектометри часових полів зазвичай використовуються для перевірки на місці дуже довгих кабелів, коли неможливо виконувати або видалити кабель, який може бути кілометром. Вони є незамінними для профілактики ліній електрозв'язку , оскільки TDR здатні виявити опір на суглобах та з'єднувальних пристроях при їх пошкодженні та збільшення витоку ізоляції при зниженні та поглинанні вологи задовго до того, як це призведе до катастрофічних збоїв. Використовуючи TDR, можна визначити дефект у межах сантиметрів.
TDR також є дуже корисним інструментом для контрзаходів технічного нагляду , де вони допомагають визначити існування та розташування дротяних кранів . Невелика зміна лінійного опору, викликана введенням крана або сплайсингу, з'явиться на екрані TDR при підключенні до телефонної лінії.
Обладнання TDR також є важливим інструментом для аналізу несправностей сучасних високочастотних друкованих плат з відмітками сигналу, створеної для імітації ліній передачі . Спостерігаючи відображення, можна виявити будь-які розкриті штифти пристрою масивів кульових сіток . Короткочасні шпильки також можуть бути виявлені аналогічним чином.
Принцип TDR використовується в промислових умовах, у таких ситуаціях, як тестування інтегральних схемних пакетів для вимірювання рівня рідини. У першому, рефлектометр часового поясу використовується для виділення несправних сайтів в одному і тому ж. Останній в основному обмежується технологічною галуззю.
У вимірюванні рівня
У приладі вимірювання рівня на основі TDR пристрій генерує імпульс, який поширює тонкий хвилевід (далі - датчик), як правило, металевий стержень або сталевий кабель. Коли цей імпульс потрапляє на поверхню середовища, що вимірюється, частина імпульсу відображає резервну копію хвилеводу. Пристрій визначає рівень рідини, вимірюючи різницю часу між тим, коли було надіслано імпульс і коли повертається відбиття. Датчики можуть виводити аналізований рівень як безперервний аналоговий сигнал або перемикати вихідні сигнали. У технології TDR швидкість імпульсу перш за все залежить від діелектричної проникності середовища, через який поширюється імпульс, що може сильно відрізнятися від вмісту вологи та температури середовища. У багатьох випадках цей ефект можна виправити без зайвої труднощі. У деяких випадках, наприклад, в умовах кипіння та / або високих температур, корекція може бути складною. Зокрема, визначення висоти пінності (піни) та розбитого рівня рідини в пінних / кислих середовищах може бути дуже важким.
Використовується в якорі кабелів у дамбах
Група інтересів загрози для безпеки інтересів CEA Technologies, Inc. (CEATI), консорціум електричних енергетичних організацій, застосувала рефлектометри для часових областей розсіяного спектра, щоб виявити потенційні несправності в бетонних канатних кріпленнях. Основною перевагою рефлектометрії часового домену над іншими методами тестування є неруйнівний спосіб цих тестів. [8]
Використовується в земних і сільськогосподарських науках
Основна стаття: Вимірювання вологості з використанням рефлектометрії часової області
TDR використовується для визначення вмісту вологи в грунті та пористих середовищах. Протягом останніх двох десятиліть значні досягнення були досягнуті для вимірювання вологості грунту, зерна, продуктів харчування та осаду. Ключ до успіху TDR - це його здатність точно визначити проникність (діелектричну проникність) матеріалу від розповсюдження хвиль через сильну зв'язок між діелектричною проникністю матеріалу та його вмістом води, про що свідчать новатори роботи Hoekstra і Delaney (1974) і Topp et al. (1980). Останні огляди та реферативні роботи з цього питання включають: Топп і Рейнольдс (1998), Noborio (2001), Pettinellia та співавт. (2002), Топп і Ферре (2002) та Робінсон та інші. (2003). Метод TDR являє собою технологію лінії передачі і визначає очевидну діелектричну проникність (Ka) від часу проїзду електромагнітної хвилі, яка поширюється вздовж лінії електропередачі, зазвичай двох або більше паралельних металевих прутів, вкладені в грунт або осад. Зонди зазвичай мають довжину від 10 до 30 см і підключаються до TDR через коаксіальний кабель.
У геотехнічному використанні
Рефлектометрія часового поясу також використовувалась для спостереження за схилом в різних геотехнічних умовах, включаючи скорочення по шосе, залізничні колії та відкриті кар'єри (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b, Kane & Beck, 1999). У програмах моніторингу стабільності, що використовують TDR, коаксіальний кабель встановлюється у вертикальній свердловині, що проходить через зацікавлену область. Електричний імпеданс у будь-якій точці уздовж коаксіального кабелю змінюється з деформацією ізолятора між провідниками. Хрусткий розчин оточує кабель, щоб перевести земне рух у різку деформацію кабелю, яка відображається як виявлений пік у відбитці. До недавнього часу ця техніка була відносно нечутливою до малих схильних рухів і не могла бути автоматизованою, оскільки вона спиралася на виявлення людей змін у відбитковій відстані з часом. Фаррінгтон і Сарґанд (2004) розробили просту технологію обробки сигналів, використовуючи числові похідні для отримання надійних показників руху схилу з даних TDR набагато раніше, ніж звичайна інтерпретація.
Ще одним застосуванням TDR в геотехнічній інженерії є визначення вмісту вологості грунту. Це можна зробити, помістивши TDR в різні шари ґрунту та вимірювання часу початку випадання опадів та часу, коли TDR свідчить про збільшення вмісту вологи грунту. Глибина TDR (d) є відомим чинником, а інша - час, коли вода доходить до цієї глибини (t); отже, можна визначити швидкість проникнення води (v). Це хороший метод для оцінки ефективності найкращих практик управління (БМП) у зменшенні снігової води поверхневий сток
У напівпровідниковому приладі аналіз
Рефлектометрія часового поля використовується в аналізі збігу напівпровідників як неруйнівний метод визначення дефектів в напівпровідникових пакетах пристроїв. TDR забезпечує електричну підпис індивідуальних провідних слідів в пакеті пристроїв і корисна для визначення місця відкривання та шорти.
У авіаційній техніці електропроводки
Рефлектометрія часового домену, зокрема рефлектометрія часового поясу спектрального спектра, використовується на авіаційній проводці як для профілактики, так і для місце розташування несправностей. [9] Рефлектометрія часового поясу розповсюдження спектру має перевагу саме в тому, щоб знайти місцезнаходження несправності протягом тисяч миль авіаційної проводки. Крім того, ця технологія варто розглянути для моніторингу авіації в режимі реального часу, оскільки ретрометрія з поширеною спектром може використовуватися на живих дротах.
Цей метод виявився корисним для визначення переривчастих електричних несправностей. [10]
Метод рефлектометрії часового домену (MCTDR) також визначений як перспективний метод для вбудованої діагностики EWIS або інструментів для усунення несправностей. Заснована на введенні багаторядного сигналу (що стосується EMC і нешкідливо для проводів), ця технологія надає інформацію для виявлення, локалізації та характеристики електричних дефектів (або механічних дефектів, що мають електричні наслідки) в системах електропроводки. Тверда несправність (коротка, відкрита ланцюг) або переривчасті дефекти можуть бути виявлені дуже швидко, підвищуючи надійність проводових систем та покращуючи їх технічне обслуговування. [11]
