Reflektometer s časovou oblasťou ( TDR ) je elektronický nástroj, ktorý využíva reflektometriu časovej oblasti na charakterizáciu a lokalizáciu chýb v kovových kábloch (napríklad krútený pár alebo koaxiálny kábel ). [1] Môže sa použiť aj na nájdenie nespojitostí v konektore, doske plošných spojov alebo inej elektrickej dráhe. Rovnocenné zariadenie pre optické vlákno je optický odrazový tón pre časovú oblasť .
popis
TDR meria odrazy pozdĺž dirigenta. S cieľom zmerať tieto odrazy, TDR vysiela na vodič signál dopadu a počúva jeho odrazy . Ak má vodič rovnomernú impedanciu a je riadne zakončený , potom nedôjde k žiadnym odrazom a zostávajúci incidentný signál bude absorbovaný na konci na konci. Namiesto toho, ak existujú impedančné variácie, potom sa časť signálu incidentu odrazí späť do zdroja. TDR je v princípe podobný radaru .
odraz
Vo všeobecnosti budú odrazy mať rovnaký tvar ako incidentový signál, ale ich znamienko a veľkosť závisia od zmeny úrovne impedancie. Ak dôjde k zvýšeniu impedancie, potom bude mať odraz rovnaké znamienko ako signál incidentu; ak dôjde k zníženiu impedancie, odraz bude mať opačné znamienko. Veľkosť odrazu závisí nielen od množstva zmeny impedancie, ale aj od straty vo vodiči.
Odrazy sa merajú na výstupe / vstupe do TDR a zobrazujú sa alebo vykresľujú ako funkciu času. Alternatívne môže byť zobrazenie zobrazené ako funkcia dĺžky kábla, pretože rýchlosť šírenia signálu je takmer konštantná pre dané prenosové médium.
Vzhľadom na citlivosť na zmenu impedancie sa môže použiť TDR na overenie charakteristík impedancie kábla, umiestnenia spojov a konektorov a súvisiacich strát a odhadnúť dĺžky káblov.
Signál incidentu
TDR používajú rôzne signály incidentov. Niektoré TDR vysielajú impulz pozdĺž vodiča; rozlíšenie takýchto nástrojov je často šírka impulzu. Úzke impulzy môžu ponúkať dobré rozlíšenie, ale majú komponenty s vysokou frekvenciou signálu, ktoré sú oslabené v dlhých kábloch. Tvar impulzu je často polovičný sínusový. [2] Pri dlhších kábloch sa používajú širšie šírky impulzov.
Rovnako sa používajú kroky rýchleho nábehu . Namiesto hľadania odrazu úplného impulzu sa nástroj zaujíma o stúpajúcu hranu, ktorá môže byť veľmi rýchla. [3] Technológia TDR v rokoch 1970 používala kroky s časom nábehu 25 ps. [4] [5] [6]
Ešte ďalšie TDR prenášajú komplexné signály a detegujú odrazy pomocou korelačných techník. Pozrite si reflektometriu časového pásma šírenia spektra .
používanie
Reflektometre v časovej oblasti sa bežne používajú na testovanie na mieste veľmi dlhých káblových ciest, kde je nepraktické vykopať alebo odstrániť to, čo môže byť kilometrový kábel. Sú nevyhnutné na preventívnu údržbu telekomunikačných liniek, pretože TDR dokážu odhaliť odolnosť proti kĺbom a konektorom pri korózii a zvýšiť presakovanie izolácie, pretože degraduje a absorbuje vlhkosť, a to predtým, ako vedie k katastrofickým poruchám. Pomocou TDR je možné určiť chybu v rozsahu centimetrov.
TDR sú tiež veľmi užitočnými nástrojmi pre protiopatrenia technického dozoru , kde pomáhajú určiť existenciu a umiestnenie vodičov . Mierna zmena impedancie linky spôsobená zavedením kohútika alebo spoje sa objaví na obrazovke TDR pri pripojení k telefónnej linke.
Zariadenie TDR je tiež základným nástrojom pri analýze chýb moderných vysokofrekvenčných dosiek s plošnými spojmi so signálnymi stopami vytvorenými na napodobňovanie prenosových vedení . Pri pozorovaní odrazov je možné zistiť akékoľvek nepredložené kolíky zariadenia s guľovou mriežkou . Skratované kolíky môžu byť tiež zistené podobným spôsobom.
Princíp TDR sa používa v priemyselných prostrediach, v rozdielnych situáciách ako testovanie obalov s integrovaným obvodom na meranie hladiny kvapalín. V prvom prípade sa reflexometer na časovej oblasti používa na izoláciu chybných miest v tom istom. Tá je primárne obmedzená na spracovateľský priemysel.
Pri meraní hladiny
V zariadení na meranie úrovne založenom na TDR zariadenie generuje impulz, ktorý šíri tenký vlnovod (označovaný ako sonda) - zvyčajne kovová tyč alebo oceľový kábel. Keď tento impulz zasiahne povrch média, ktoré sa má merať, časť impulzu odráža vlnovod. Zariadenie určuje hladinu kvapaliny meraním časového rozdielu medzi odoslaním impulzu a vrátením odrazu. Senzory môžu výstupnú úroveň analyzovať ako kontinuálny analógový signál alebo výstupné signály spínača. V technológii TDR je impulzná rýchlosť primárne ovplyvnená permitivitou média, cez ktoré sa impulz šíri, čo sa môže výrazne meniť podľa obsahu vlhkosti a teploty média. V mnohých prípadoch môže byť tento účinok odstránený bez zbytočných ťažkostí. V niektorých prípadoch, napríklad vo vriacom a / alebo vysokoteplotnom prostredí, môže byť korekcia náročná. Konkrétne stanovenie výšky peny (peny) a zhoršenej hladiny kvapaliny v speniteľnom / vriacom médiu môže byť veľmi ťažké.
Používa sa v kotevných kábloch v hrádzi
Záujmová skupina Dam Safety Group spoločnosti CEA Technologies, Inc. (CEATI), konzorcium elektroenergetických organizácií, použila reflektometriu časového pásma Spread-spektra na identifikáciu prípadných porúch betonových káblov. Kľúčovým prínosom reflektometrie Time Domain oproti iným testovacím metódam je nedeštruktívna metóda týchto testov. [8]
Používa sa v oblastiach zeme a poľnohospodárskych vied
Hlavný článok: Meranie obsahu vlhkosti pomocou reflektometrie v časovej oblasti
Na určenie obsahu vlhkosti v pôde a poréznom médiu sa používa TDR . V priebehu posledných dvoch desaťročí došlo k výraznému pokroku v meraní vlhkosti v pôde, obilí, potravinách a sedimente. Kľúčom k úspechu TDR je jeho schopnosť presne určiť permitivitu (dielektrickú konštantu) materiálu z šírenia vlny kvôli silnému vzťahu medzi permitivitou materiálu a jeho obsahom vody, ako to dokazujú priekopnícke práce Hoekstra a Delaney (1974) a Topp a kol. (1980). Nedávne recenzie a referenčné práce na túto tému zahŕňajú Topp a Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia a kol. (2002), Topp a Ferre (2002) a Robinson a kol. (2003). Metóda TDR je technológiou prenosovej linky a určuje zjavnú permitivitu (Ka) z času jazdy elektromagnetickej vlny, ktorá sa šíri pozdĺž prenosového vedenia, zvyčajne dvoch alebo viacerých paralelných kovových tyčí uložených v pôde alebo sedimente. Sondy sú zvyčajne dlhé 10 až 30 cm a pripojené k TDR cez koaxiálny kábel.
V geotechnickom použití
Hodnotiaca oblasť časovej domény bola tiež využitá na sledovanie pohybu svahu v rôznych geotechnických nastaveniach vrátane diaľkových rezov, koľajníc a otvorených baní (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b, Kane & Beck, 1999). V aplikáciách na monitorovanie stability pomocou TDR je inštalovaný koaxiálny kábel vo vertikálnom vrte, ktorý prechádza cez oblasť záujmu. Elektrická impedancia v ľubovoľnom bode pozdĺž koaxiálneho kábla sa mení s deformáciou izolátora medzi vodičmi. Krehká malta obklopuje kábel, aby premiestnila pohyb zeminy do náhlej deformácie kábla, ktorá sa prejaví ako detekovateľný vrchol v odrazivej stopke. Až do nedávnej doby bola táto technika pomerne necitlivá na malé pohyby na svahu a nemohla byť automatizovaná, pretože sa spoliehala na ľudskú detekciu zmien v odrazivej stope v priebehu času. Farrington a Sargand (2004) vyvinuli jednoduchú metódu spracovania signálu pomocou numerických derivátov na získanie spoľahlivých indikácií pohybu sklonu z údajov TDR oveľa skôr ako konvenčnou interpretáciou.
Ďalšou aplikáciou TDR v geotechnickom inžinierstve je určenie obsahu pôdnej vlhkosti. To sa dá dosiahnuť umiestnením TDR do rôznych pôdnych vrstiev a meraním času začiatku zrážok a časom, ktorý TDR naznačuje zvýšenie obsahu pôdnej vlhkosti. Hĺbka TDR (d) je známym faktorom a druhá je doba, kedy klesá voda, aby dosiahla túto hĺbku (t); preto je možné určiť rýchlosť infiltrácie vody (v). Je to dobrá metóda na posúdenie účinnosti Best Management Practices (BMP) pri znižovaní dažďovej vody povrchový odtok .
V analýze polovodičových zariadení
Reflektometria časovej domény sa používa v analýze porúch polovodičov ako nedeštruktívna metóda na lokalizáciu chýb v obaloch polovodičových zariadení. Modul TDR poskytuje elektrický podpis jednotlivých vodivých stôp v balíku prístroja a je užitočný na určenie polohy otvárania a šortky.
V údržbe leteckého vedenia
Hodnotiaca oblasť časovej domény, konkrétne rozptyluje spektrum časovej oblasti rozptylu spektra, sa používa v leteckom prepojení pre preventívnu údržbu a umiestnenie porúch. [9] Reflektometria časového pásma s rozptýleným spektrom má tú výhodu, že presne umiestni miesto poruchy do tisíc kilometrov vzdušného vedenia. Navyše, táto technológia stojí za zváženie pre monitorovanie leteckej dopravy v reálnom čase, pretože rozptylová spektrometria šírenia spektra môže byť použitá na živých drôtoch.
Ukázalo sa, že táto metóda je užitočná na lokalizáciu prerušovaných elektrických porúch. [10]
Viacúčelová odrazová meracia jednotka (MCTDR) bola tiež identifikovaná ako sľubná metóda pre vstavané diagnostické nástroje EWIS alebo nástroje na riešenie problémov. Na základe zavedenia signálu s viacerými nosičmi (s ohľadom na EMC a neškodného pre drôty) poskytuje táto inteligentná technológia informácie o detekcii, lokalizácii a charakterizácii elektrických chýb (alebo mechanických porúch s elektrickými dôsledkami) v elektroinštalačných systémoch. Môže dôjsť k veľmi ťažkej poruche (krátkeho, otvoreného obvodu) alebo prerušovaným chybám, čím sa zvyšuje spoľahlivosť elektroinštalačných systémov a zlepšuje sa ich údržba. [11]
