Рефлектометър с времеви домейн ( TDR ) е електронен инструмент, който използва рефлектометър с времеви домейн за характеризиране и локализиране на дефекти в метални кабели (например усукана двойка или коаксиален кабел ). [1] Може да се използва и за откриване на прекъсвания в конектор, печатна платка или друг електрически път. Еквивалентното устройство за оптични влакна е оптичен рефлектомер с времеви домейн .
описание
TDR измерва отражения по протежение на диригент. За да се измерят тези отражения, TDR ще предаде инцидентен сигнал на проводника и ще го изслуша. Ако проводникът е с еднакъв импеданс и е правилно прекъснат , тогава няма да има отражения, а оставащият инцидент ще бъде абсорбиран в далечния край от прекратяването. Вместо това, ако има вариации на импеданса, тогава част от инцидентния сигнал ще бъде отразена обратно в източника. TDR е по принцип подобен на радара .
размисъл
Обикновено отраженията ще имат същата форма като инцидентния сигнал, но знакът и величината им зависят от промяната в нивото на импеданса. Ако има постепенно увеличение на импеданса, тогава отражението ще има същия знак като сигнала на инцидента; ако има понижаване на импеданса, отражението ще има противоположен знак. Размерът на отражението зависи не само от степента на промяна на импеданса, но и от загубата в проводника.
Отраженията се измерват на изхода / входа към TDR и се показват или изобразяват в зависимост от времето. Алтернативно, дисплеят може да се прочете като функция на дължината на кабела, тъй като скоростта на разпространение на сигнала е почти постоянна за дадена предавка.
Поради своята чувствителност към вариациите на импеданса, може да се използва TDR, за да се проверят характеристиките на импеданса на кабела, местоположението на съединителя и конекторите и свързаните с тях загуби и да се изчислят дължините на кабелите.
Инцидентен сигнал
TDR използват различни сигнали за инцидент. Някои TDR предават пулс по протежение на проводника; разделителната способност на тези инструменти често е ширината на пулса. Тесните импулси могат да предложат добра разделителна способност, но те имат високочестотни сигнални компоненти, които са отслабени в дългите кабели. Формата на импулса често е половин цикъл синусоида. [2] При по-дълги кабели се използват по-широки ширини на импулсите.
Използват се и стъпки за бързо нарастване . Вместо да търси отражение на пълен импулс, инструментът се занимава с нарастващия ръб, който може да бъде много бърз. [3] Технологията на TDR от 1970 г. използва стъпки с време на нарастване от 25 к.с. [4] [5] [6]
Другите TDR предават сложни сигнали и откриват отражения с корелационни техники. Вижте спектрометрия на разпространения спектър на времевия домейн .
употреба
Рефлекторите с домейн в реално време се използват за тестване на много дълги кабелни писти на място, където е непрактично да се изкопае или да се премахне това, което може да бъде кабел с дължина километър. Те са необходими за превантивна поддръжка на телекомуникационните линии, тъй като TDR могат да открият устойчивост на ставите и съединителите, тъй като те корозират и увеличават изтичането на изолацията, тъй като разграждат и абсорбират влагата, много преди да доведе до катастрофални повреди. С помощта на TDR е възможно да се определи грешка в рамките на сантиметри.
TDRs също са много полезни инструменти за контрамерки на техническото наблюдение , където те помагат да се определи съществуването и местоположението на кабелните кранове . Леката промяна в импеданса на линията, причинена от въвеждането на кран или снаждане, ще се появи на екрана на TDR, когато се свърже с телефонна линия.
Оборудването TDR е също основно средство при анализа на неизправностите на съвременните високочестотни печатни платки със сигнални следи, изработени, за да подражават на трансмисионните линии . Чрез наблюдаване на отраженията могат да бъдат открити всички непроверени щифтове на устройство с матрична решетка . Кратковременните щифтове могат да бъдат открити по подобен начин.
Принципът TDR се използва в индустриалните настройки, в ситуации толкова разнообразни, колкото при тестването на пакети с интегрални схеми за измерване нивата на течности. В първия, рефлектометърът на времевия домейн се използва за изолиране на неуспешни сайтове в същото. Последното се ограничава основно до производството на процеси.
При измерване на нивото
В устройство за измерване на нивото на TDR устройството генерира импулс, който разпространява тънък вълновод (наричан "сонда") - обикновено метален прът или стоманен кабел. Когато този импулс удари повърхността на измерваната среда, част от импулса отразява обратно вълновия водач. Устройството определя нивото на течността чрез измерване на времевата разлика между момента на изпращане на импулса и връщането на отражението. Сензорите могат да извеждат анализираното ниво като непрекъснат аналогов сигнал или изходни сигнали за превключване. В технологията TDR скоростта на импулса се влияе предимно от проницаемостта на средата, чрез която се разпространява импулсът, който може да се различава значително от съдържанието на влага и температурата на средата. В много случаи този ефект може да бъде коригиран без прекомерна трудност. В някои случаи, например в условия на кипене и / или висока температура, корекцията може да бъде трудна. По-специално, определянето на височината на пяната (пяна) и нивото на сгъстената течност в пенлива / кипяща среда може да бъде много трудно.
Използва се в анкерни кабели в язовирите
Защитната група за безопасността на язовирите на CEA Technologies, Inc. (CEATI), консорциум от организации за електроенергия, е приложила рефлектометър с времеви домейн за разпространение на спектъра, за да идентифицира евентуални неизправности в бетонните анкерни кабели. Основното предимство на рефлектометрията на Time Domain спрямо други методи за изпитване е неразрушителният метод на тези тестове. [8]
Използва се в земята и селскостопанските науки
Основна статия: Измерване на съдържанието на влага с помощта на рефлектометър с времеви домейн
За определяне на съдържанието на влага в почвата и порестата среда се използва TDR . През последните две десетилетия е постигнат значителен напредък в измерването на влагата в почвата, зърното, храната и утайката. Ключът към успеха на TDR е неговата способност да определи точно диелектричната константа на даден материал от разпространението на вълните, поради силната връзка между проницаемостта на материала и съдържанието му в водата, както се вижда от пионерските произведения на Hoekstra и Delaney (1974) и Topp et al. (1980 г.). Последните отзиви и референтни работи по темата включват Topp и Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp and Ferre (2002) и Robinson et al. (2003 г.). Методът TDR е техника на предаване и определя очевидната проницаемост (Ka) от времето на пътуване на електромагнитна вълна, която се разпространява по линията на предаване, обикновено два или повече успоредни метални пръта, вградени в почвата или утайката. Сондите обикновено са с дължина между 10 и 30 см и са свързани към TDR чрез коаксиален кабел.
При геотехническо използване
Използва се и рефлектометрията на домейна по време, за да се следи движението на наклона в различни геотехнически условия, включително разфасовки по магистрали, железопътни легла и открити рудници (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b, Kane & Beck, 1999). При приложения за мониторинг на стабилността, използващи TDR, е монтиран коаксиален кабел във вертикален сондаж, минаващ през загрижения регион. Електрическият импеданс във всяка точка по коаксиален кабел се променя с деформация на изолатора между проводниците. Крехка фугираща обвивка заобикаля кабела, за да преобразува земното движение в рязка кабелна деформация, която се проявява като детектируем пик в следата на отражение. Доскоро техниката беше сравнително нечувствителна към малките движения на наклона и не можеше да бъде автоматизирана, защото разчиташе на човешкото откриване на промени в отражателната следа във времето. Farrington и Sargand (2004) разработиха техника на проста обработка на сигнали, използвайки цифрови деривати, за да извлекат надеждни индикации за движението на наклона от данните на TDR много по-рано, отколкото чрез конвенционална интерпретация.
Друго приложение на TDR в геотехническото инженерство е да се определи съдържанието на почвена влага. Това може да стане чрез поставяне на TDR в различни почвени слоеве и измерване на времето за започване на валежите и времето, когато TDR показва увеличаване на съдържанието на влага в почвата. Дълбочината на TDR (d) е известен фактор, а другият е времето, когато е необходимо капката вода да достигне тази дълбочина (t); следователно може да се определи скоростта на инфилтриране на водата (v). Това е добър метод за оценка на ефективността на най-добрите практики за управление (BMP) при намаляване на дъждовната вода повърхностния отток .
При анализ на полупроводникови устройства
Рефлектометърът с домейна на времето се използва при анализ на полупроводникови неизправности като неразрушаващ метод за локализиране на дефекти в опаковките на полупроводникови устройства. TDR осигурява електрически подпис на отделни проводящи следи в пакета на устройството и е полезно за определяне на местоположението на отвори и шорти.
При поддръжка на авиационни кабели
В аеродинамичното окабеляване се използва рефлектометрия на домейна на времето, по- специално рефлектометър с времеви домейн с разпространен спектър, както за профилактика, така и за локализиране на грешките. [9] Рефлектометърът с времето на разпространение на спектъра на спектъра има предимството точно да локализира мястото на повредата в рамките на хиляди мили от авиационното окабеляване. Освен това, тази технология си заслужава да бъде разгледана в реално време в авиационния мониторинг, тъй като рефлектометричният спектрометър може да бъде използван на жични проводници.
Този метод е показал, че е полезен за локализиране на прекъсващи се електрически смущения. [10]
Ретрометричната рефлектометрия с множество превозвачи (MCTDR) също е идентифицирана като обещаващ метод за вградена EWIS диагностика или инструменти за отстраняване на неизправности. Въз основа на внедряването на сигнал за многоканален достъп (зачитащ ЕМС и безвредни за проводниците) тази интелигентна технология предоставя информация за откриване, локализиране и характеризиране на електрически дефекти (или механични дефекти с електрически последици) в кабелните системи. Твърдата повреда (къса, отворена верига) или прекъсващите се дефекти могат да бъдат открити много бързо, което увеличава надеждността на кабелните системи и подобрява тяхната поддръжка. [11]
