Aikaväliheijastusmittari ( TDR ) on elektroninen instrumentti, joka käyttää aika-alueen reflektometriaa metallikaapeleiden vikojen karakterisoimiseksi ja paikallistamiseksi (esimerkiksi kierretty parijohto tai koaksiaalikaapeli ). [1] Sitä voidaan myös käyttää epäjatkuvuuksien löytämiseen liittimessä, piirilevyssä tai muussa sähköisessä polussa. Vastaava laite optiselle kuidulle on optinen aika-domain-heijastusmittari .
Kuvaus
TDR: n toimenpiteet heijastuvat johtimen mukana. Näiden heijastusten mittaamiseksi TDR lähettää epäsäännöllisen signaalin johdolle ja kuuntelee heijastuksiaan . Jos johtimessa on yhtenäinen impedanssi ja se on asianmukaisesti päättynyt , ei ole heijastuksia, ja jäljellä oleva häiriö-signaali imeytyy päädyssä loppuun. Sen sijaan, jos impedanssimuunnelmia esiintyy, jotkut häiriöalttiista signaaleista heijastuvat takaisin lähteeseen. TDR on periaatteessa sama kuin tutka .
heijastus
Yleensä heijastukset ovat samankaltaisia kuin vaaratasosignaali, mutta niiden merkki ja suuruus riippuvat impedanssitason muutoksesta. Jos impedanssissa on askeleen nousu, heijastuksella on sama merkin kuin häiriö-signaali; jos impedanssin aste on vähentynyt, heijastuksella on vastakkainen merkki. Heijastuksen suuruus riippuu paitsi impedanssimuutoksen määrästä myös johdon menetyksestä.
Heijastukset mitataan tuloon / tuloon TDR: lle ja näytetään tai piirretään ajan funktiona. Vaihtoehtoisesti näyttöä voidaan lukea kaapelin pituuden funktiona, koska signaalin etenemisen nopeus on lähes vakio tietylle lähetysväliaikalle.
Koska sen herkkyys impedanssin vaihteluille, TDR: ää voidaan käyttää kaapelin impedanssin ominaisuuksien, liitos- ja liitinpaikkojen ja niihin liittyvien häviöiden todentamiseksi ja kaapelin pituuden arvioimiseksi.
Tapahtumasignaali
TDR: t käyttävät erilaisia häiriötasoja. Jotkut TDR: t lähettävät pulssi johdon ympäri ; tällaisten välineiden resoluutio on usein pulssin leveys. Kapeat pulssit voivat tarjota hyvää resoluutiota, mutta niillä on korkeataajuiset signaalikomponentit, jotka heikentävät pitkiä kaapeleita. Pulssin muoto on usein puoli sykli sinimuotoista. [2] Pitemmille kaapeleille käytetään laajempia pulssileveyksiä.
Käytetään myös nopeaa nousuaikaa . Sen sijaan, että etsisi koko pulssin heijastusta, instrumentti koskee nousevaa reunaa, joka voi olla erittäin nopea. [3] 1970-luvun teknologia TDR käytti portaita, joiden nousuaika oli 25 ps. [4] [5] [6]
Silti muut TDR: t lähettävät monimutkaisia signaaleja ja havaitsevat heijastukset korrelaatiotekniikoilla. Katso hajaspektri-aika-alueen reflektometria .
Käyttö
Aika-alueen heijastumismittareita käytetään yleisesti pitkien kaapelien kulkujen paikannustesteissä, joissa on epäkäytännöllistä kaivaa tai poistaa kilometriä pitkä kaapeli. Ne ovat välttämättömiä tietoliikennelinjoiden ennaltaehkäisevän kunnossapidon kannalta , sillä TDR: t voivat havaita liitosten ja liitosten vastustuskyvyn, kun ne syövyttävät ja lisäävät eristysvuotoa, kun se hajoaa ja imeytyy kosteuteen, kauan ennen joko johtaa katastrofaalisiin vikoihin. TDR: n avulla on mahdollista havaita vika senttimetreinä.
TDR-levyt ovat myös erittäin hyödyllisiä välineitä teknisen valvonnan vastatoimille , joiden avulla voidaan selvittää johtojen hanojen olemassaolo ja sijainti . Pieni muutos rivinimpedanssissa, joka aiheutuu kosketuksen tai silmukoituksen tuomisesta, ilmestyy TDR: n näytölle, kun se on liitetty puhelinlinjaan.
TDR-laitteisto on myös keskeinen työkalu nykyaikaisten korkeataajuisten piirilevyjen vian analysoimisessa , jossa signaalitiet on muotoiltu lähetyslinjojen emuloimiseksi . Tarkastelemalla heijastuksia voidaan havaita minkä tahansa ruudukko-array- laitteen irrallattomat nastat . Myös oikosuljetut nastat voidaan tunnistaa samalla tavalla.
TDR-periaatetta käytetään teollisuusasennuksissa erilaisissa tilanteissa kuin integroitujen piiripakettien testaaminen nesteiden mittaamiseksi. Edellisessä, aika-alueen reflektometriä käytetään eristämään epäonnistuneita sivustoja samaan. Jälkimmäinen rajoittuu pääasiassa prosessiteollisuuteen.
Tason mittauksessa
TDR-pohjaisessa tason mittauslaitteessa laite synnyttää ohuen aaltoputken (jota kutsutaan koettimena) - tyypillisesti metallinen sauva tai teräskaapeli - propulsio. Kun tämä impulssi osuu mitattavan väliaineen pintaan, osa impulssista heijastaa takaisin aaltojohtoa. Laite määrittää nestetason mittaamalla aikaero impulssin lähettämisen ja heijastuksen palautumisen välillä. Anturit voivat antaa analysoidun tason jatkuvana analogisena signaalina tai kytkinlähtösignaaleina. TDR-teknologiassa impulssin nopeuteen vaikuttaa ensisijaisesti väliaineen, jonka läpi pulssia etenee, permittiivisyys, joka voi suuresti vaihdella väliaineen kosteuspitoisuuden ja lämpötilan mukaan. Monissa tapauksissa tämä vaikutus voidaan korjata ilman tarpeettomia vaikeuksia. Joissakin tapauksissa, esimerkiksi kiehutus- ja / tai korkeissa lämpötiloissa, korjaus voi olla vaikeaa. Erityisesti vaahdon (vaahdon) korkeuden ja sumennetun nestetason määrittäminen vaahtoavassa / kiehuvaan aineeseen voi olla hyvin vaikeaa.
Käytetään ankkureina kaapeleissa patoissa
CEA Technologies, Inc: n (CEATI) sähköä edustavien organisaatioiden yhteenliittymä (CEATI) on soveltanut Spread-spektrin aika-domain-heijastumittaria tunnistamaan potentiaaliset häiriöt betonipellon ankkurikaapeleissa. Time Domainin heijastumismenetelmän tärkein hyöty muiden testimenetelmien suhteen on näiden testien rikkominen. [8]
Käytetään maa- ja maataloustieteissä
Pääartikkeli: Kosteuspitoisuuden mittaaminen aika-domain-reflektometrillä
TDR: ää käytetään kosteuspitoisuuden määrittämiseen maaperässä ja huokoisessa väliaineessa. Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana on tehty merkittäviä edistysaskeleita kosteuden mittaamiseksi maaperässä, viljasta, ruoka-aineista ja sedimentistä. TDR: n menestyksen avain on sen kyky määrittää tarkasti aallon etenemisen materiaalin permittiivisyys (dielektrisyysvakio), johtuen voimakkaasta suhteesta materiaalin permittiivisyyden ja sen vesipitoisuuden välillä, kuten Hoekstra ja Delaney (1974) ja Topp et ai. (1980). Uusia arvosteluja ja viitemateriaalia aiheesta ovat Topp and Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et ai. (2002), Topp ja Ferre (2002) ja Robinson et ai. (2003). TDR-menetelmä on siirtojohdotekniikka ja määrittää ilmeisen permittiivisyyden (Ka) sähkömagneettisen aallon kulkusuuntaan, joka etenee siirtolinjaa pitkin, tavallisesti kaksi tai useampia rinnakkaisia metallisäikeitä, jotka on upotettu maaperään tai sedimenttiin. Koettimet ovat tyypillisesti 10 - 30 cm pitkä ja kytketty TDR: hen koaksiaalikaapelilla.
Geoteknisessä käytössä
Aikataulun reflektometriaa on myös käytetty kaltevuusliikkeen seurannassa erilaisissa geoteknisissä olosuhteissa, kuten moottoriteiden leikkauksissa, kiskoissa ja avoimissa kaivoksissa (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b; Kane & Beck, 1999). TDR: n käytössä olevissa vakauden valvontasovelluksissa koaksiaalikaapeli asennetaan huolenaiheeseen kulkevaan pystysuuntaiseen reikään. Sähköimpedanssi missä tahansa vaiheessa koaksiaalikaapelia pitkin muuttuu eristimen muodonmuutoksen avulla johtimien välillä. Hauras laastari ympäröi kaapelia, jotta maansiirto käännetään äkilliseksi kaapelin muodonmuutokseksi, joka näkyy havaittavina huipuna heijastusvaihdossa. Viime aikoihin asti tekniikka oli suhteellisen epäselvä pienille kaltevuusliikkeille eikä sitä voitu automatisoida, koska se perustui ihmisen havaitsemiseen heijastusvaatimusten muutosten ajan kuluessa. Farrington ja Sargand (2004) kehittivät yksinkertaisen signaalinkäsittelytekniikan käyttäen numeerisia johdannaisia poistamaan luotettavia viitteitä kaltevuusliikkeestä TDR-datasta aikaisemmin kuin perinteisellä tulkinnalla.
Toinen TDR: n soveltaminen geotekniseen tekniikkaan on maaperän kosteuspitoisuuden määrittäminen. Tämä voidaan tehdä asettamalla TDR: t eri maaperäkerroksille ja mittaamalla sateen alkamisajankohta sekä TDR: n osoittama aika, että maaperän kosteuspitoisuus kasvaa. TDR: n (d) syvyys on tunnettu tekijä ja toinen on aika, jolloin veden pudotus saavuttaa kyseisen syvyyden (t); joten veden tunkeutumisnopeus (v) voidaan määrittää. Tämä on hyvä tapa arvioida parhaiden käytäntöjen (BMP) tehokkuutta sadeveden vähentämisessä pinnan valuminen .
Puolijohdelaitteen analyysissä
Puolijohdevika-analysoinnissa käytetään aika-alueen heijastumismetria rikkoutumattomana menetelmänä puolijohdekomponenttien virheiden sijainnissa. TDR tarjoaa sähköisen allekirjoituksen yksittäisiä johtavaa jälkiä laitteen paketissa, ja se on käyttökelpoinen määritettäessä aukkojen ja shortsien sijainti.
Ilmailun johdotuksen kunnossapidossa
Aika-alueen heijastumismittaus, erityisesti hajaspektri-aika-alueen reflektometria käytetään ilmailun johdotuksessa sekä ennaltaehkäisevän kunnossapidon että vianpaikannuksen osalta. [9] Levin spektri-ajan verkkotunnuksen heijastumismenetelmällä on etuna tarkka sijainti vian sijainnista tuhansien kilometrien päähän ilmailun johdotuksesta. Lisäksi tätä teknologiaa on syytä harkita reaaliaikaisen ilmailun seurannan kannalta, koska hajaspektri-reflektometriaa voidaan käyttää elävissä johtimissa.
Tämä menetelmä on osoittautunut hyödylliseksi jaksottaisten sähkövirheiden löytämiseksi. [10]
Multi carrier time domain reflectometry (MCTDR) on myös tunnistettu lupaavaksi menetelmäksi sulautetuille EWIS-diagnoosille tai vianetsintätyökaluille. Monikantoaaltosignaalin (EMC: n ja vaarattomien johdinten) injektoinnin perusteella tämä älykäs tekniikka antaa tietoa sähkövirheiden (tai mekaanisten vikojen, joilla on sähköisiä seurauksia) havaitsemiseen, lokalisointiin ja karakterisointiin johdotusjärjestelmissä. Vaikea vika (lyhyt, avoin virtapiiri) tai ajoittaisia vikoja voidaan havaita hyvin nopeasti lisäämällä johdotusjärjestelmien luotettavuutta ja parantamalla niiden huoltoa. [11]
