بازتابنده دامنه زمانی ( TDR ) یک ابزار الکترونیکی است که از بازتابی از محدوده زمانی برای مشخص کردن و تشخیص گسل ها در کابل های فلزی (به عنوان مثال سیم جفت پیچ خورده یا کابل کواکسیال ) استفاده می کند. [1] همچنین می تواند برای تشخیص اختلالات در یک اتصال، تخته مدار چاپی یا هر مسیر الکتریکی دیگری استفاده شود. دستگاه معادل برای فیبر نوری یک بازتابنده زمان نوری است .
شرح
TDR اندازه گیری بازتاب در امتداد یک هادی. به منظور اندازه گیری این بازتاب ها، TDR یک سیگنال حادثه را بر روی هادی انتقال می دهد و برای بازتاب آن گوش می دهد. اگر هادی یک امپدانس یکنواخت است و به درستی خاتمه یافته است ، پس هیچ انعکاسی وجود ندارد و سیگنال باقی مانده باقی مانده در انتهای انتهایی به پایان خواهد رسید. در عوض، اگر تغییرات امپدانس وجود داشته باشد، بعضی از سیگنال حادثه به منبع باز می شود. TDR در اصل به رادار مشابه است.
بازتاب
به طور کلی، بازتاب ها به شکل سیگنال حادثه مشابه خواهند بود، اما علامت و مقدار آن به تغییر در سطح امپدانس بستگی دارد. اگر افزایش قیمتی در امپدانس وجود داشته باشد، پس از انعکاس نشانه ای مشابه سیگنال حادثه داشته باشد؛ اگر یک قدم کاهش در امپدانس وجود دارد، انعکاس علامت مخالف را داشته باشد. مقدار انعکاس بستگی دارد نه تنها به مقدار تغییر امپدانس، بلکه همچنین در اثر از دست دادن در هادی.
بازتاب ها در خروجی / ورودی به TDR اندازه گیری شده و نمایش داده می شوند یا به عنوان تابعی از زمان طراحی می شوند. به طور متداول، صفحه نمایش را می توان به عنوان یک تابع از طول کابل خوانده، زیرا سرعت انتشار سیگنال برای یک رسانه انتقال داده تقریبا ثابت است.
به دلیل حساسیت به تغییرات امپدانس، TDR می تواند مورد استفاده برای بررسی ویژگی های امپدانس کابل، محل اتصال و محل اتصال و تلفات مربوط به آن و برآورد طول کابل باشد.
سیگنال حادثه
TDR ها از سیگنال های مختلف حادثه استفاده می کنند. بعضی TDR ها یک پالس را در امتداد هادی هدایت می کنند؛ قطعنامه این ابزارها اغلب پهنای پالس است. پالس های باریک می توانند رزولوشن خوبی داشته باشند، اما آنها دارای اجزای سیگنال فرکانس بالا هستند که در کابل های طولانی تضعیف می شوند. شکل پالس اغلب سینوسیده نیم سیکل است. [2] برای کابل های طولانی، پهنای باند وسیع تر استفاده می شود.
مراحل سریع افزایش زمان نیز استفاده می شود. به جای آنکه بازتاب یک پالس کامل را جستجو کنید، این ابزار مربوط به لبه رو به افزایش است که می تواند بسیار سریع باشد. [3] تکنولوژی TDR 1970s با استفاده از مراحل با افزایش زمان 25 PS استفاده می شود. [4] [5] [6]
هنوز دیگر TDR ها سیگنال های پیچیده ای را ارسال می کنند و بازتاب های با تکنیک های همبستگی را تشخیص می دهند. ریفروم سنجی دامنه زمانی طیف گسترده ای را مشاهده کنید .
استفاده
بازتابنده های دامنه زمانی معمولا برای تست در محل نصب کابل های بسیار طولانی استفاده می شود، جایی که غیر ممکن است که حفاری یا حذف کابل کشی طولی باشد. آنها برای تعمیر و نگهداری پیشگیرانه خطوط مخابراتی ضروری هستند ، زیرا TDR ها می توانند مقاومت در اتصالات و اتصالات را به دلیل خوردن آنها تشخیص دهند و نشت عایق را به دلیل تخریب و جذب رطوبت، پیش از آنکه به شکست های فاجعه بار منجر شوند، می دهد. با استفاده از TDR، می توان یک خطا را در عرض سانتی متر مشخص کرد.
TDR ها همچنین ابزار بسیار مفید برای مقابله با اقدامات نظارتی فنی هستند ، که در آنها به تعیین موقعیت و مکان شیپورهای سیم کمک می کند . تغییر جزئی در امپدانس خط ناشی از معرفی یک شیر یا اتصالات در هنگام نمایش اتصال به یک خط تلفن نشان داده می شود.
تجهیزات TDR نیز ابزار ضروری در تجزیه و تحلیل شکست مدار مدرن مدار چاپی مدرن با رد سیگنال هایی هستند که برای شبیه سازی خطوط انتقال شبیه سازی شده اند . با مشاهده بازتاب ها، هر یک از پین های حل نشدنی دستگاه آرایه توپ توپ می تواند شناسایی شود. پین های کوتاه مدت نیز می توانند به روش مشابه شناسایی شوند.
اصل TDR در تنظیمات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد، در شرایطی که متنوعی مانند آزمایش بسته های مجتمع مدار برای اندازه گیری سطح مایع است. در ابتدا، بازتابنده دامنه زمانی برای جداسازی سایت های شکست در همان استفاده می شود. دومی در درجه اول به صنعت فرایند محدود می شود.
در اندازه گیری سطح
در یک دستگاه اندازه گیری سطح مبتنی بر TDR ، دستگاه موجب ایجاد موجی از یک موجبر نازک (به نام پروب) می شود که معمولا یک میله فلزی یا کابل فولادی است. هنگامی که این ضربه به سطح رسانه ای می رسد اندازه گیری می شود، بخشی از این ضربه نشانگر موجوالد است. این دستگاه با اندازه گیری تفاوت زمانی بین زمان ارسال ضربه و زمانی که انعکاس بازگشت می یابد سطح مایع را تعیین می کند. سنسورها می توانند سطح تجزیه و تحلیل را به عنوان یک سیگنال آنالوگ مداوم یا سیگنال خروجی سوئیچ کنند. در تکنولوژی TDR، سرعت امپدانس عمدتا توسط انعطاف پذیری محیطی که از طریق آن پالس پخش می شود، تحت تأثیر رطوبت و دمای محیط می تواند تا حد زیادی تحت تاثیر قرار گیرد. در بسیاری از موارد، این اثر را می توان بدون مشکل ناخوشایند تصحیح کرد. در برخی موارد، مانند در محیط های جوش و / یا دمای بالا، تصحیح می تواند مشکل باشد. به طور خاص، تعیین ارتفاع کف (کف) و سطح مایع فروپاشیده در محیط فوم / جوش ممکن است بسیار دشوار باشد.
استفاده از کابل های لنگر در سدها
گروه ایمنی سم ایمن CEA Technologies، Inc. (CEATI)، یک کنسرسیوم از سازمان های برق قدرت، برای تعیین خطاهای بالقوه در کابل های لنگر سد بتن ، از ریفرمانی اندازه گیری زمان طیف اسپرد استفاده می کند . مزیت کل بازه اندازه گیری دامنه زمان بر روی سایر روش های آزمون، روش غیر مخرب این آزمایش ها است. [8]
مورد استفاده در علوم زمین و کشاورزی
مقاله اصلی: اندازه گیری محتوای رطوبت با استفاده از بازه اندازه گیری محدوده زمانی
TDR برای تعیین رطوبت در خاک و مواد متخلخل استفاده می شود. در طول دو دهه گذشته، پیشرفتهای قابل توجهی در اندازه گیری رطوبت خاک، دانه، مواد غذایی و رسوبات صورت گرفته است. کلید موفقیت TDR این است که توانایی آن دقیقا تعیین دینامیکی (ثابت دی الکتریک) ماده ای از انتشار موج است، به دلیل رابطه قوی بین انعطاف پذیری مواد و محتوای آب آن، همانطور که در کارهای پیشرو Hoekstra و Delaney (1974) و Topp et al. (1980). بررسی های اخیر و کارهای مرجع در این زمینه شامل، Topp و Reynolds (1998)، Noborio (2001)، Pettinellia و همکاران. (2002)، Topp و Ferre (2002) و رابینسون و همکاران. (2003). روش TDR یک تکنیک خط انتقال است و از زمان سفر یک موج الکترومغناطیسی که در امتداد خط انتقال انتقال می یابد، معمولا دو یا چند میله فلزی موازی که در خاک یا رسوب جاسازی شده است، تعیین می کند. پروب ها معمولا بین 10 تا 30 سانتی متر طول دارند و به وسیله کابل کواکسیال به TDR متصل می شوند.
در استفاده ژئوتکنیک
بازتابی از دامنه زمانی برای نظارت بر حرکت شیب در تعدادی از تنظیمات ژئوتکنیک از جمله کاهش بزرگراه ها، تخت های راه آهن و معادن گودال باز (Dowding & O'Connor، 1984، 2000a، 2000b، Kane & Beck، 1999) مورد استفاده قرار گرفته است. در برنامه های نظارت بر پایداری با استفاده از TDR، یک کابل کواکسیال در یک گمانه ی عمودی که از طریق نگرانی عبور می کند، نصب می شود. امپدانس الکتریکی در هر نقطه در طول کابل کواکسیال با تغییر شکل مقره بین هادی ها تغییر می کند. تودهی شکنندهی کابل را برای ترجمه حرکات زمین به یک تغییر شکلدهنده کابل کشیده که به عنوان یک پیک قابل تشخیص در ردیابی بازتابی نشان داده میشود. تا همین اواخر، این تکنیک نسبت به حرکات شیب کوچک نسبتا غیر حساس بود و نمی توانست اتوماتیک باشد، زیرا بر اساس تشخیص انسان در تغییرات ردیابی بازتابی در طول زمان، متکی بود. Farrington و Sargand (2004) تکنیک پردازش سیگنال را با استفاده از مشتقات عددی برای استخراج نشانگرهای قابل اطمینان از حرکت شیب از داده های TDR بسیار زودتر از تفسیر متعارف توسعه دادند.
استفاده دیگر از TDR ها در مهندسی ژئوتکنیک، تعیین رطوبت خاک است. این را می توان با قرار دادن TDR ها در لایه های مختلف خاک و اندازه گیری زمان شروع بارش و زمانی که TDR نشان دهنده افزایش رطوبت خاک می باشد. عمق TDR (d) یک عامل شناخته شده است و دیگر زمان مصرف قطره آب برای رسیدن به عمق (t) است؛ بنابراین سرعت نفوذ آب (v) می تواند تعیین شود. این یک روش خوب برای ارزیابی اثربخشی بهترین روشهای مدیریت (BMP) در کاهش طوفان است سطوح سطحی
در تجزیه و تحلیل دستگاه نیمه هادی
بازه اندازه گیری حوزه دامنه در تجزیه و تحلیل نقص نیمه هادی به عنوان یک روش غیر مخرب برای محل نقص در بسته های دستگاه نیمه هادی استفاده می شود. TDR یک امضاي الکتریکی از ردیابی رسانهای فردی در بسته دستگاه فراهم می کند و برای تعیین محل باز و شورت ها مفید است.
در تعمیر و نگهداری سیم کشی هوایی
بازه اندازه گیری حوزه دامنه، به ویژه بازتابنده زمان دامنه گسترش طیف در سیم کشی حمل و نقل هوایی برای هر دو تعمیر و نگهداری پیشگیرانه و محل گسل استفاده می شود. [9] بازتابی از زمان دامنه طیف پخش، مزیت دقیق قرار دادن موقعیت گسل را در هزاران کیلومتر از سیم کشی هوایی دارد. علاوه بر این، این تکنولوژی برای نظارت هواپیما در زمان واقعی مورد توجه قرار گرفته است، زیرا بازتابی از طیف گسترده ای می تواند در سیم های زنده استفاده شود.
این روش نشان داده شده است که برای تعیین گسل های الکتریکی متناوب مفید است. [10]
ردی سنجی دامنه چندین حامل زمان (MCTDR) نیز به عنوان یک روش امیدوار کننده برای تشخیص EWIS تعبیه شده و یا ابزار عیب یابی شناخته شده است. بر اساس تزریق یک سیگنال چند منظوره (با توجه به EMC و بی ضرر برای سیمها)، این فناوری هوشمند اطلاعاتی را برای تشخیص، مکانیزم و مشخصکردن نقصهای الکتریکی (یا نقصهای مکانیکی که پیامدهای الکتریکی دارند) در سیستمهای سیم کشی فراهم میکند. خطای سخت (مدار کوتاه، باز) یا نقص های متناوب می تواند بسیار سریع تشخیص داده شود و قابلیت اطمینان سیستم های سیم کشی و بهبود تعمیر و نگهداری آنها را افزایش دهد. [11]
