Un reflectòmetre de temps temporal ( TDR ) és un instrument electrònic que utilitza reflectometria del domini temporal per caracteritzar i localitzar defectes en cables metàl·lics (per exemple, cable de parell trenat o cable coaxial ). [1] També es pot utilitzar per localitzar discontinuïtats en un connector, placa de circuit imprès o qualsevol altra ruta elèctrica. El dispositiu equivalent per a la fibra òptica és un reflectòmetre òptic del domini temporal .
Descripció
Una TDR mesura les reflexions al llarg d'un conductor. Per mesurar aquestes reflexions, la TDR transmetrà un senyal d'incident al conductor i escoltarà les seves reflexions . Si el conductor té una impedància uniforme i està acabat correctament, no hi haurà reflexions i el senyal d'incidència restant serà absorbit al final del final per la terminació. Al contrari, si hi ha variacions d'impedància, aleshores alguns dels senyals d'incidència es reflectiran a la font. Una TDR és similar en principi al radar .
Reflexió
En general, les reflexions tindran la mateixa forma que el senyal d'incidència, però el seu signe i magnitud depenen del canvi en el nivell d'impedància. Si hi ha un augment de pas en la impedància, la reflexió tindrà el mateix signe que el senyal d'incidència; si hi ha una disminució de la impedància, la reflexió tindrà el signe contrari. La magnitud de la reflexió depèn no només de la quantitat de canvi d'impedància, sinó també de la pèrdua del conductor.
Les reflexions es mesuren a la sortida / entrada a la TDR i es mostren o tracen en funció del temps. Alternativament, la pantalla es pot llegir com a funció de la longitud del cable perquè la velocitat de propagació del senyal és gairebé constant per a un mitjà de transmissió determinat.
Degut a la seva sensibilitat a les variacions d'impedància, es pot utilitzar un TDR per verificar les característiques de la impedància del cable, les ubicacions d' empalmament i connector i les pèrdues associades i estimar les longituds del cable.
Senyal d'incidència
Els TDR utilitzen diferents senyals d'incidents. Alguns TDR transmeten un pols al llarg del conductor; la resolució d'aquests instruments sol ser l'amplada del pols. Els polsos estrets poden oferir una bona resolució, però tenen components de senyal d'alta freqüència que es atenuen en cables llargs. La forma del pols és sovint un cicle de mig sinusoides. [2] Per als cables més llargs, s'utilitzen amplis de pols més amplis.
També s'utilitzen passos de temps de pujada ràpida . En lloc de buscar la reflexió d'un pols complet, l'instrument es refereix a l'alça, que pot ser molt ràpida. [3] Una tecnologia TDR dels anys 70 va utilitzar passos amb un temps de pujada de 25 ps. [4] [5] [6]
Encara altres TDR transmeten senyals complexes i detecten reflexions amb tècniques de correlació. Vegeu reflectometria del domini temporal de l'espectre dispers .
Ús
Els reflectòmetres del domini del temps s'utilitzen habitualment per a proves in situ de trajectòries de cable molt llargues, on no és pràctic excavar o eliminar el que pot ser un cable de quilòmetres de longitud. Són indispensables per al manteniment preventiu de les línies de telecomunicacions , ja que els TDR poden detectar resistències en juntes i connectors a mesura que corroeixen , i augmentant la fuga d' aïllament a mesura que es degrada i absorbeix la humitat, molt abans que es produeixin falles catastròfiques. Mitjançant un TDR, es pot identificar una falla dins d'uns centímetres.
Els TDR també són eines molt útils per a les mesures contra-mesures de vigilància tècnica , on ajuden a determinar l'existència i la ubicació de les aixetes de filferro . El lleuger canvi en la impedància de línia provocat per la introducció d'una aixeta o empalmament apareixerà a la pantalla d'un TDR quan es connecti a una línia telefònica.
L'equip TDR també és una eina essencial en l' anàlisi de falles de les plaques de circuits impresos moderns d'alta freqüència amb indicis de senyalitzats per emular línies de transmissió . En observar reflexions, es poden detectar tots els pins no desenrotllats d'un dispositiu de matriu de graelles . També es poden detectar patilles curtes de manera similar.
El principi TDR s'utilitza en entorns industrials, en situacions tan diverses com la prova de paquets de circuits integrats per mesurar els nivells de líquid. En el primer, el reflectòmetre de domini de temps s'utilitza per aïllar llocs fallits en el mateix. Aquest últim es limita principalment a la indústria del procés.
En mesurament de nivell
En un dispositiu de mesura de nivell basat en TDR , el dispositiu genera un impuls que es propaga per una guia d'ona prima (anomenada sonda), típicament una vareta de metall o un cable d'acer. Quan aquest impuls toca la superfície del medi per mesurar, part de l'impuls reflecteix la còpia de seguretat de la guia d'ona. El dispositiu determina el nivell de fluid mesurant la diferència de temps entre quan es va enviar l'impuls i quan es va tornar la reflexió. Els sensors poden generar el nivell analitzat com a senyal analògic continu o canviar senyals de sortida. En la tecnologia TDR, la velocitat d'impuls es veu principalment afectada per la permisivitat del mitjà a través del qual es propaga el pols, que pot variar molt pel contingut d'humitat i la temperatura del medi. En molts casos, aquest efecte es pot corregir sense dificultat excessiva. En alguns casos, com en entorns d'ebullició i / o temperatura alta, la correcció pot ser difícil. En particular, determinar l'alçada de l'escuma (escuma) i el nivell de líquid col·lapsat en un mitjà escumós / bullidor pot ser molt difícil.
S'utilitza en cables d'ancoratge en preses
El grup d'interès de seguretat Dam de CEA Technologies, Inc. (CEATI), un consorci d'organitzacions de potència elèctrica, ha aplicat la reflectometria del domini del temps de Spread-spectrum per identificar fallades potencials en cables d'ancoratge de presa de formigó. El benefici clau de la reflectometria del domini temporal sobre altres mètodes de prova és el mètode no destructiu d'aquestes proves. [8]
S'utilitza a les ciències de la terra i de l'agricultura
Article detallat: Mesurar el contingut d'humitat mitjançant la reflectometria del domini temporal
S'utilitza un TDR per determinar el contingut d'humitat al sòl i els mitjans porosos. Durant les dues últimes dècades, s'han aconseguit avanços substancials en la mesura de la humitat del sòl, cereals, aliments i sediments. La clau de l'èxit de TDR és la seva capacitat per determinar amb precisió la permisivitat (constant dielèctrica) d'un material a partir de la propagació de l'ona, a causa de la forta relació entre la permisivitat d'un material i el seu contingut d'aigua, com es demostra en les obres pioneres d'Hoekstra i Delaney (1974) i Topp et al. (1980). Entre les recents recensions i treballs de referència sobre el tema s'inclouen, Topp i Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp i Ferre (2002) i Robinson et al. (2003). El mètode TDR és una tècnica de línia de transmissió, i determina la permitat aparent (Ka) del temps de desplaçament d'una ona electromagnètica que es propaga al llarg d'una línia de transmissió, generalment dues o més barres metàl·liques paral·leles incrustades en sòl o sediment. Les sondes solen tenir entre 10 i 30 cm de longitud i es connecten a la TDR mitjançant un cable coaxial.
En l'ús geotècnic
També s'ha utilitzat la reflectometria del domini del temps per controlar el moviment de pendents en una varietat de paràmetres geotècnics, inclosos els recorreguts d'autopistes, els camins de ferrocarril i les mines a cel obert (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b; Kane & Beck, 1999). En les aplicacions de control d'estabilitat mitjançant TDR, s'instal·la un cable coaxial en un pou vertical que passa per la zona de preocupació. La impedància elèctrica en qualsevol punt al llarg d'un cable coaxial canvia amb la deformació de l'aïllant entre els conductors. Una graella quebradissa envolta el cable per convertir el moviment de la terra en una deformació de cable brusc que apareix com un pic detectable en el seguiment de la reflectància. Fins fa poc, la tècnica era relativament insensible als petits moviments de pendents i no es podia automatitzar perquè es basava en la detecció humana de canvis en el seguiment de la reflectància al llarg del temps. Farrington i Sargand (2004) van desenvolupar una senzilla tècnica de processament de senyals mitjançant derivats numèrics per extreure indicacions fiables del moviment de pendent des de les dades TDR molt abans que per la interpretació convencional.
Una altra aplicació de TDR en enginyeria geotècnica és determinar el contingut d'humitat del sòl. Això es pot fer col·locant els TDR en diferents capes del sòl i la mesura del temps d'inici de la precipitació i el temps que TDR indica un augment del contingut d'humitat del sòl. La profunditat de la TDR (d) és un factor conegut i l'altre és el moment en què es triga la gota d'aigua a assolir aquesta profunditat (t); per tant, es pot determinar la velocitat de la infiltració d'aigua (v). Aquest és un bon mètode per avaluar l'efectivitat de les millors pràctiques de gestió (BMP) en la reducció de l' aigua de les pluges escorrentia de superfície .
En l'anàlisi de dispositius semiconductors
La reflectometria del domini temporal s'utilitza en l'anàlisi de falles semiconductores com a mètode no destructiu per a la localització de defectes en paquets de dispositius semiconductors. El TDR proporciona una signatura elèctrica de traces conductives individuals al paquet del dispositiu, i és útil per determinar la ubicació dels obre i els pantalons curts.
En el manteniment del cablejat de l'aviació
La reflectometria del domini del temps, específicament reflectometria del domini del temps d'espectre dispers, s'utilitza en el cablejat de l'aviació tant per al manteniment preventiu com per a la ubicació de la falla. [9] La reflectometria del domini del temps de l'espectre de dispersió té l'avantatge de localitzar precisament la ubicació de la falla dins de milers de quilòmetres de cablejat de l'aviació. A més, aquesta tecnologia val la pena considerar per al seguiment en temps real de l'aviació, ja que la reflectometria de l'espectre estès pot ser emprat en cables vius.
Aquest mètode ha demostrat ser útil per localitzar fallades elèctriques intermitents. [10]
La reflectometria del domini del temps de transport múltiple (MCTDR) també s'ha identificat com un mètode prometedor per al diagnòstic integrat de EWIS o per a les eines de resolució de problemes. Basat en la injecció d'un senyal multicarrier (respectant EMC i inofensiu per als cables), aquesta tecnologia intel·ligent proporciona informació per a la detecció, localització i caracterització de defectes elèctrics (o defectes mecànics que tenen conseqüències elèctriques) en els sistemes de cablejat. Es pot detectar fallida (curtcircuit, circuit obert) o defectes intermitents amb gran rapidesa augmentant la fiabilitat dels sistemes de cablejat i millorant el seu manteniment. [11]
