Reflectometer τομέα χρόνου | Περιγραφή και επισκόπηση | 5+ Σημαντικές εφαρμογές

Reflectometer τομέα χρόνου

Εξώφυλλο από: https://giphy.com/embed/vNNkcmf2sx6TF6maey

Μέσω GIPHY

Σημεία Συζήτησης

Εισαγωγή στο Reflectometer Domain Time

Πριν αρχίσουμε να μαθαίνουμε για το ανακλασίμετρο του τομέα χρόνου - TDR, ενημερώστε μας για ένα ανακλαστικόμετρο.

Ανακλαστικόμετρο: Ένα ανακλαστικόμετρο είναι ένας τύπος κυκλώματος που απομονώνει και δειγματίζει το περιστατικό και τις ανακλώμενες δυνάμεις από ένα φορτίο χρησιμοποιώντας έναν κατευθυντικό ζεύκτη.

Τα αντανακλαστικά είναι βασικές εφαρμογές παθητικών μικροκυμάτων. Ένα ανακλαστικόμετρο χρησιμοποιείται σε έναν αναλυτή δικτύου διανυσμάτων καθώς μπορεί να μετρήσει διάφορες παραμέτρους όπως - συντελεστή ανάκλασης για το δίκτυο μιας θύρας, παράμετροι σκέδασης για το δίκτυο δύο θυρών. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αντικατάσταση ενός μετρητή SWR ή επίσης ως μόνιτορ ισχύος.

Reflectometer Τομέας Χρόνου: Ένας ανακλαστήρας πεδίου χρόνου ή TDR είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που βασίζεται στην ιδιότητα του ανακλαστήρα που ανακαλύπτει χαρακτηριστικά ηλεκτρικών γραμμών από τα ανακλώμενα κύματα.

Τα TDRs χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό σφαλμάτων σε καλώδια, όπως συνεστραμμένα ζεύγη καλωδίων ή ομοαξονικά καλώδια. Αυτό το άρθρο θα μάθει περισσότερα για τη συσκευή, τις χρήσεις του ανακλαστήρα τομέα χρόνου και εξηγήσεις σχετικά με αυτήν.

Reflectometer τομέα χρόνου
Ένα τυπικό Reflectometer Domain Time, Image Credit: By Megger Ltd. - Megger Ltd, CC-BY 3.0, Σύνδεσμος

Μάθετε για 7+ Εφαρμογές Μηχανικών Μικροκυμάτων και Επισκόπηση. Κάνε κλικ εδώ!

Περιγραφή του Reflectometer Domain Time

Αρχή Εργασίας

Ένα TDR αναλύει τα ανακλώμενα σήματα που αποστέλλονται από μόνα τους. Για να αναλύσει τις αντανακλάσεις, μεταδίδει πρώτα ένα σήμα κατά μήκος του καλωδίου και περιμένει την αντανάκλαση. Εάν υπάρχουν κάποια ελαττώματα ή αναντιστοιχίες στη γραμμή μετάδοσης ή στο καλώδιο, το τμήμα του κύματος προσπίπτουσης αντικατοπτρίζεται. Το TDR λαμβάνει το ανακλώμενο κύμα και στη συνέχεια το αναλύει για να εντοπίσει και να μετρήσει τα σφάλματα. Αλλά αν δεν υπάρχουν ελαττώματα ή όλα είναι καλά, τότε το σήμα φτάνει στο άκρο χωρίς αντανάκλαση και το καλώδιο θεωρείται αποδεκτό. Η αρχή λειτουργίας ενός Reflectometer Time Domain είναι σχεδόν παρόμοια με την αρχή λειτουργίας ενός RADR.

Ανάλυση

Το TDR αναλύει το ανακλώμενο κύμα. Ερμηνεύεται ότι το πλάτος του ανακλώμενου κύματος καθορίζει την αντίσταση της ασυνέχειας. Οι ανακλώμενοι παλμοί καθορίζουν επίσης την απόσταση του ανακλώμενου κύματος, το οποίο καθορίζει περαιτέρω τη θέση του σφάλματος.

Μέθοδος

Το Time Reflectometer ξεκινά τη λειτουργία του στέλνοντας παλμούς ή βήματα σήματα ή ενέργειες. Στη συνέχεια παρατηρεί την ανακλώμενη ενέργεια ή τα σήματα στη συνέχεια. Η ασυνέχεια της σύνθετης αντίστασης μετράται και αναλύεται από τους ανακλώμενους παλμούς των ενεργειών καθώς το πλάτος, το μέγεθος και οι κυματομορφές βοηθούν στην ανάλυση.

Για παράδειγμα, ας υποθέσουμε ότι μια λειτουργία ώθησης αποστέλλεται από το TDR προς ένα συνδεδεμένο φορτίο. Σε αυτήν την περίπτωση, το ανακλαστικόμετρο δείχνει ένα παλμικό σήμα στην οθόνη του και το πλάτος δείχνει την αντίσταση της ασυνέχειας. Η ακόλουθη έκφραση δίνει τη σχέση μεταξύ της σύνθετης αντίστασης φορτίου και του μεγέθους του ανακλώμενου κύματος.

Ρ = (RL - Ζ0) / (RL + Ζ0)

Το Z0 είναι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής μετάδοσης ή του ομοαξονικού καλωδίου. Το RL είναι η συνδεδεμένη αντίσταση φορτίου.

Οποιαδήποτε ασυνέχεια αντίστασης παρατηρείται ως σύνθετη αντίσταση και η αντίσταση τερματισμού την αντικαθιστά. Η διαδικασία συνίσταται σε γρήγορες αλλαγές στη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση των γραμμών μεταφοράς.

Μεταδιδόμενα σήματα TDRs

Τα ανακλαστήρια περιοχών χρόνου χρησιμοποιούν διάφορα είδη σημάτων ως σήματα συμβάντων. Μερικοί από τους πομπούς χρησιμοποιούν παλμικά σήματα. Μερικά από αυτά χρησιμοποιούν σήματα βήματος γρήγορης ανόδου. Μερικά από αυτά χρησιμοποιούν επίσης παρορμητικές λειτουργίες σημάτων.

Τα TDR που χρησιμοποιούν σήματα παλμού στέλνουν τον παλμό μέσω του καλωδίου. Η σταθερότητα τους εξαρτάται από το πλάτος του παλμού που τους στέλνουν. Γι 'αυτό προτιμούνται τα σήματα στενού παλμού. Υπάρχει όμως ένα μειονέκτημα για τους παλμούς στενού πλάτους καθώς είναι υψηλών συχνοτήτων. Τα σήματα υψηλής συχνότητας παραμορφώνονται μέσα σε μεγάλα καλώδια.

Ανακλαστικά σήματα του TDR

Συνήθως, τα κύματα που αντανακλούνται από την αντίσταση φορτίου ή λόγω της σύνθετης αντίστασης ασυνέχειας είναι παρόμοια με τα προσπίπτοντα κύματα στα σχήματά τους. Ωστόσο, το μέγεθος και άλλες ιδιότητες ποικίλλουν. Εάν υπάρχει κάποια αλλαγή στην αντίσταση φορτίου, το ανακλώμενο κύμα κάνει την ακριβή αλλαγή στις παραμέτρους του για να υποδείξει τις αλλαγές. Για παράδειγμα, εάν η αντίσταση φορτίου αυξηθεί ένα βήμα, το ανακλώμενο κύμα θα έχει επίσης ένα αυξημένο βήμα σε αυτό.

Αυτή η ιδιότητα του ανακλώμενου κύματος βρίσκει εφαρμογές σε πολλά πεδία για το Reflectometer Domain Time. Τα TDR χρησιμοποιούνται για τη διασφάλιση των χαρακτηριστικών σύνθετων αντιστάσεων του καλωδίου, άλλων παραμέτρων σύνθετης αντίστασης, αναντιστοιχίας σε συνδέσμους ή αρμούς.

Reflectometer τομέα χρόνου
Μετάδοση σήματος και αντανάκλαση από ασυνέχεια φορτίου, Image Credit: Όλεγκ ΑλεξάντροφΜερική μετάδοση, επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας, περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με Wikimedia Commons

Εφαρμογές του Time Domain Reflector

Οι ανακλαστήρες τομέα χρόνου χρησιμοποιούνται κυρίως για σκοπούς δοκιμής των πολύ μεγάλων καλωδίων. Εάν προκύψει κάποιο σφάλμα σε πολύ μακριά καλώδια, είναι πρακτικά αδύνατο να εντοπιστεί το σφάλμα μετά το σκάψιμο του καλωδίου μήκους χιλιομέτρων. Αυτό συμβαίνει όταν ένα ανακλαστικόμετρο TD μπαίνει σε δράση. Το ανακλασίμετρο πεδίου χρόνου είναι ικανό να μετρά τις αντιστάσεις στους συνδετήρες και μπορεί να ανιχνεύει (ανιχνεύει) τα σφάλματα πριν από τις καταστροφικές αστοχίες.

Οι TDRs βρίσκουν επίσης εφαρμογές σε γραμμές επικοινωνίας καθώς μπορούν να ανιχνεύσουν οποιαδήποτε λεπτή αλλαγή της σύνθετης αντίστασης λόγω της εισαγωγής οποιασδήποτε βρύσης ή σύνδεσης.

Οι συσκευές ανακλαστήρων τομέα-χρόνου είναι ζωτικής σημασίας για τα PCB. Οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων που έχουν σχεδιαστεί για υψηλές συχνότητες χρειάζονται TDR για την ανάλυση σφάλματος. Μερικές από τις σημαντικότερες εφαρμογές αναφέρονται παρακάτω λεπτομερώς.

> Ανάλυση συσκευών ημιαγωγών

Τα TDRs είναι χρήσιμα για τον εντοπισμό ελαττωμάτων σε ένα πακέτο ημιαγωγών. Χρησιμοποιώντας την ιδιότητα του αντανακλαστικού τομέα, ένα TDR παρέχει σημάδια για κάθε αγώγιμο ίχνος. Είναι ωφέλιμο να ανακαλύψετε την ακριβή τοποθεσία του ανοίγματος και των σορτς.

> Μέτρηση επιπέδου με χρήση TDR

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα TDRs είναι επωφελείς και απαραίτητες συσκευές για την εύρεση και τον εντοπισμό σφαλμάτων για καλώδια μεγάλου μήκους. Μια πιο προηγμένη συσκευή - μια συσκευή μέτρησης επιπέδων που βασίζεται σε TDR μπορεί να ανακαλύψει τη στάθμη ενός υγρού χρησιμοποιώντας αυτήν την αρχαία και θεμελιώδη ιδιότητα.

Για σκοπούς μέτρησης, η συσκευή στέλνει σήμα μέσω του καλωδίου ή του κυματοδηγού. Ένα μέρος του σήματος ανακλάται μετά το συμβάν του σήματος ή χτυπά την επιφάνεια στόχου του μέσου. Τώρα, η συσκευή υπολογίζει την περίοδο υπολογίζοντας τη διαφορά μεταξύ του χρόνου αποστολής και του χρόνου λήψης του ανακλώμενου κύματος. Η περίοδος τώρα βοηθά στον προσδιορισμό της στάθμης του υγρού. Καθώς η συσκευή μετρά τη στάθμη υγρού, γι 'αυτό ονομάζεται συσκευή μέτρησης στάθμης.

Οι εσωτερικοί αισθητήρες της συσκευής επεξεργάζονται την αναλυμένη έξοδο χρησιμοποιώντας αναλογικά σήματα. Υπάρχουν όμως και κάποιες δυσκολίες, ενώ η διάδοση του σήματος ποικίλλει ανάλογα με τη διαπερατότητα του μέσου. Η περιεκτικότητα σε υγρασία μεταβάλλει επίσης πολύ τον πολλαπλασιασμό.

> Εφαρμογές των TDRs στη Γεωτεχνική Μηχανική

Τα TDR εμπλέκονται εκτενώς στον τομέα της Γεωτεχνικής Μηχανικής. Χρησιμοποιούνται για να παρατηρήσουν τις κινήσεις των πλαγιών χρησιμοποιώντας διάφορα εργαλεία, όπως κοπές σε αυτοκινητόδρομους, ράγες και ανοιχτά ορυχεία.

Τα TDRs χρησιμοποιούνται επίσης για παρατήρηση σταθερότητας. Κατά τη διαδικασία της παρατήρησης, ένα καλώδιο είναι τοποθετημένο κοντά στην αντίστοιχη περιοχή. Οποιαδήποτε αναντιστοιχία μονωτών μεταξύ αγωγών επηρεάζει την ηλεκτρική αντίσταση του ομοαξονικού καλωδίου. Ένα σκληρό εξώφυλλο περιβάλλει το ομοαξονικό καλώδιο. Βοηθά στην ερμηνεία της κίνησης της γης μέσω μιας γρήγορης παραμόρφωσης των καλωδίων. Η παραμόρφωση προκαλεί αιχμή στην οθόνη της συσκευής ανακλαόμετρου. Σήμερα, οι τεχνικές επεξεργασίας σήματος κάνουν την ίδια δουλειά πιο αποτελεσματικά.

> Προσδιορισμός της υγρασίας του εδάφους

Τα ανακλασίμετρα πεδίου χρόνου χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό του επιπέδου υγρασίας των εδαφών. Η διαδικασία μέτρησης είναι πολύ απλή. Ένα TDR τοποθετείται μέσα σε διαφορετικά στρώματα εδάφους και στη συνέχεια σημειώνεται ο χρόνος έναρξης της καθίζησης και ο χρόνος κατά τον οποίο η υγρασία του εδάφους αυξάνεται. Τα TDRs είναι χρήσιμα για τη μέτρηση της ταχύτητας διείσδυσης νερού.

> Εφαρμογές στη Γεωργική Μηχανική

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα TDR μπορούν να μετρήσουν το περιεχόμενο του εδάφους. Είναι ευεργετικό και σημαντικό για τη μελέτη της γεωργικής μηχανικής και της επιστήμης. Οι έρευνες και οι προηγμένες μελέτες έχουν κάνει τα ανακλασόμετρα χρονικού πεδίου πιο τεχνικά προωθημένα για τη μέτρηση της περιεκτικότητας σε υγρασία του εδάφους και των σιτηρών, των τροφίμων και των ιζημάτων. Ωστόσο, το κύριο δομικό στοιχείο παρέμεινε το ίδιο. Τα TDRs είναι πολύ γνωστά λόγω της ακρίβειας των μετρήσεων.

> Εφαρμογές στη συντήρηση αεροπορίας

Η ιδιότητα των ανακλαστήρων έχει βρει εφαρμογές στη συντήρηση καλωδίων αεροπορίας. Η πιο συγκεκριμένη ιδιότητα είναι το "Spread Spectrum Time Domain Reflectometry", το οποίο χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό του σφάλματος και την προληπτική συντήρηση. Υπάρχουν δύο κύριοι λόγοι πίσω από τη χρήση του ακινήτου. Το πρώτο είναι η ακρίβεια στη μέτρηση, καθώς η συσκευή παρέχει ακριβείς μετρήσεις. Το δεύτερο είναι η ικανότητα του TDR να εντοπίζει ελαττώματα σε ένα εκτεταμένο εύρος που είναι πολύ ζωντανό.

Μερικοί άλλοι τύποι Reflectometer Domain Time

Reflectometer τομέα χρόνου
Οπτικό Reflectometer Domain Time, Image By:
"Οπτικό ανακλασίμετρο χρόνου-τομέα"(CC BY-NC-SA 2.0) με sjeemz

Τα Reflectometer Domain Time τροποποιούνται και προχωρούν με την πάροδο του χρόνου. Το οπτικό Reflectometer τομέα-χρόνου είναι ένας από τους προηγμένους τύπους TDR. Είναι μια ισοδύναμη συσκευή για οπτικές ίνες. Υπάρχει επίσης μια συσκευή όπως το Time Domain Transmissometry, το οποίο αναλύει τις μεταδόσεις οπτικών ινών. Δύο ακόμη παραλλαγές είναι: "Spectrum Spectrum Time Domain Reflectometry (SSTDR)" και "Coherent Time Domain Reflectometry (COTDR)".  

Σχετικά με τη Sudipta Roy

Είμαι ενθουσιώδης των ηλεκτρονικών και επί του παρόντος αφιερώνω στον τομέα των ηλεκτρονικών και των επικοινωνιών.
Έχω έντονο ενδιαφέρον για την εξερεύνηση σύγχρονων τεχνολογιών όπως η AI & Machine Learning.
Τα γραπτά μου είναι αφιερωμένα στην παροχή ακριβών και ενημερωμένων δεδομένων σε όλους τους μαθητές.
Βοηθώντας κάποιον να αποκτήσει γνώση μου δίνει μεγάλη χαρά.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

Lambda Geeks