เครื่องสะท้อนความถ่วงเวลา ( TDR ) เป็นเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ reflectometry แบบโดเมนตามเวลา เพื่อระบุลักษณะและค้นหาข้อบกพร่องในสายโลหะ (ตัวอย่างเช่น สายคู่ หรือ สาย coaxial ) [1] นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อค้นหาความไม่ต่อเนื่องในช่องเสียบ แผงวงจรพิมพ์ หรือทางไฟฟ้าอื่น ๆ อุปกรณ์เทียบเท่าสำหรับ เส้นใยแก้ว เป็นตัว สะท้อนแสงแบบเวลาโดเมน
ลักษณะ
TDR วัดการสะท้อนตามตัวนำ เพื่อวัดการสะท้อนเหล่านั้น TDR จะส่งสัญญาณเหตุการณ์ไปยังตัวนำและฟังการ สะท้อน ของมัน หากตัวนํามี สมรรถภาพ สม่ำเสมอและถูก ยกเลิก อย่างถูกต้องจะไม่มีการสะท้อนและสัญญาณที่เหลือจะถูกดูดซับที่ปลายสุดโดยการสิ้นสุด แต่ถ้ามีการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานสัญญาณบางอย่างจะสะท้อนกลับไปที่ต้นทาง TDR มีความคล้ายคลึงกันในหลักการของ เรดาร์
การสะท้อน
โดยทั่วไปการสะท้อนจะมีรูปร่างเหมือนกับสัญญาณที่เกิดขึ้น แต่สัญญาณและขนาดจะขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนระดับอิมพีแดนซ์ ถ้ามีการเพิ่มความอิ่มตัวในขั้นตอนการสะท้อนจะมีสัญญาณเช่นเดียวกับสัญญาณที่เกิดขึ้น ถ้ามีการลดความต้านทานของขั้นตอนการสะท้อนจะมีสัญญาณตรงกันข้าม ความสำคัญของการสะท้อนขึ้นอยู่กับจำนวนของการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน แต่ยังรวมถึงการสูญเสียในตัวนำ
การสะท้อนจะวัดที่ เอาท์พุท / อินพุต ไปยัง TDR และแสดงหรือวางแผนเป็นฟังก์ชันของเวลา อีกทางเลือกหนึ่งคือสามารถอ่านค่า ความยาว ของ สายเคเบิลได้ เนื่องจากความเร็วของการขยายสัญญาณเกือบจะคงที่สำหรับสื่อส่งข้อมูลที่กำหนด
เนื่องจากมีความไวต่อรูปแบบอิมพีแดนซ์สามารถใช้ TDR เพื่อตรวจสอบคุณสมบัติของอิมพีแดนซ์สายเคเบิลการ เชื่อมต่อ และ จุด เชื่อมต่อ และการสูญเสียที่เกี่ยวข้องและประมาณความยาวของสายเคเบิล
สัญญาณเหตุการณ์
TDR ใช้สัญญาณเหตุการณ์ที่แตกต่างกัน TDRs บางตัวส่ง ชีพจร ไปตามตัวนำ; ความละเอียดของเครื่องมือดังกล่าวมักจะเป็นความกว้างของชีพจร แคบสามารถให้ความละเอียดได้ดี แต่มีส่วนประกอบของสัญญาณความถี่สูงที่ถูกทำให้อ่อนตัวลงในสายยาว รูปร่างของชีพจรเป็นไซน์ไซด์ครึ่งซีพียู [2] สำหรับสายยาวใช้กว้างกว้างพัลส์
นอกจากนี้ยังใช้ขั้นตอนการ เพิ่มขึ้น อย่างรวดเร็ว แทนที่จะมองหาการสะท้อนของชีพจรที่สมบูรณ์เครื่องมือที่เกี่ยวข้องกับขอบที่เพิ่มขึ้นซึ่งอาจจะรวดเร็วมาก [3] ยุคเทคโนโลยี TDR ใช้ขั้นตอนที่มีเวลาเพิ่มขึ้น 25 ps [4] [5] [6]
TDRs อื่น ๆ ยังส่งสัญญาณที่ซับซ้อนและตรวจจับการสะท้อนด้วยเทคนิคเชิงสัมพันธ์ ดู reflectometry สเปกตรัมสเปกตรัมสเปกตรัม
การใช้
reflectometers โดเมนเวลาที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการทดสอบในสถานที่ของการทำงานสายยาวมากที่จะทำไม่ได้ที่จะขุดขึ้นหรือลบสิ่งที่อาจจะเป็นสายกิโลเมตรยาว จำเป็นสำหรับ การบำรุงรักษาเชิงป้องกัน ของ สาย โทรคมนาคม เนื่องจาก TDR สามารถตรวจจับความต้านทานต่อข้อต่อและ ขั้วต่อ ขณะ กัดกร่อน และเพิ่ม การรั่วซึมของ ฉนวน เมื่อมันย่อยสลายและดูดซับความชื้นได้นานก่อนที่จะนำไปสู่ความล้มเหลวที่ร้ายแรง การใช้ TDR เป็นไปได้ที่จะระบุความผิดพลาดภายในเซนติเมตร
TDRs เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์มากสำหรับ การตรวจตรามาตรการทางเทคนิคเพื่อ ช่วยในการตรวจสอบการดำรงอยู่และตำแหน่งของ ก๊อกลวด การเปลี่ยนสายของอิมพีแดนซ์เล็กน้อยที่เกิดจากการเปิดตัวก๊อกหรือข้อต่อจะปรากฏขึ้นบนหน้าจอของ TDR เมื่อเชื่อมต่อกับสายโทรศัพท์
อุปกรณ์ TDR เป็นเครื่องมือสำคัญในการ วิเคราะห์ความล้มเหลว ของแผ่นวงจรพิมพ์ที่มีความถี่สูงในปัจจุบันโดยมีร่องรอยของสัญญาณที่จำลองขึ้นเพื่อเลียนแบบ สายส่ง การสังเกตการณ์การสะท้อน จะมีการตรวจจับ หมุดที่ยังไม่ได้แกะสลักของ อุปกรณ์ ลูกกรงแบบลูกคลื่น หมุดลัดวงจรยังสามารถตรวจพบได้ในแบบเดียวกัน
หลักการ TDR ใช้ในการตั้งค่าอุตสาหกรรมในสถานการณ์ที่หลากหลายเช่นการทดสอบ แพคเกจ วงจรรวม เพื่อวัดระดับของเหลว ในอดีต reflectometer โดเมนระยะเวลาใช้ในการแยกไซต์ที่ล้มเหลวในตำแหน่งเดียวกัน หลังส่วนใหญ่จะ จำกัด เฉพาะอุตสาหกรรมกระบวนการ
ในการวัดระดับ
ใน อุปกรณ์ วัดระดับ TDR อุปกรณ์จะสร้างแรงกระตุ้นที่ส่งผ่านคลื่นนำแสง (เรียกว่าหัววัด) ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นแท่งโลหะหรือสายเคเบิลเหล็ก เมื่อแรงดันดังกล่าวกระทบกับพื้นผิวของสื่อที่จะวัดส่วนหนึ่งของแรงกระตุ้นจะสะท้อนกลับไปที่ท่อนำคลื่น อุปกรณ์จะกำหนดระดับของเหลวโดยการวัดความแตกต่างของเวลาระหว่างเมื่อมีการส่งแรงกระตุ้นและเมื่อการสะท้อนกลับ เซ็นเซอร์สามารถส่งออกระดับการวิเคราะห์เป็นสัญญาณอนาล็อกอย่างต่อเนื่องหรือเปลี่ยนสัญญาณเอาท์พุท ในเทคโนโลยี TDR ความเร็วอิมพัลซ์จะได้รับผลกระทบจากการซึมผ่านของตัวกลางที่ส่งผ่านพัลส์ซึ่งจะแปรผันตามความชื้นและอุณหภูมิของตัวกลาง ในหลายกรณีผลกระทบนี้สามารถแก้ไขได้โดยไม่ยากเกินควร ในบางกรณีเช่นในสภาพการเดือดและ / หรืออุณหภูมิสูงการแก้ไขอาจเป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกำหนดความสูงของฟอง (foam) และระดับของเหลวที่ยุบลงในโฟม / น้ำเดือดอาจเป็นเรื่องยากมาก
ใช้ในสายยึดในเขื่อน
กลุ่มความสนใจด้านความปลอดภัยของเขื่อนของ CEA Technologies, Inc. (CEATI) ซึ่งเป็นกลุ่มขององค์กรพลังงานไฟฟ้าได้ใช้ reflectometry โดเมนระยะเวลา Spread-spectrum เพื่อระบุข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นในสายยึดเหนี่ยวคอนกรีต ประโยชน์ที่สำคัญของ reflectometry โดเมนเวลาผ่านวิธีการทดสอบอื่น ๆ เป็นวิธีการที่ไม่ทำลายของการทดสอบเหล่านี้ [8]
ใช้ในทางโลกและวิทยาศาสตร์การเกษตร
บทความหลัก: การ วัดปริมาณความชื้นโดยใช้ reflectometry โดเมนระยะเวลา
ใช้ TDR เพื่อหา ปริมาณความชื้น ในดินและสื่อที่มีรูพรุน ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมาได้รับความก้าวหน้าอย่างมากในการวัดความชื้นในดินเมล็ดพืชอาหารและตะกอน กุญแจสู่ความสำเร็จของ TDR คือความสามารถในการหาค่า permittivity (dielectric constant) ที่ถูกต้องของวัสดุจากการแพร่กระจายของคลื่นเนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างค่า permittivity ของวัสดุและปริมาณน้ำที่แสดงให้เห็นในงานสำรวจของ Hoekstra และ Delaney (1974) และ Topp et al. (1980) ความคิดเห็นล่าสุดและงานอ้างอิงในหัวข้อนี้ ได้แก่ โทพีพีและนาดส์ (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp and Ferre (2002) และโรบินสันและอื่น ๆ (2003) วิธีการ TDR เป็นเทคนิคการส่งผ่านสายส่งและกำหนดค่าการดูดซับที่ชัดเจน (Ka) จากระยะเวลาการเดินทางของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายไปตามสายส่งซึ่งโดยทั่วไปจะมีแท่งโลหะคู่ขนานสองตัวหรือมากกว่าฝังอยู่ในดินหรือตะกอน ตัวตรวจสอบมีความยาวระหว่าง 10 ถึง 30 ซม. และเชื่อมต่อกับ TDR ผ่านสายคู่สาย
ในการใช้งานทางธรณีวิทยา
reflectometry โดเมนเวลายังถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบการเคลื่อนไหวความลาดชันในความหลากหลายของการตั้งค่าธรณีเทคนิครวมทั้งการตัดทางหลวงเตียงรถไฟและหลุมเหมืองเปิด (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b; Kane & Beck, 1999) ในการตรวจสอบเสถียรภาพการใช้งานโดยใช้ TDR มีการติดตั้งสายคู่สายในหลุมเจาะแนวตั้งที่ผ่านบริเวณที่ต้องกังวล ความต้านทานไฟฟ้าที่จุดใด ๆ ตามสาย coaxial เปลี่ยนไปด้วยการเปลี่ยนรูปของฉนวนระหว่างตัวนำ กาวชนิดเปราะบางล้อมรอบสายเคเบิลเพื่อแปลความเคลื่อนไหวของแผ่นดินโลกให้กลายเป็นการเปลี่ยนรูปสายเคเบิลอย่างกะทันหันซึ่งแสดงให้เห็นว่าเป็นจุดสูงสุดที่ตรวจพบได้ในการติดตามการสะท้อนแสง จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้เทคนิคนี้มีความรู้สึกไม่ดีต่อการเคลื่อนที่ของความลาดเอียงเล็กน้อยและไม่สามารถทำงานได้โดยอัตโนมัติเพราะอาศัยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของการสะท้อนแสงตลอดเวลา Farrington และ Sargand (2004) ได้พัฒนาเทคนิคการประมวลผลสัญญาณที่เรียบง่ายโดยใช้อนุพันธ์เชิงตัวเลขเพื่อดึงข้อมูลความน่าเชื่อถือของการเคลื่อนที่ของความลาดชันจากข้อมูล TDR เร็วกว่าการตีความแบบเดิม
การใช้ TDRs อีกครั้งในวิศวกรรมธรณีเทคนิคคือการกำหนดปริมาณความชื้นในดิน สามารถทำได้โดยการวาง TDRs ไว้ในชั้นดินที่แตกต่างกันและวัดเวลาในการตกตะกอนและเวลาที่ TDR บ่งชี้ว่าความชื้นในดินเพิ่มขึ้น ความลึกของ TDR (d) เป็นปัจจัยที่รู้จักและอีกประการหนึ่งคือเวลาที่น้ำลงจะถึงความลึก (t); ดังนั้นความเร็วของการ ซึมผ่าน ของน้ำ (v) สามารถกำหนดได้ นี่คือวิธีที่ดีในการประเมินประสิทธิผลของ Best Management Practices (BMPs) ในการลด น้ำฝน ไหลบ่าผิว
ในการวิเคราะห์อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์
reflectometry โดเมนเวลาจะใช้ในการวิเคราะห์ความล้มเหลวของเซมิคอนดักเตอร์เป็นวิธีที่ไม่ทำลายสำหรับตำแหน่งของข้อบกพร่องในชุดอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ TDR ให้ลายเซ็นไฟฟ้าของร่องรอยที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในแต่ละชุดอุปกรณ์และเป็นประโยชน์ในการกำหนดตำแหน่งของการเปิดและกางเกงขาสั้น
ในการเดินสายไฟการบิน
reflectometry โดเมนเวลาโดยเฉพาะ reflectometry สเปกตรัมกระจายสเปกตรัม ใช้ในสายการบินสำหรับการบำรุงรักษาเชิงป้องกันและสถานที่ผิดพลาด [9] การ กระจายสเปกตรัมโดเมน reflectometry โดเมนเวลามีประโยชน์จากตำแหน่งตำแหน่งที่ผิดพลาดได้อย่างแม่นยำภายในพันไมล์ของสายการบิน นอกจากนี้เทคโนโลยีนี้มีมูลค่าการพิจารณาสำหรับการตรวจสอบการบินในเวลาจริงเป็น reflectometry สเปกตรัมกระจายสามารถใช้สายชีวิต
วิธีนี้แสดงให้เห็นว่าเป็นประโยชน์ในการหาตำแหน่งไฟฟ้าขัดข้องเป็นระยะ ๆ [10]
การสะท้อนแสงโดเมนเวลาแบบหลายโดเมน (MCTDR) ได้รับการระบุว่าเป็นวิธีที่มีแนวโน้มสำหรับการฝังตัว EWIS หรือเครื่องมือแก้ไขปัญหา (โดยคำนึงถึง EMC และไม่เป็นอันตรายต่อสายไฟ) เทคโนโลยีสมาร์ทนี้จะให้ข้อมูลสำหรับการตรวจสอบการแปลและการระบุลักษณะของข้อบกพร่องทางไฟฟ้า (หรือข้อบกพร่องทางกลที่มีผลทางไฟฟ้า) ในระบบสายไฟ สามารถตรวจจับความผิดพลาดที่เกิดขึ้นได้ยาก (สั้นวงจรเปิด) หรือข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นเป็นระยะ ๆ อย่างรวดเร็วช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบสายไฟและปรับปรุงการบำรุงรักษา [11]
