Riflettometro nel dominio del tempo: 3 fatti importanti

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Introduzione al riflettometro nel dominio del tempo

Prima di iniziare a conoscere il riflettometro nel dominio del tempo - TDR, facci sapere un riflettometro.

Riflettometro: Un riflettometro è un tipo di circuito che isola e campiona le potenze incidente e riflessa da un carico utilizzando un accoppiatore direzionale.

I riflettometri sono le principali applicazioni dei componenti passivi a microonde. Un riflettometro viene utilizzato in un analizzatore di rete vettoriale in quanto può misurare vari parametri come: coefficiente di riflessione per la rete a una porta, parametri di dispersione per la rete a due porte. Può essere utilizzato anche in sostituzione di un Misuratore SWR o anche come monitor di potenza.

Riflettometro nel dominio del tempo: Un riflettore nel dominio del tempo o TDR è un dispositivo elettronico basato sulla proprietà di un riflettometro che rileva le caratteristiche delle linee elettriche dalle onde riflesse.

I TDR vengono utilizzati per rilevare guasti nei cavi come doppini intrecciati o cavi coassiali. Questo articolo imparerà di più sul dispositivo, gli usi del riflettore nel dominio del tempo e le spiegazioni a riguardo.

Riflettometro nel dominio del tempo
Un tipico riflettometro nel dominio del tempo, credito d'immagine: di Megger Ltd. - Megger Ltd, CC BY 3.0, Link

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Descrizione del riflettometro nel dominio del tempo

Principio di funzionamento

Un TDR analizza i segnali riflessi inviati da solo. Per analizzare le riflessioni, trasmette prima un segnale lungo il cavo e attende la riflessione. Se ci sono alcuni difetti o disallineamenti nella linea di trasmissione o nel cavo, la parte dell'onda incidente viene riflessa. TDR riceve l'onda riflessa e quindi la analizza per individuare e misurare i guasti. Ma se non ci sono difetti o tutto va bene, il segnale raggiunge l'estremità remota senza riflesso e il cavo è considerato accettabile. Il principio di funzionamento di un riflettometro nel dominio del tempo è quasi simile al principio di funzionamento di un RADR.

Analisi

Il TDR analizza l'onda riflessa. Si interpreta che l'ampiezza dell'onda riflessa determina l'impedenza di discontinuità. Gli impulsi riflessi determinano anche la distanza dell'onda riflessa, che determina ulteriormente la posizione del guasto.

Riflettometro nel dominio del tempo
Letture da un TDR, credito immagine: Costante314, Traccia TDR del cavo con terminazione aperta, CC0 1.0

metodo

Il riflettometro nel dominio del tempo inizia il suo funzionamento inviando impulsi o segnali di passo o energie. Quindi osserva l'energia riflessa o successivamente i segnali. La discontinuità dell'impedenza viene misurata e analizzata dagli impulsi riflessi delle energie poiché l'ampiezza, la magnitudine e le forme d'onda aiutano nell'analisi.

Ad esempio, supponiamo che una funzione di impulso venga inviata da TDR verso un carico collegato. In tal caso, il riflettometro mostra un segnale di impulso sul display e l'ampiezza indica l'impedenza di discontinuità. La seguente espressione fornisce la relazione tra l'impedenza di carico e l'ampiezza dell'onda riflessa.

P = (rL - Z0) / (RL + Z0)

Z0 è l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione o del cavo coassiale. RL è la resistenza di carico collegata.

Qualsiasi discontinuità di impedenza viene osservata come impedenza di terminazione e l'impedenza di terminazione la sostituisce. Il processo consiste in rapidi cambiamenti nell'impedenza caratteristica delle linee di trasmissione.

Segnali trasmessi di TDR

I riflettometri nel dominio del tempo utilizzano vari tipi di segnali come segnali incidenti. Alcuni trasmettitori utilizzano segnali a impulsi. Alcuni di loro utilizzano segnali di incremento del tempo di salita veloce. Alcuni di loro usano anche le funzioni di impulso dei segnali.

I TDR che utilizzano segnali a impulsi inviano l'impulso attraverso il cavo. La loro fermezza dipende dall'ampiezza dell'impulso inviato da loro. Ecco perché sono preferiti i segnali a impulsi stretti. Ma c'è un difetto per gli impulsi a larghezza ridotta poiché sono delle alte frequenze. I segnali ad alta frequenza vengono distorti all'interno di cavi di grandi dimensioni.

Segnali riflessi di TDR

Tipicamente, le onde riflesse dall'impedenza di carico o dovute all'impedenza di discontinuità sono simili alle onde incidenti nelle loro forme. Tuttavia, la grandezza e altre proprietà vengono variate. Se c'è qualche cambiamento nell'impedenza di carico, l'onda riflessa fa l'esatto cambiamento nei suoi parametri per indicare i cambiamenti. Ad esempio, se l'impedenza di carico viene aumentata di un gradino, anche l'onda riflessa avrà un gradino maggiore.

Questa proprietà dell'onda riflessa trova applicazioni in molti campi per il riflettometro nel dominio del tempo. I TDR vengono utilizzati per garantire le impedenze caratteristiche del cavo, altri parametri di impedenza, nessun disadattamento nei connettori o nei giunti.

Riflettometro nel dominio del tempo
Trasmissione del segnale e riflessione dalla discontinuità del carico, Image Credit: Oleg Aleksandrov, Trasmittanza parziale, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons

Applicazioni del riflettore nel dominio del tempo

I riflettori nel dominio del tempo vengono utilizzati principalmente a scopo di test dei cavi molto lunghi. Se si verifica un guasto in cavi molto lunghi, è praticamente impossibile localizzare il guasto dopo aver scavato il cavo lungo chilometri. Questo è quando un riflettometro TD entra in azione. Il riflettometro nel dominio del tempo è in grado di misurare le resistenze sui connettori e può rilevare (rilevare) i guasti molto prima dei guasti catastrofici.

I TDR trovano anche applicazioni nelle linee di comunicazione in quanto possono rilevare qualsiasi variazione minima dell'impedenza di linea dovuta all'introduzione di qualsiasi presa o giunzione.

I dispositivi riflettometrici nel dominio del tempo sono fondamentali per i PCB. I circuiti stampati progettati per le alte frequenze necessitano di TDR per l'analisi dei guasti. Alcune delle principali applicazioni sono elencate di seguito in dettaglio.

> Analisi di dispositivi a semiconduttore

I TDR sono utili per individuare i difetti in un pacchetto di semiconduttori. Utilizzando la proprietà della riflettometria del dominio, un TDR fornisce i segni per ogni traccia conduttiva. È utile per scoprire la posizione esatta dell'apertura e dei pantaloncini.

> Misura di livello utilizzando TDR

Come accennato in precedenza, i TDR sono dispositivi utili ed essenziali per rilevare e localizzare i guasti per cavi a fili lunghi. Un dispositivo più avanzato: un dispositivo di misurazione del livello basato su TDR può rilevare il livello di un fluido utilizzando quella proprietà antica e fondamentale.

Ai fini della misurazione, il dispositivo invia un segnale attraverso il cavo o la guida d'onda. Una parte del segnale viene riflessa dopo l'incidente del segnale o colpisce la superficie di destinazione del mezzo. Ora, il dispositivo calcola il periodo calcolando la differenza tra il tempo di invio e il tempo di ricezione dell'onda riflessa. Il periodo ora aiuta a determinare il livello del fluido. Poiché il dispositivo misura il livello del fluido, è per questo che viene chiamato dispositivo di misurazione del livello.

I sensori interni del dispositivo elaborano l'uscita analizzata utilizzando segnali analogici. Ma ci sono anche alcune difficoltà mentre la propagazione del segnale viene variata dalla permettività del mezzo. Il contenuto di umidità varia anche notevolmente la propagazione.

> Applicazioni dei TDR nell'ingegneria geotecnica

I TDR sono ampiamente coinvolti nel dominio dell'ingegneria geotecnica. Sono utilizzati per osservare i movimenti dei pendii utilizzando vari strumenti come tagli autostradali, letti ferroviari e miniere a cielo aperto.

I TDR vengono utilizzati anche per l'osservazione della stabilità. Nel processo di osservazione, viene installato un cavo vicino alla regione interessata. Qualsiasi disallineamento degli isolatori tra i conduttori influisce sull'impedenza elettrica del cavo coassiale. Una copertina rigida circonda il cavo coassiale. Aiuta a interpretare il movimento della terra tramite una rapida distorsione del cavo. La deformazione provoca un picco nel monitor del dispositivo riflettometrico. Al giorno d'oggi, le tecniche di elaborazione del segnale stanno facendo lo stesso lavoro in modo più efficiente.

> Determinazione dell'umidità del suolo

I riflettometri nel dominio del tempo vengono utilizzati per determinare il livello di umidità del suolo. Il processo di misurazione è abbastanza semplice. Un TDR viene posizionato all'interno di diversi strati di terreno, quindi si nota l'ora di inizio della precipitazione e l'ora in cui l'umidità del suolo è aumentata. I TDR sono utili per misurare la velocità di infiltrazione dell'acqua.

> Applicazioni in ingegneria agraria

Come accennato in precedenza, i TDR possono misurare il contenuto del suolo. È utile e cruciale per lo studio dell'ingegneria e della scienza dell'agricoltura. Ricerche e studi avanzati hanno reso tecnicamente più avanzati i riflettometri nel dominio del tempo per misurare il contenuto di umidità del suolo e del grano, dei prodotti alimentari e dei sedimenti. Tuttavia, l'elemento principale è rimasto lo stesso. I TDR sono molto rinomati per la loro accuratezza nelle misurazioni.

> Applicazioni nella manutenzione aeronautica

La proprietà dei riflettometri ha trovato applicazioni nella manutenzione dei cablaggi aeronautici. La proprietà più specifica è la "Riflettometria nel dominio del tempo a spettro esteso", utilizzata per individuare l'errore e la manutenzione preventiva. Ci sono due ragioni principali dietro l'utilizzo della proprietà. Il primo è la precisione nella misurazione, poiché il dispositivo fornisce misurazioni accurate. Il secondo è la capacità del TDR di individuare i difetti in una vasta gamma che è anche in diretta.

Alcuni altri tipi di riflettometri nel dominio del tempo

Riflettometro nel dominio del tempo
Riflettometro ottico nel dominio del tempo, immagine di:
"Riflettometro ottico nel dominio del tempo"(CC BY-NC-SA 2.0) di sjeemz

I riflettometri nel dominio del tempo vengono modificati e avanzati con il tempo. Il riflettometro ottico nel dominio del tempo è uno dei tipi avanzati di TDR. È un dispositivo equivalente per fibra ottica. C'è anche un dispositivo come la trasmissometria nel dominio del tempo, che analizza le trasmissioni di fibre ottiche. Altre due varianti sono: "Spread Spectrum Time Domain Reflectometry (SSTDR)" e "Coherent Time Domain Reflectometry (COTDR)".