Um refletômetro no domínio do tempo ( TDR ) é um instrumento eletrônico que usa a refletometria no domínio do tempo para caracterizar e localizar falhas em cabos metálicos (por exemplo, fio de par trançado ou cabo coaxial ). [1] Ele também pode ser usado para localizar descontinuidades em um conector, placa de circuito impresso ou qualquer outro caminho elétrico. O dispositivo equivalente para fibra ótica é um refletômetro ótico no domínio do tempo .
Descrição
Um TDR mede as reflexões ao longo de um condutor. Para medir essas reflexões, o TDR transmitirá um sinal incidente ao condutor e ouvirá seus reflexos . Se o condutor é de uma impedância uniforme e está devidamente terminado , então não haverá reflexões e o sinal de incidente remanescente será absorvido na extremidade remota pela terminação. Em vez disso, se houver variações de impedância, algum sinal incidente será refletido de volta para a fonte. Um TDR é similar em princípio ao radar .
Reflexão
Geralmente, as reflexões terão a mesma forma que o sinal incidente, mas seu sinal e magnitude dependem da mudança no nível de impedância. Se houver um aumento na impedância, a reflexão terá o mesmo sinal que o sinal incidente; se houver uma diminuição na impedância, a reflexão terá o sinal oposto. A magnitude da reflexão depende não apenas da quantidade da mudança de impedância, mas também da perda no condutor.
As reflexões são medidas na saída / entrada para o TDR e exibidas ou plotadas em função do tempo. Alternativamente, a exibição pode ser lida como uma função do comprimento do cabo porque a velocidade de propagação do sinal é quase constante para um dado meio de transmissão.
Devido à sua sensibilidade às variações de impedância, um TDR pode ser usado para verificar as características de impedância do cabo, a localização da emenda e do conector e as perdas associadas e estimar os comprimentos dos cabos.
Sinal de incidente
Os DDRs usam sinais de incidentes diferentes. Alguns TDRs transmitem um pulso ao longo do condutor; a resolução de tais instrumentos é geralmente a largura do pulso. Pulsos estreitos podem oferecer boa resolução, mas possuem componentes de sinal de alta frequência que são atenuados em cabos longos. A forma do pulso é muitas vezes uma sinusóide de meio ciclo. [2] Para cabos mais longos, larguras de pulso mais largas são usadas.
Etapas rápidas de tempo de subida também são usadas. Em vez de procurar a reflexão de um pulso completo, o instrumento está preocupado com a borda ascendente, que pode ser muito rápida. [3] A tecnologia TDR dos anos 1970 usava etapas com um tempo de subida de 25 ps. [4] [5] [6]
Ainda outros DTR transmitem sinais complexos e detectam reflexões com técnicas de correlação. Veja a refletometria no domínio do tempo de espectro espalhado .
Uso
Os reflectômetros no domínio do tempo são comumente usados para testes no local de cabos muito longos, onde é impraticável desenterrar ou remover o que pode ser um cabo de quilômetros de comprimento. Eles são indispensáveis para a manutenção preventiva de linhas de telecomunicações , pois os TDRs podem detectar resistência nas juntas e conectores à medida que se desgastam e aumentam o vazamento do isolamento à medida que degrada e absorve umidade, muito antes de causar falhas catastróficas. Usando um TDR, é possível identificar uma falha dentro de centímetros.
Os DTRs também são ferramentas muito úteis para contramedidas de vigilância técnica , onde ajudam a determinar a existência e a localização das tomadas de arame . A ligeira alteração na impedância da linha causada pela introdução de uma derivação ou emenda aparecerá na tela de um TDR quando conectado a uma linha telefônica.
O equipamento TDR também é uma ferramenta essencial na análise de falhas de placas de circuito impresso modernas de alta frequência com sinalização traçada para emular linhas de transmissão . Observando os reflexos, todos os pinos não-soldados de um dispositivo de matriz de grade de bola podem ser detectados. Pinos curtos-circuitados também podem ser detectados de maneira similar.
O princípio TDR é usado em ambientes industriais, em situações tão diversas quanto o teste de pacotes de circuitos integrados para medir os níveis de líquido. No primeiro, o reflectômetro de domínio de tempo é usado para isolar sites com falha no mesmo. O último é principalmente limitado à indústria de processo.
Na medição de nível
Em um dispositivo de medição de nível baseado em TDR , o dispositivo gera um impulso que se propaga por um guia de ondas fino (chamado de sonda) - normalmente uma haste de metal ou um cabo de aço. Quando esse impulso atinge a superfície do meio a ser medido, parte do impulso reflete de volta o guia de onda. O dispositivo determina o nível do fluido medindo a diferença de tempo entre o momento em que o impulso foi enviado e quando a reflexão retornou. Os sensores podem emitir o nível analisado como um sinal analógico contínuo ou mudar os sinais de saída. Na tecnologia TDR, a velocidade de impulso é afetada principalmente pela permissividade do meio através do qual o pulso se propaga, o que pode variar muito pelo conteúdo de umidade e temperatura do meio. Em muitos casos, esse efeito pode ser corrigido sem dificuldade indevida. Em alguns casos, como em ambientes com ebulição e / ou alta temperatura, a correção pode ser difícil. Em particular, determinar a altura da espuma (espuma) e o nível do líquido colapsado num meio espumoso / a ferver pode ser muito difícil.
Usado em cabos de ancoragem em barragens
O Grupo de Interesse de Segurança de Barragens da CEA Technologies, Inc. (CEATI), um consórcio de organizações de energia elétrica, aplicou a refletometria no domínio do tempo de espalhamento espectral para identificar possíveis falhas em cabos de ancoragem de concreto. O principal benefício da reflectometria do domínio do tempo em relação a outros métodos de teste é o método não destrutivo desses testes. [8]
Usado na terra e nas ciências agrícolas
Artigo principal: Medição do teor de umidade usando a refletometria no domínio do tempo
Um TDR é usado para determinar o teor de umidade no solo e no meio poroso. Nas últimas duas décadas, avanços substanciais foram feitos medindo a umidade no solo, grãos, alimentos e sedimentos. A chave para o sucesso do TDR é a capacidade de determinar com precisão a permissividade (constante dielétrica) de um material de propagação de ondas, devido à forte relação entre a permitividade de um material e seu teor de água, como demonstrado nos trabalhos pioneiros de Hoekstra e Delaney. (1974) e Topp et al. (1980). Revisões recentes e trabalhos de referência sobre o assunto incluem, Topp e Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp e Ferre (2002) e Robinson et al. (2003). O método TDR é uma técnica de linha de transmissão e determina a permissividade aparente (Ka) do tempo de viagem de uma onda eletromagnética que se propaga ao longo de uma linha de transmissão, geralmente duas ou mais hastes de metal paralelas embutidas no solo ou sedimento. As sondas são tipicamente entre 10 e 30 cm de comprimento e conectadas ao TDR via cabo coaxial.
Em uso geotécnico
A reflectometria no domínio do tempo também tem sido utilizada para monitorar o movimento da inclinação em uma variedade de configurações geotécnicas, incluindo cortes rodoviários, ferrovias e minas a céu aberto (Dowding e O'Connor, 1984, 2000a, 2000b; Kane & Beck, 1999). Em aplicações de monitoramento de estabilidade usando TDR, um cabo coaxial é instalado em um furo vertical passando pela região em questão. A impedância elétrica em qualquer ponto ao longo de um cabo coaxial muda com a deformação do isolador entre os condutores. Uma argamassa quebradiça envolve o cabo para converter o movimento da terra em uma deformação abrupta do cabo que aparece como um pico detectável no traço de refletância. Até recentemente, a técnica era relativamente insensível a pequenos movimentos de inclinação e não podia ser automatizada porque dependia da detecção humana de mudanças no traço de refletância ao longo do tempo. Farrington e Sargand (2004) desenvolveram uma técnica simples de processamento de sinais usando derivadas numéricas para extrair indicações confiáveis de movimento de inclinação dos dados do TDR muito antes do que pela interpretação convencional.
Outra aplicação de TDRs na engenharia geotécnica é determinar o teor de umidade do solo. Isto pode ser feito colocando os TDRs em diferentes camadas do solo e medindo o tempo de início da precipitação e o tempo que o TDR indica um aumento no teor de umidade do solo. A profundidade da TDR (d) é um fator conhecido e a outra é o tempo que a gota de água leva para atingir essa profundidade (t); portanto, a velocidade de infiltração de água (v) pode ser determinada. Este é um bom método para avaliar a eficácia das Melhores Práticas de Gestão (BMPs) na redução de águas pluviais escoamento superficial .
Na análise de dispositivos semicondutores
A reflectometria no domínio do tempo é usada na análise de falhas de semicondutores como um método não destrutivo para a localização de defeitos em pacotes de dispositivos semicondutores. O TDR fornece uma assinatura elétrica de traços condutivos individuais no pacote do dispositivo e é útil para determinar a localização de aberturas e curtos.
Na manutenção da fiação da aviação
A reflectometria no domínio do tempo, especificamente a refletometria no domínio do tempo de espectro espalhado, é usada na fiação da aviação tanto para a manutenção preventiva quanto para a localização da falta. [9] A reflectometria no domínio do tempo do espectro de dispersão tem a vantagem de localizar com precisão a localização da falta em milhares de quilômetros de cabeamento de aviação. Além disso, vale a pena considerar essa tecnologia para monitoração da aviação em tempo real, já que a refletometria do espectro espalhado pode ser empregada em fios energizados.
Este método mostrou ser útil para localizar falhas elétricas intermitentes. [10]
A reflectometria do domínio do tempo com múltiplas portadoras (MCTDR) também foi identificada como um método promissor para diagnósticos incorporados do EWIS ou ferramentas de solução de problemas. Com base na injeção de um sinal multiportadora (respeitando a EMC e inofensivo para os fios), esta tecnologia inteligente fornece informações para a detecção, localização e caracterização de defeitos elétricos (ou defeitos mecânicos com conseqüências elétricas) nos sistemas de fiação. Falhas graves (curto circuito aberto) ou defeitos intermitentes podem ser detectados rapidamente aumentando a confiabilidade dos sistemas de fiação e melhorando sua manutenção. [11]
