시간 영역 반사 계 ( TDR )는 시간 영역 반사 측정법 을 사용 하여 금속 케이블 (예 : 연선 또는 동축 케이블 )의 결함을 특성화하고 위치를 지정 하는 전자 계측기입니다 . [1] 커넥터, 인쇄 회로 기판 또는 기타 전기 경로 에서 불연속 점을 찾을 때도 사용할 수 있습니다 . 광섬유에 해당하는 장치 는 광 시간 영역 반사 계 입니다.
기술
TDR은 도체를 따라 반사를 측정합니다. 이러한 반사를 측정하기 위해 TDR은 도체에 입사 신호를 전송하고 반사를 수신합니다. 도체가 일정한 임피던스를 가지며 적절하게 종단 되면 반사가없고 나머지 종단 신호는 종단에 의해 원단에서 흡수됩니다. 대신 임피던스 변동이 있으면 입사 신호 중 일부가 소스로 반사됩니다. TDR은 원칙적으로 레이더 와 유사합니다.
반사
일반적으로 반사는 입사 신호와 동일한 모양을 갖지만 신호와 크기는 임피던스 레벨의 변화에 따라 달라집니다. 임피던스가 단계적으로 증가하면 반사는 입사 신호와 같은 부호를 갖게됩니다. 임피던스가 단계적으로 감소하면 반사는 반대 부호를 갖게됩니다. 반사의 크기는 임피던스 변화의 양뿐만 아니라 도체의 손실에 따라 달라집니다.
반사는 TDR 에 대한 출력 / 입력 에서 측정되어 시간의 함수로 표시되거나 플롯됩니다. 대안으로, 디스플레이는 신호 전송 속도가 주어진 전송 매체에 대해 거의 일정하기 때문에 케이블 길이 의 함수로서 판독 될 수있다 .
임피던스 변동에 대한 민감성 때문에 TDR을 사용하여 케이블 임피던스 특성, 스플 라이스 및 커넥터 위치 및 관련 손실 을 검증 하고 케이블 길이를 평가할 수 있습니다.
인시던트 신호
TDR은 서로 다른 인시던트 신호를 사용합니다. 일부 TDR 은 도체를 따라 펄스 를 전송합니다 . 그러한 도구의 해상도는 흔히 맥박의 폭입니다. 좁은 펄스는 우수한 해상도를 제공 할 수 있지만 장거리 케이블에서는 고주파 신호 성분이 약화됩니다. 맥박의 모양은 종종 반주 사인파입니다. [2] 긴 케이블의 경우 더 넓은 펄스 폭이 사용됩니다.
빠른 상승 시간 간격도 사용됩니다. 완전한 펄스의 반사를 찾는 대신, 장비는 상승 에지와 관련이 있으며, 이는 매우 빠를 수 있습니다. [3] 1970 년대 기술 TDR은 25ps의 상승 시간으로 단계를 사용했습니다. [4] [5] [6]
또 다른 TDR은 상관 기술로 복잡한 신호를 전송하고 반사를 감지합니다. 스프레드 스펙트럼 시간 영역 반사 측정법을 참조하십시오 .
용법
시간 영역 반사 계는 일반적으로 매우 긴 케이블 런트의 내부 테스트에 사용되며, 킬로미터 길이의 케이블 일 수있는 것을 파내거나 제거하는 것은 비현실적입니다. TDR은 관절과 커넥터 가 부식 될 때 저항을 감지 할 수 있고 재해가 발생하기 오래 전에 수분을 분해하고 흡수 할 때 절연 누설을 증가 시킬 수 있으므로 전기 통신 회선 의 예방 유지 관리 에 없어서는 안될 필수 요소입니다 . TDR을 사용하면 폴트를 센티미터 단위로 찾아 낼 수 있습니다.
TDR은 또한 기술 감시 대책을 위한 매우 유용한 도구로서 도청 장치 의 존재와 위치를 결정하는 데 도움을줍니다 . 전화선에 연결되면 TDR 화면에 탭 또는 스플 라이스가 삽입 됨으로써 발생하는 라인 임피던스의 미세한 변화가 나타납니다.
TDR 장비는 전송선 을 에뮬레이션하기 위해 만들어진 신호 트레이스가있는 최신 고주파 인쇄 회로 기판 의 고장 분석 에도 필수적인 도구입니다 . 반사를 관찰함으로써 볼 그리드 어레이 장치의 핀이없는 핀을 감지 할 수 있습니다. 단락 된 핀도 유사한 방식으로 감지 될 수 있습니다.
TDR 원리는 액체 레벨 측정 을위한 집적 회로 패키지 테스트와 같은 다양한 상황에서 산업 환경에서 사용됩니다 . 전자의 경우, 시간 영역 반사 계 (time domain reflectometer)는 동일하지 않은 사이트를 분리하는 데 사용됩니다. 후자는 주로 공정 산업으로 제한됩니다.
레벨 측정
TDR 기반의 레벨 측정 장치에서 장치는 얇은 도파관 (프로브라고 함) - 일반적으로 금속 막대 또는 강철 케이블 아래로 전파되는 임펄스를 생성합니다. 이 임펄스가 측정 매체의 표면에 부딪 칠 때, 임펄스의 일부는 도파관 위로 반사합니다. 장치는 임펄스가 전송 된 시점과 반사가 반환 된 시점 간의 시간차를 측정하여 유체 레벨을 결정합니다. 센서는 분석 된 레벨을 연속적인 아날로그 신호 또는 스위치 출력 신호로 출력 할 수 있습니다. TDR 기술에서 임펄스 속도는 주로 펄스가 전파되는 매질의 유전율에 의해 영향을받습니다. 이는 매질의 수분 함량과 온도에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 많은 경우,이 효과는 과도한 어려움없이 교정 될 수 있습니다. 비등 및 / 또는 고온 환경과 같은 일부 경우, 보정이 어려울 수 있습니다. 특히, 거품 / 비등 배지에서 거품 (거품) 높이와 붕괴 된 액체 수준을 결정하는 것은 매우 어려울 수 있습니다.
댐의 앵커 케이블에 사용
전력기구의 컨소시엄 인 CEA Technologies, Inc. (CEATI)의 Dam Safety Interest Group은 콘크리트 댐 앵커 케이블의 잠재적 결함을 식별하기 위해 Spread-spectrum time-domain reflectometry 를 적용했습니다 . 다른 테스트 방법에 비해 시간 도메인 반사 측정의 주요 이점은 이러한 테스트의 비파괴적인 방법입니다. [8]
지구 및 농업 과학에 사용
주요 기사 : 시간 영역 reflectometry를 사용하여 수분 함량 측정
TDR은 토양 및 다공성 매체의 수분 함량 을 결정하는 데 사용됩니다 . 지난 20 년 동안 토양, 곡물, 식량 및 침전물에서 수분을 측정하는 실질적인 진보가 이루어졌습니다. TDR의 성공의 열쇠는 호크 스트라 (Hoekstra)와 딜레이 니 (Delaney)의 선구자 적 연구에서 입증 된 것처럼 물질의 유전율과 수분 함량 사이의 강한 관계 때문에 파 전파로부터 물질의 유전율 (유전율)을 정확하게 결정할 수있는 능력입니다. (1974)] 및 [Topp et al. (1980). 주제에 대한 최근 검토 및 참고 연구는 Topp and Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp and Ferre (2002) 및 Robinson et al. (2003). TDR 방법은 전송선 기법이며 전송선을 따라 전파되는 전자기파의 이동 시간 (일반적으로 토양 또는 퇴적물에 포함 된 두 개 이상의 평행 한 금속 막대)에서 겉보기 유전율 (Ka)을 결정합니다. 프로브는 일반적으로 길이가 10 ~ 30cm이며 동축 케이블을 통해 TDR에 연결됩니다.
지질 공학적 용도
시간 영역 반사 측정법은 또한 고속도로 컷, 레일 베드 및 노천 광산을 포함하는 다양한 지반 공학 환경에서 경사 운동을 모니터링하는 데 활용되어왔다 (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b, Kane & Beck, 1999). TDR을 이용한 안정성 모니터링 어플리케이션에서, 관심 영역을 통과하는 수직 시추공에 동축 케이블이 설치됩니다. 동축 케이블상의 임의의 지점에서의 전기 임피던스는 도체들 사이의 절연체의 변형에 따라 변한다. 취성 그라우트가 케이블을 감싸서 지구의 움직임을 반사 궤적에서 탐지 가능한 피크로 나타나는 급격한 케이블 변형으로 변환합니다. 최근까지이 기술은 작은 경사 움직임에 상대적으로 둔감했으며 시간 경과에 따른 반사율 추적의 변화를 사람이 감지했기 때문에 자동화 할 수 없었습니다. Farrington과 Sargand (2004)는 TDR 데이터로부터 기울기 이동의 신뢰성있는 표시를 기존의 해석보다 훨씬 빨리 추출하기 위해 수치 미분을 사용하여 간단한 신호 처리 기술을 개발했습니다.
토목 공학에서 TDR의 또 다른 응용은 토양 수분 함량을 결정하는 것입니다. 이것은 다른 토양층에 TDR을 놓고 강수 시작 시간을 측정하고 TDR이 토양 수분 함량을 증가시키는 시간을 측정함으로써 이루어질 수 있습니다. TDR (d)의 깊이는 알려진 인자이며 다른 하나는 물이 그 깊이 (t)에 도달하는 데 걸리는 시간입니다. 그러므로 물의 침투 속도 (v)를 결정할 수있다. 이는 우수 관리 기법 (BMPs)의 우수 를 감소시키는 데있어 효과 성을 평가하는 좋은 방법입니다 표면 유출 .
반도체 소자 분석
시간 영역 반사 계측은 반도체 소자 패키지의 결함 위치에 대한 비파괴적인 방법으로서 반도체 결함 분석에 사용됩니다. TDR은 장치 패키지의 개별 전도성 트레이스의 전기적 특성을 제공하며 개방 및 단락의 위치를 결정하는 데 유용합니다.
항공 배선 유지 보수
시간 영역 반사 계측, 특히 확산 스펙트럼 시간 영역 반사 계측 은 예방 유지 보수 및 오류 위치 모두를위한 항공 배선에 사용됩니다. [9] 스프레드 스펙트럼 시간 영역 반사 계측은 수천 마일의 항공 배선 내에서 오류 위치를 정확하게 찾을 수 있다는 이점이 있습니다. 또한이 기술은 실시간 스펙트럼 모니터링을 위해 고려해야 할 사항입니다. 스프레드 스펙트럼 반사 측정이 라이브 와이어에 적용될 수 있기 때문입니다.
이 방법은 간헐적 인 전기 결함을 찾아내는 데 유용합니다. [10]
MCTDR (Multi Carrier Time Domain Reflectometry)은 임베디드 EWIS 진단 또는 문제 해결 도구로서 유망한 방법으로도 확인되었습니다. 이 똑똑한 기술은 멀티 캐리어 신호의 주입 (EMC를 준수하고 전선에 대해 무해 함)에 기반하여 배선 시스템에서 전기적 결함 (또는 전기적 결함을 가진 기계적 결함)을 탐지, 지역화 및 특성화하기위한 정보를 제공합니다. 단단한 결함 (단락, 개방 회로) 또는 간헐적 결함이 매우 빠르게 감지되어 배선 시스템의 신뢰성을 높이고 유지 보수를 향상시킵니다. [11]
