Sebuah reflectometer waktu-domain ( TDR ) adalah instrumen elektronik yang menggunakan reflectometry domain-waktu untuk mengkarakterisasi dan menemukan kesalahan dalam kabel logam (misalnya, kabel twisted pair atau kabel koaksial ). [1] Ini juga dapat digunakan untuk menemukan diskontinuitas dalam konektor, papan sirkuit tercetak , atau jalur listrik lainnya. Perangkat yang setara untuk serat optik adalah reflectometer waktu-domain optik .
Deskripsi
TDR mengukur refleksi sepanjang konduktor. Untuk mengukur refleksi tersebut, TDR akan mengirimkan sinyal insiden ke konduktor dan mendengarkan pantulannya . Jika konduktor memiliki impedansi yang seragam dan diakhiri dengan benar, maka tidak akan ada pantulan dan sinyal insiden yang tersisa akan diserap di ujung-ujungnya dengan penghentian. Sebaliknya, jika ada variasi impedansi, maka beberapa sinyal insiden akan dipantulkan kembali ke sumbernya. TDR pada prinsipnya mirip dengan radar .
Refleksi
Umumnya, pantulan akan memiliki bentuk yang sama dengan sinyal insiden, tetapi tanda dan besarnya bergantung pada perubahan tingkat impedansi. Jika ada peningkatan langkah dalam impedansi, maka pantulan akan memiliki tanda yang sama dengan sinyal insiden; jika ada langkah penurunan impedansi, pantulan akan memiliki tanda yang berlawanan. Besarnya pantulan tidak hanya bergantung pada jumlah perubahan impedansi, tetapi juga pada hilangnya konduktor.
Refleksi diukur pada output / input ke TDR dan ditampilkan atau diplot sebagai fungsi waktu. Atau, tampilan dapat dibaca sebagai fungsi dari panjang kabel karena kecepatan propagasi sinyal hampir konstan untuk media transmisi yang diberikan.
Karena sensitivitasnya terhadap variasi impedansi, TDR dapat digunakan untuk memverifikasi karakteristik impedansi kabel, sambungan dan lokasi konektor dan kerugian terkait, dan memperkirakan panjang kabel.
Sinyal insiden
TDR menggunakan sinyal insiden yang berbeda. Beberapa TDR mengirimkan pulsa di sepanjang konduktor; resolusi instrumen tersebut sering kali lebar pulsa. Pulsa sempit dapat menawarkan resolusi yang baik, tetapi mereka memiliki komponen sinyal frekuensi tinggi yang dilemahkan dalam kabel panjang. Bentuk denyutnya sering sinusoid setengah siklus. [2] Untuk kabel yang lebih panjang, lebar pulsa yang lebih lebar digunakan.
Langkah-langkah waktu cepat juga digunakan. Alih-alih mencari pantulan dari pulsa lengkap, instrumen ini berkaitan dengan tepi yang menanjak, yang bisa sangat cepat. [3] Teknologi 1970-an TDR menggunakan langkah-langkah dengan waktu naik 25 ps. [4] [5] [6]
Masih TDR lainnya mengirimkan sinyal kompleks dan mendeteksi refleksi dengan teknik korelasi. Lihat reflectometry domain-waktu spektrum spektrum .
Pemakaian
Time reflectometers domain biasanya digunakan untuk pengujian di tempat dari kabel yang sangat panjang, di mana tidak praktis untuk menggali atau menghapus apa yang mungkin kabel sepanjang kilometer. Mereka sangat diperlukan untuk pemeliharaan preventif dari jalur telekomunikasi , karena TDR dapat mendeteksi resistensi pada sambungan dan konektor saat mereka berkorosi , dan meningkatkan kebocoran isolasi karena menurunkan dan menyerap kelembaban, jauh sebelum menyebabkan kegagalan katastropik. Menggunakan TDR, dimungkinkan untuk menentukan kesalahan ke dalam sentimeter.
TDR juga alat yang sangat berguna untuk langkah-langkah pengawasan teknis , di mana mereka membantu menentukan keberadaan dan lokasi pengetatan kawat . Perubahan kecil pada impedansi garis yang disebabkan oleh pengenalan tap atau sambatan akan muncul di layar TDR ketika terhubung ke saluran telepon.
Peralatan TDR juga merupakan alat penting dalam analisis kegagalan papan sirkuit cetak frekuensi tinggi modern dengan jejak sinyal yang dibuat untuk meniru jalur transmisi . Dengan mengamati pantulan, setiap pin yang tidak ditebalkan dari perangkat kotak bola dapat dideteksi. Pin circuited pendek juga dapat dideteksi dengan cara yang sama.
Prinsip TDR digunakan dalam pengaturan industri, dalam situasi yang beragam seperti pengujian paket sirkuit terpadu untuk mengukur tingkat cairan. Pada yang pertama, reflectometer domain waktu digunakan untuk mengisolasi situs yang gagal dalam hal yang sama. Yang terakhir ini terutama terbatas pada industri proses.
Dalam pengukuran level
Dalam alat pengukur tingkat berbasis TDR , perangkat menghasilkan impuls yang menyebar ke bawah pandu gelombang tipis (disebut sebagai probe) - biasanya batang logam atau kabel baja. Ketika impuls ini menyentuh permukaan medium yang akan diukur, bagian dari impuls memantulkan kembali pandu gelombang. Perangkat menentukan tingkat cairan dengan mengukur perbedaan waktu antara saat impuls dikirim dan kapan refleksi kembali. Sensor dapat mengeluarkan level yang dianalisis sebagai sinyal analog kontinyu atau sinyal output sakelar. Dalam teknologi TDR, kecepatan impuls terutama dipengaruhi oleh permitivitas medium melalui mana pulsa menyebar, yang dapat sangat bervariasi oleh kadar air dan suhu medium. Dalam banyak kasus, efek ini dapat diperbaiki tanpa kesulitan yang tidak semestinya. Dalam beberapa kasus, seperti dalam lingkungan yang mendidih dan / atau suhu tinggi, koreksi bisa menjadi sulit. Khususnya, menentukan tinggi buih (busa) dan tingkat cairan yang kolaps dalam medium berbusa / mendidih bisa sangat sulit.
Digunakan dalam kabel jangkar di bendungan
Kelompok Minat Keamanan Keselamatan dari CEA Technologies, Inc. (CEATI), sebuah konsorsium organisasi tenaga listrik, telah menerapkan reflectometry domain-waktu spektrum-spektrum untuk mengidentifikasi kesalahan potensial dalam kabel bendungan bendungan beton. Manfaat utama dari reflectometry Domain Waktu atas metode pengujian lainnya adalah metode non-destruktif dari tes ini. [8]
Digunakan dalam ilmu bumi dan pertanian
Artikel utama: Mengukur kadar air menggunakan reflectometry domain waktu
A TDR digunakan untuk menentukan kadar air di tanah dan media berpori. Selama dua dekade terakhir, kemajuan substansial telah dilakukan untuk mengukur kadar air di tanah, biji-bijian, bahan makanan, dan sedimen. Kunci keberhasilan TDR adalah kemampuannya untuk secara akurat menentukan permitivitas (konstanta dielektrik) dari bahan dari propagasi gelombang, karena hubungan yang kuat antara permitivitas bahan dan kandungan airnya, seperti yang ditunjukkan dalam karya perintis Hoekstra dan Delaney. (1974) dan Topp et al. (1980). Ulasan terbaru dan karya referensi pada subjek termasuk, Topp dan Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp dan Ferre (2002) dan Robinson dkk. (2003). Metode TDR adalah teknik saluran transmisi, dan menentukan permitivitas yang jelas (Ka) dari waktu perjalanan gelombang elektromagnetik yang merambat sepanjang saluran transmisi, biasanya dua atau lebih batang logam paralel yang tertanam di tanah atau sedimen. Probe biasanya antara 10 dan 30 cm panjang dan terhubung ke TDR melalui kabel koaksial.
Dalam penggunaan geoteknik
Sisa domain reflectometry juga telah digunakan untuk memantau gerakan lereng di berbagai pengaturan geoteknik termasuk pemotongan jalan raya, rel tempat tidur, dan tambang terbuka (Dowding & O'Connor, 1984, 2000a, 2000b; Kane & Beck, 1999). Dalam aplikasi pemantauan stabilitas menggunakan TDR, kabel koaksial dipasang di lubang bor vertikal yang melewati wilayah yang menjadi perhatian. Impedansi listrik pada setiap titik sepanjang kabel koaksial berubah dengan deformasi isolator antara konduktor. Sebuah grouting getas mengelilingi kabel untuk menerjemahkan gerakan bumi ke dalam deformasi kabel mendadak yang muncul sebagai puncak terdeteksi dalam jejak reflektansi. Sampai saat ini, teknik ini relatif tidak sensitif terhadap gerakan kemiringan kecil dan tidak dapat diotomatisasi karena bergantung pada deteksi manusia terhadap perubahan jejak reflektansi dari waktu ke waktu. Farrington dan Sargand (2004) mengembangkan teknik pemrosesan sinyal sederhana menggunakan derivatif numerik untuk mengekstrak indikasi gerakan kemiringan yang dapat diandalkan dari data TDR jauh lebih awal daripada dengan interpretasi konvensional.
Aplikasi lain dari TDR dalam rekayasa geoteknik adalah untuk menentukan kandungan kelembaban tanah. Hal ini dapat dilakukan dengan menempatkan TDR di lapisan tanah yang berbeda dan pengukuran waktu permulaan pengendapan dan waktu TDR menunjukkan peningkatan kadar air tanah. Kedalaman TDR (d) adalah faktor yang diketahui dan yang lainnya adalah waktu yang dibutuhkan setetes air untuk mencapai kedalaman itu (t); oleh karena itu kecepatan infiltrasi air (v) dapat ditentukan. Ini adalah metode yang baik untuk menilai efektivitas Praktik Manajemen Terbaik (BMP) dalam mengurangi stormwater limpasan permukaan .
Dalam analisis perangkat semikonduktor
Sisa domain reflectometry digunakan dalam analisis kegagalan semikonduktor sebagai metode non-destruktif untuk lokasi cacat dalam paket perangkat semikonduktor. TDR memberikan tanda tangan listrik dari jejak konduktif individu dalam paket perangkat, dan berguna untuk menentukan lokasi pembukaan dan celana pendek.
Dalam pemeliharaan kabel penerbangan
Reflektometri domain waktu, khususnya reflectometry domain -spektrum spektrum digunakan pada kabel penerbangan baik untuk pemeliharaan preventif dan lokasi gangguan. [9] Spread reflectometry domain waktu spektrum memiliki keuntungan menemukan lokasi kesalahan secara tepat dalam ribuan mil dari kabel penerbangan. Selain itu, teknologi ini layak dipertimbangkan untuk pemantauan penerbangan real time, karena reflectometry spektrum tersebar dapat digunakan pada kabel hidup.
Metode ini telah terbukti bermanfaat untuk menemukan kesalahan listrik intermittent. [10]
Multi carrier time domain reflectometry (MCTDR) juga telah diidentifikasi sebagai metode yang menjanjikan untuk diagnosa EWIS yang tertanam atau alat pemecahan masalah. Berdasarkan injeksi sinyal multicarrier (menghormati EMC dan tidak berbahaya untuk kabel), teknologi pintar ini memberikan informasi untuk deteksi, lokalisasi dan karakterisasi cacat listrik (atau cacat mekanis yang memiliki konsekuensi listrik) dalam sistem pengkabelan. Hard fault (short, open circuit) atau intermittent defect dapat dideteksi dengan sangat cepat meningkatkan keandalan sistem pengkabelan dan meningkatkan pemeliharaannya. [11]
