Zeitbereichsreflektometer werden üblicherweise für die Prüfung sehr langer Kabelstrecken vor Ort verwendet, wenn es unpraktisch ist, ein möglicherweise kilometerlanges Kabel auszugraben oder zu entfernen. Sie sind unentbehrlich für die vorbeugende Instandhaltung von Telekommunikationsleitungen, da TDRs den Widerstand von Muffen und Steckverbindern erkennen können, wenn diese korrodieren, sowie zunehmende Leckagen in der Isolierung, wenn diese sich abbaut und Feuchtigkeit aufnimmt, lange bevor beides zu katastrophalen Ausfällen führt. Mit einem TDR ist es möglich, einen Fehler bis auf wenige Zentimeter genau zu lokalisieren.
TDRs sind auch sehr nützliche Werkzeuge für technische Überwachungsmaßnahmen, bei denen sie helfen, das Vorhandensein und die Lage von Abhörgeräten zu bestimmen. Die geringfügige Änderung der Leitungsimpedanz, die durch die Einführung einer Abzweigung oder eines Spleißes verursacht wird, zeigt sich auf dem Bildschirm eines TDR, wenn es an eine Telefonleitung angeschlossen ist.
TDR-Geräte sind auch ein wesentliches Hilfsmittel bei der Fehleranalyse moderner Hochfrequenz-Leiterplatten mit Signalspuren, die so gestaltet sind, dass sie Übertragungsleitungen nachahmen. Durch die Beobachtung von Reflexionen können alle nicht gelöteten Pins eines Ball-Grid-Array-Bauelements aufgespürt werden. Auch kurzgeschlossene Pins lassen sich auf ähnliche Weise aufspüren.
Das TDR-Prinzip wird in der Industrie in so unterschiedlichen Bereichen wie der Prüfung integrierter Schaltungen oder der Messung von Flüssigkeitsständen eingesetzt. Im ersten Fall wird das Zeitbereichsreflektometer verwendet, um fehlerhafte Stellen in denselben zu isolieren. Letzteres ist in erster Linie auf die Prozessindustrie beschränkt.
In der FüllstandsmessungBearbeiten
In einem TDR-basierten Füllstandsmessgerät erzeugt das Gerät einen Impuls, der sich über einen dünnen Wellenleiter (eine so genannte Sonde) – in der Regel ein Metallstab oder ein Stahlkabel – ausbreitet. Wenn dieser Impuls auf die Oberfläche des zu messenden Mediums trifft, wird ein Teil des Impulses in den Wellenleiter zurückreflektiert. Das Gerät bestimmt den Füllstand, indem es die Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden des Impulses und der Rückkehr der Reflexion misst. Die Sensoren können den analysierten Füllstand als kontinuierliches Analogsignal oder als Schaltausgangssignal ausgeben. Bei der TDR-Technologie wird die Impulsgeschwindigkeit in erster Linie von der Permittivität des Mediums beeinflusst, durch das sich der Impuls ausbreitet, die je nach Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur des Mediums stark variieren kann. In vielen Fällen kann dieser Effekt ohne übermäßige Schwierigkeiten korrigiert werden. In einigen Fällen, z. B. in kochenden und/oder hochtemperierten Umgebungen, kann die Korrektur schwierig sein. Insbesondere die Bestimmung der Schaumhöhe und des kollabierten Flüssigkeitsspiegels in einem schaumigen / kochenden Medium kann sehr schwierig sein.
Verwendet in Ankerkabeln in DämmenEdit
Die Dam Safety Interest Group of CEA Technologies, Inc. (CEATI), ein Konsortium von Elektrizitätswerken, hat die Spread-spectrum time-domain reflectometry eingesetzt, um potenzielle Fehler in Ankerkabeln von Staudämmen zu identifizieren. Der Hauptvorteil der Zeitbereichsreflektometrie gegenüber anderen Prüfmethoden ist die zerstörungsfreie Methode dieser Tests.
Verwendung in den Erd- und AgrarwissenschaftenBearbeiten
Ein TDR wird zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in Böden und porösen Medien eingesetzt. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden erhebliche Fortschritte bei der Messung der Feuchtigkeit in Böden, Getreide, Lebensmitteln und Sedimenten erzielt. Der Schlüssel zum Erfolg von TDR liegt in der Fähigkeit, die Permittivität (Dielektrizitätskonstante) eines Materials aus der Wellenausbreitung genau zu bestimmen, und zwar aufgrund der starken Beziehung zwischen der Permittivität eines Materials und seinem Wassergehalt, wie in den Pionierarbeiten von Hoekstra und Delaney (1974) und Topp et al. (1980) gezeigt wurde. Zu den neueren Übersichten und Referenzarbeiten zu diesem Thema gehören Topp und Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp und Ferre (2002) und Robinson et al. (2003). Bei der TDR-Methode handelt es sich um eine Übertragungsleitungstechnik, bei der die scheinbare Dielektrizitätskonstante (Ka) anhand der Laufzeit einer elektromagnetischen Welle bestimmt wird, die sich entlang einer Übertragungsleitung ausbreitet, die in der Regel aus zwei oder mehr parallelen Metallstäben besteht, die im Boden oder im Sediment eingebettet sind. Die Sonden sind in der Regel zwischen 10 und 30 cm lang und über ein Koaxialkabel mit dem TDR verbunden.
In der GeotechnikEdit
Die Zeitbereichsreflektometrie wurde auch zur Überwachung von Hangbewegungen in einer Vielzahl von geotechnischen Umgebungen eingesetzt, darunter Autobahneinschnitte, Gleisbetten und Tagebaue (Dowding & O’Connor, 1984, 2000a, 2000b; Kane & Beck, 1999). Bei der Stabilitätsüberwachung mit TDR wird ein Koaxialkabel in einem vertikalen Bohrloch verlegt, das durch die betreffende Region verläuft. Die elektrische Impedanz an jedem Punkt des Koaxialkabels ändert sich mit der Verformung des Isolators zwischen den Leitern. Ein spröder Mörtel umgibt das Kabel, um Erdbewegungen in eine abrupte Verformung des Kabels umzuwandeln, die sich als erkennbare Spitze in der Reflexionskurve zeigt. Bis vor kurzem war die Technik relativ unempfindlich gegenüber kleinen Hangbewegungen und konnte nicht automatisiert werden, da sie auf der menschlichen Erkennung von Veränderungen in der Reflexionskurve im Laufe der Zeit beruhte. Farrington und Sargand (2004) entwickelten ein einfaches Signalverarbeitungsverfahren, bei dem numerische Ableitungen verwendet werden, um zuverlässige Hinweise auf Hangbewegungen aus den TDR-Daten zu extrahieren, und zwar viel früher als bei der herkömmlichen Auswertung.
Eine weitere Anwendung von TDRs in der Geotechnik ist die Bestimmung des Bodenfeuchtigkeitsgehalts. Dazu werden die TDRs in verschiedenen Bodenschichten platziert und der Zeitpunkt des Niederschlagsbeginns sowie der Zeitpunkt, zu dem die TDRs einen Anstieg der Bodenfeuchte anzeigen, gemessen. Die Tiefe des TDR (d) ist ein bekannter Faktor und der andere ist die Zeit, die der Wassertropfen braucht, um diese Tiefe zu erreichen (t); daher kann die Geschwindigkeit der Wasserinfiltration (v) bestimmt werden. Dies ist eine gute Methode, um die Wirksamkeit von Best Management Practices (BMPs) bei der Reduzierung des Oberflächenabflusses von Regenwasser zu bewerten.
In der HalbleiterbauelementanalyseEdit
Die Zeitbereichsreflektometrie wird in der Halbleiterfehleranalyse als zerstörungsfreie Methode zur Lokalisierung von Defekten in Halbleiterbauelementen eingesetzt. Die TDR liefert eine elektrische Signatur einzelner Leiterbahnen in der Baugruppe und ist nützlich für die Bestimmung des Ortes von Unterbrechungen und Kurzschlüssen.
Bei der Wartung von LuftfahrtkabelnBearbeiten
Die Zeitbereichsreflektometrie, insbesondere die Spreizspektrum-Zeitbereichsreflektometrie, wird bei Luftfahrtkabeln sowohl für die vorbeugende Wartung als auch für die Fehlersuche eingesetzt. Die Spreizspektrum-Zeitbereichsreflektometrie hat den Vorteil, dass sie die Fehlerstelle innerhalb von Tausenden von Kilometern der Luftfahrtverkabelung genau lokalisieren kann. Darüber hinaus ist diese Technologie für die Echtzeit-Überwachung der Luftfahrt in Betracht zu ziehen, da die Spreizspektrum-Reflektometrie an stromführenden Leitungen eingesetzt werden kann.
Diese Methode hat sich als nützlich erwiesen, um intermittierende elektrische Fehler zu lokalisieren.
Die Multi-Carrier Time Domain Reflectometry (MCTDR) wurde ebenfalls als vielversprechende Methode für eingebettete EWIS-Diagnose- oder Fehlerbehebungswerkzeuge identifiziert. Basierend auf der Einspeisung eines Mehrträgersignals (unter Beachtung der EMV und unschädlich für die Leitungen) liefert diese intelligente Technologie Informationen für die Erkennung, Lokalisierung und Charakterisierung elektrischer Defekte (oder mechanischer Defekte mit elektrischen Folgen) in den Bordnetzen. Harte Fehler (Kurzschluss, Unterbrechung) oder intermittierende Defekte können sehr schnell erkannt werden, was die Zuverlässigkeit der Verkabelungssysteme erhöht und ihre Wartung verbessert.