I riflettometri nel dominio del tempo sono comunemente usati per i test sul posto di cavi molto lunghi, dove non è pratico scavare o rimuovere quello che può essere un cavo lungo chilometri. Sono indispensabili per la manutenzione preventiva delle linee di telecomunicazione, poiché i TDR possono rilevare la resistenza sui giunti e sui connettori mentre si corrodono, e l’aumento delle perdite di isolamento mentre si degradano e assorbono l’umidità, molto prima che entrambi portino a guasti catastrofici. Usando un TDR, è possibile localizzare un guasto entro pochi centimetri.
I TDR sono anche strumenti molto utili per le contromisure di sorveglianza tecnica, dove aiutano a determinare l’esistenza e la posizione delle intercettazioni. Il leggero cambiamento nell’impedenza della linea causato dall’introduzione di un rubinetto o di una giuntura apparirà sullo schermo di un TDR quando è collegato a una linea telefonica.
Le apparecchiature TDR sono anche uno strumento essenziale nell’analisi dei guasti dei moderni circuiti stampati ad alta frequenza con tracce di segnale realizzate per emulare le linee di trasmissione. Osservando le riflessioni, è possibile rilevare i pin non saldati di un dispositivo ball grid array. Anche i pin in cortocircuito possono essere rilevati in modo simile.
Il principio TDR viene utilizzato in ambito industriale, in situazioni diverse come il test dei pacchetti di circuiti integrati e la misurazione dei livelli dei liquidi. Nel primo caso, il riflettometro nel dominio del tempo viene utilizzato per isolare i siti di guasto nello stesso. Il secondo è principalmente limitato all’industria di processo.
Nella misurazione del livelloModifica
In un dispositivo di misurazione del livello basato su TDR, il dispositivo genera un impulso che si propaga lungo una sottile guida d’onda (denominata sonda) – in genere un’asta metallica o un cavo d’acciaio. Quando questo impulso colpisce la superficie del mezzo da misurare, parte dell’impulso riflette indietro lungo la guida d’onda. Il dispositivo determina il livello del fluido misurando la differenza di tempo tra quando l’impulso è stato inviato e quando la riflessione è tornata indietro. I sensori possono emettere il livello analizzato come un segnale analogico continuo o segnali di uscita di commutazione. Nella tecnologia TDR, la velocità dell’impulso è principalmente influenzata dalla permittività del mezzo attraverso cui l’impulso si propaga, che può variare notevolmente dal contenuto di umidità e dalla temperatura del mezzo. In molti casi, questo effetto può essere corretto senza eccessiva difficoltà. In alcuni casi, come in ambienti bollenti e/o ad alta temperatura, la correzione può essere difficile. In particolare, determinare l’altezza della spuma (schiuma) e il livello del liquido collassato in un mezzo spumoso / bollente può essere molto difficile.
Usato nei cavi di ancoraggio nelle digheModifica
Il Dam Safety Interest Group di CEA Technologies, Inc. (CEATI), un consorzio di organizzazioni di energia elettrica, ha applicato la riflettometria nel dominio del tempo a spettro diffuso per identificare potenziali guasti nei cavi di ancoraggio delle dighe in cemento. Il vantaggio principale della riflettometria nel dominio del tempo rispetto ad altri metodi di prova è il metodo non distruttivo di questi test.
Usato nelle scienze della terra e dell’agricolturaModifica
Un TDR è usato per determinare il contenuto di umidità nel suolo e nei mezzi porosi. Negli ultimi due decenni, sono stati fatti progressi sostanziali nella misurazione dell’umidità nel suolo, nei cereali, negli alimenti e nei sedimenti. La chiave del successo della TDR è la sua capacità di determinare accuratamente la permittività (costante dielettrica) di un materiale dalla propagazione delle onde, a causa della forte relazione tra la permittività di un materiale e il suo contenuto di acqua, come dimostrato nei lavori pionieristici di Hoekstra e Delaney (1974) e Topp et al. (1980). Recensioni recenti e lavori di riferimento sull’argomento includono Topp e Reynolds (1998), Noborio (2001), Pettinellia et al. (2002), Topp e Ferre (2002) e Robinson et al. (2003). Il metodo TDR è una tecnica di linea di trasmissione e determina la permittività apparente (Ka) dal tempo di viaggio di un’onda elettromagnetica che si propaga lungo una linea di trasmissione, di solito due o più aste metalliche parallele incorporate nel suolo o nel sedimento. Le sonde sono tipicamente tra i 10 e i 30 cm di lunghezza e collegate al TDR tramite un cavo coassiale.
Nell’ingegneria geotecnicaModifica
La riflettometria nel dominio del tempo è stata utilizzata anche per monitorare il movimento dei pendii in una varietà di contesti geotecnici tra cui tagli autostradali, letti ferroviari e miniere a cielo aperto (Dowding & O’Connor, 1984, 2000a, 2000b; Kane & Beck, 1999). Nelle applicazioni di monitoraggio della stabilità utilizzando TDR, un cavo coassiale è installato in un foro verticale che passa attraverso la regione di interesse. L’impedenza elettrica in qualsiasi punto lungo un cavo coassiale cambia con la deformazione dell’isolante tra i conduttori. Una malta fragile circonda il cavo per tradurre il movimento della terra in una brusca deformazione del cavo che si manifesta come un picco rilevabile nella traccia di riflettanza. Fino a poco tempo fa, la tecnica era relativamente insensibile ai piccoli movimenti di pendenza e non poteva essere automatizzata perché si basava sul rilevamento umano dei cambiamenti nella traccia di riflettanza nel tempo. Farrington e Sargand (2004) hanno sviluppato una semplice tecnica di elaborazione del segnale utilizzando le derivate numeriche per estrarre indicazioni affidabili del movimento del pendio dai dati TDR molto prima rispetto all’interpretazione convenzionale.
Un’altra applicazione dei TDR nell’ingegneria geotecnica è quella di determinare il contenuto di umidità del suolo. Questo può essere fatto posizionando i TDR in diversi strati del suolo e misurando il tempo di inizio delle precipitazioni e il tempo in cui i TDR indicano un aumento del contenuto di umidità del suolo. La profondità del TDR (d) è un fattore noto e l’altro è il tempo che la goccia d’acqua impiega per raggiungere quella profondità (t); quindi la velocità di infiltrazione dell’acqua (v) può essere determinata. Questo è un buon metodo per valutare l’efficacia delle Best Management Practices (BMPs) nel ridurre il deflusso superficiale delle acque piovane.
Nell’analisi dei dispositivi a semiconduttoreModifica
La riflettometria nel dominio del tempo viene utilizzata nell’analisi dei guasti dei semiconduttori come metodo non distruttivo per la localizzazione dei difetti nei pacchetti dei dispositivi a semiconduttore. La TDR fornisce una firma elettrica delle singole tracce conduttive nel pacchetto del dispositivo ed è utile per determinare la posizione di aperture e cortocircuiti.
Nella manutenzione del cablaggio dell’aviazioneModifica
La riflettometria nel dominio del tempo, in particolare la riflettometria nel dominio del tempo a spettro esteso, viene utilizzata sul cablaggio dell’aviazione sia per la manutenzione preventiva che per la localizzazione dei guasti. La riflettometria nel dominio del tempo a spettro esteso ha il vantaggio di localizzare con precisione la posizione del guasto entro migliaia di chilometri di cablaggio dell’aviazione. Inoltre, questa tecnologia è degna di essere presa in considerazione per il monitoraggio dell’aviazione in tempo reale, poiché la riflettometria a spettro esteso può essere impiegata su cavi sotto tensione.
Questo metodo ha dimostrato di essere utile per localizzare i guasti elettrici intermittenti.
La riflettometria nel dominio del tempo multiportante (MCTDR) è stata anche identificata come un metodo promettente per la diagnosi EWIS incorporata o gli strumenti di risoluzione dei problemi. Basata sull’iniezione di un segnale multicarrier (rispettando l’EMC e innocuo per i fili), questa tecnologia intelligente fornisce informazioni per il rilevamento, la localizzazione e la caratterizzazione di difetti elettrici (o difetti meccanici con conseguenze elettriche) nei sistemi di cablaggio. I difetti gravi (cortocircuito, circuito aperto) o intermittenti possono essere rilevati molto rapidamente aumentando l’affidabilità dei sistemi di cablaggio e migliorando la loro manutenzione.