Réflectomètre dans le domaine temporel : 3 faits importants

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Introduction au réflectomètre dans le domaine temporel

Avant de commencer à en apprendre davantage sur le réflectomètre du domaine temporel - TDR, présentez-nous un réflectomètre.

Réflectomètre: Un réflectomètre est un type de circuit qui isole et échantillonne les puissances incidente et réfléchie d'une charge à l'aide d'un coupleur directionnel.

Les réflectomètres sont les principales applications des composants micro-ondes passifs. Un réflectomètre est utilisé dans un analyseur de réseau vectoriel car il peut mesurer divers paramètres tels que - le coefficient de réflexion pour le réseau à un port, les paramètres de diffusion pour le réseau à deux ports. Il peut également être utilisé en remplacement d'un Compteur SWR ou aussi comme moniteur de puissance.

Réflectomètre de domaine temporel: Un réflecteur temporel ou TDR est un dispositif électronique basé sur la propriété d'un réflectomètre qui détecte les caractéristiques des lignes électriques à partir des ondes réfléchies.

Les TDR sont utilisés pour détecter les défauts dans les câbles tels que les paires torsadées de câbles ou les câbles coaxiaux. Cet article en apprendra plus sur l'appareil, les utilisations du réflecteur temporel et des explications à ce sujet.

Réflectomètre temporel
Un réflectomètre de domaine temporel typique, crédit d'image: Par Megger Ltd. - Megger Ltd, CC BY 3.0, Lien

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Description du réflectomètre dans le domaine temporel

Principe de fonctionnement

Un TDR analyse les signaux réfléchis envoyés par lui-même. Pour analyser les réflexions, il transmet d'abord un signal le long du câble et attend la réflexion. S'il y a des défauts ou des discordances dans la ligne de transmission ou le câble, la partie de l'onde incidente est réfléchie. Le TDR reçoit l'onde réfléchie puis l'analyse pour localiser et mesurer les défauts. Mais s'il n'y a pas de défauts ou que tout va bien, le signal atteint l'extrémité distante sans réflexion et le câble est considéré comme acceptable. Le principe de fonctionnement d'un réflectomètre à domaine temporel est presque similaire au principe de fonctionnement d'un RADR.

Le TDR analyse l'onde réfléchie. On interprète que l'amplitude de l'onde réfléchie détermine l'impédance de la discontinuité. Les impulsions réfléchies déterminent également la distance de l'onde réfléchie, qui détermine en outre l'emplacement du défaut.

Réflectomètre temporel
Lectures d'un TDR, crédit d'image: Constante314, Trace TDR de câble avec terminaison ouverte, CC0 1.0

Method

Le réflectomètre dans le domaine temporel commence son fonctionnement en envoyant des signaux d'impulsion ou de pas ou des énergies. Ensuite, il observe l'énergie réfléchie ou les signaux par la suite. La discontinuité de l'impédance est mesurée et analysée par les impulsions réfléchies des énergies, car l'amplitude, la magnitude et les formes d'onde aident à l'analyse.

Par exemple, supposons qu'une fonction d'impulsion soit envoyée du TDR vers une charge connectée. Dans ce cas, le réflectomètre affiche un signal d'impulsion sur son afficheur et l'amplitude indique l'impédance de discontinuité. L'expression suivante donne la relation entre l'impédance de charge et l'amplitude de l'onde réfléchie.

P = (RL - Z0) / (RL + Z0)

Z0 est l'impédance caractéristique de la ligne de transmission ou du câble coaxial. RL est la résistance de charge connectée.

Toute discontinuité d'impédance est observée en tant qu'impédance de terminaison, et l'impédance de terminaison la remplace. Le processus consiste en des changements rapides de l'impédance caractéristique des lignes de transmission.

Signaux transmis des TDR

Les réflectomètres temporels utilisent divers types de signaux comme signaux incidents. Certains émetteurs utilisent des signaux à impulsions. Certains d'entre eux utilisent des signaux à pas de temps de montée rapide. Certains d'entre eux utilisent également des fonctions d'impulsion des signaux.

Les TDR utilisant des signaux d'impulsion envoient l'impulsion à travers le câble. Leur fermeté dépend de la largeur de l'impulsion envoyée par eux. C'est pourquoi les signaux impulsionnels étroits sont préférés. Mais il y a un inconvénient pour les impulsions de faible largeur car elles sont de hautes fréquences. Les signaux haute fréquence sont déformés à l'intérieur de gros câbles.

Signaux réfléchis du TDR

Typiquement, les ondes réfléchies par l'impédance de charge ou dues à l'impédance de discontinuité sont similaires aux ondes incidentes dans leurs formes. Pourtant, l'ampleur et les autres propriétés varient. S'il y a un certain changement dans l'impédance de charge, l'onde réfléchie effectue le changement exact de ses paramètres pour indiquer les changements. Par exemple, si l'impédance de charge augmente d'un pas, l'onde réfléchie aura également un pas augmenté.

Cette propriété d'onde réfléchie trouve des applications dans de nombreux domaines pour le réflectomètre dans le domaine temporel. Les TDR sont utilisés pour garantir les impédances caractéristiques du câble, d'autres paramètres d'impédance, aucune discordance au niveau des connecteurs ou des joints.

Réflectomètre temporel
Transmission du signal et réflexion de la discontinuité de la charge, crédit d'image: Oleg Alexandrov, Transmission partielle, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons

Applications du réflecteur de domaine temporel

Les réflecteurs dans le domaine temporel sont principalement utilisés pour tester les câbles très longs. Si un défaut survient dans des câbles très longs, il est pratiquement impossible de localiser le défaut après avoir déterré le câble de plusieurs kilomètres. C'est à ce moment qu'un réflectomètre TD entre en action. Le réflectomètre temporel est capable de mesurer les résistances sur les connecteurs et peut détecter (détecter) les défauts bien avant les pannes catastrophiques.

Les TDR trouvent également des applications dans les lignes de communication car ils peuvent détecter n'importe quel changement d'impédance de ligne en raison de l'introduction de n'importe quelle prise ou épissure.

Les réflectomètres à domaine temporel sont essentiels pour les PCB. Les cartes de circuits imprimés conçues pour les hautes fréquences ont besoin de TDR pour leur analyse des défauts. Certaines des principales applications sont répertoriées ci-dessous en détail.

> Analyse des dispositifs semi-conducteurs

Les TDR sont utiles pour localiser les défauts dans un boîtier semi-conducteur. En utilisant la propriété de réflectométrie de domaine, un TDR fournit des marques pour chaque trace conductrice. Il est utile de connaître l'emplacement exact de l'ouverture et du short.

> Mesure de niveau avec TDR

Comme mentionné précédemment, les TDR sont des dispositifs utiles et essentiels pour découvrir et localiser les défauts des longs câbles. Un appareil plus avancé - un appareil de mesure de niveau basé sur TDR peut déterminer le niveau d'un fluide en utilisant cette propriété ancienne et fondamentale.

À des fins de mesure, l'appareil envoie un signal via le câble ou le guide d'ondes. Une partie du signal est réfléchie après l'incident du signal ou atteint la surface cible du support. Maintenant, l'appareil calcule la période en calculant la différence entre l'heure d'envoi et l'heure de réception de l'onde réfléchie. La période permet maintenant de déterminer le niveau du fluide. Comme l'appareil mesure le niveau de liquide, c'est pourquoi il est appelé appareil de mesure de niveau.

Les capteurs internes de l'appareil traitent la sortie analysée à l'aide de signaux analogiques. Mais il y a aussi quelques difficultés lorsque la propagation du signal varie en fonction de la permittivité du milieu. La teneur en humidité varie également considérablement la propagation.

> Applications des TDR en génie géotechnique

Les TDR sont largement impliqués dans le domaine du génie géotechnique. Ils sont utilisés pour observer les mouvements des pentes à l'aide de divers outils tels que des coupes d'autoroute, des lits de rails et des mines à ciel ouvert.

Les TDR sont également utilisés pour l'observation de la stabilité. En cours d'observation, un câble est installé à proximité de la région concernée. Toute discordance d'isolateurs entre les conducteurs affecte l'impédance électrique du câble coaxial. Une couverture rigide entoure le câble coaxial. Il aide à interpréter le mouvement de la terre via une distorsion rapide du câble. La déformation provoque un pic dans le moniteur du dispositif réflectomètre. De nos jours, les techniques de traitement du signal font le même travail plus efficacement.

> Détermination de l'humidité du sol

Les réflectomètres temporels sont utilisés pour déterminer le niveau d'humidité des sols. Le processus de mesure est assez simple. Un TDR est placé à l'intérieur de différentes couches de sol, puis l'heure de début des précipitations et l'heure à laquelle l'humidité du sol a augmenté sont notées. Les TDR sont utiles pour mesurer la vitesse d'infiltration de l'eau.

> Applications en génie agricole

Comme mentionné précédemment, les TDR peuvent mesurer la teneur en sol. Il est bénéfique et crucial pour l'étude de l'ingénierie et des sciences agricoles. Des recherches et des études avancées ont fait progresser techniquement les réflectomètres du domaine temporel pour mesurer la teneur en humidité du sol et des céréales, des denrées alimentaires et des sédiments. Cependant, l'élément de base principal est resté le même. Les TDR sont très réputés en raison de leur précision dans les mesures.

> Applications en maintenance aéronautique

La propriété des réflectomètres a trouvé des applications dans la maintenance du câblage aéronautique. La propriété la plus spécifique est la «réflectométrie dans le domaine temporel du spectre étalé», qui est utilisée pour localiser le défaut et la maintenance préventive. Il y a deux raisons principales derrière l'utilisation de la propriété. Le premier est la précision de la mesure, car l'appareil donne des mesures précises. Le second est la capacité du TDR à localiser les défauts dans une gamme étendue qui est trop en direct.

Quelques autres types de réflectomètres dans le domaine temporel

Réflectomètre temporel
Réflectomètre optique dans le domaine temporel, image de:
"Réflectomètre optique dans le domaine temporel"(CC BY-NC-SA 2.0) par jemz

Les réflectomètres du domaine temporel sont modifiés et avancés avec le temps. Le réflectomètre optique dans le domaine temporel est l'un des types avancés de TDR. C'est un appareil équivalent pour la fibre optique. Il existe également un dispositif comme la transmissométrie dans le domaine temporel, qui analyse les transmissions des fibres optiques. Deux autres variantes sont: «Réflectométrie dans le domaine temporel à spectre étalé (SSTDR)» et «Réflectométrie dans le domaine temporel cohérent (COTDR)».