Reflectómetro en el dominio del tiempo | Descripción y resumen | Más de 5 aplicaciones importantes

Reflectómetro en el dominio del tiempo

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Puntos de discusión

Introducción al reflectómetro en el dominio del tiempo

Antes de comenzar a aprender sobre el reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR), háganos saber un reflectómetro.

Reflectómetro: Un reflectómetro es un tipo de circuito que aísla y muestrea las potencias incidente y reflejada de una carga mediante un acoplador direccional.

Los reflectómetros son aplicaciones principales de los componentes pasivos de microondas. Un reflectómetro se utiliza en un analizador de red vectorial, ya que puede medir varios parámetros como: coeficiente de reflexión para la red de un puerto, parámetros de dispersión para la red de dos puertos. También se puede utilizar en sustitución de un medidor SWR o también como monitor de potencia.

Reflectómetro en el dominio del tiempo: Un reflector en el dominio del tiempo o TDR es un dispositivo electrónico basado en la propiedad de un reflectómetro que descubre las características de las líneas eléctricas a partir de las ondas reflejadas.

Los TDR se utilizan para detectar fallas en cables como pares de cables trenzados o cables coaxiales. Este artículo aprenderá más sobre el dispositivo, los usos del reflector en el dominio del tiempo y explicaciones al respecto.

Reflectómetro en el dominio del tiempo
Un reflectómetro de dominio de tiempo típico, Crédito de imagen: Por Megger Ltd. - Megger Ltd, CC BY 3.0, Enlace

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Descripción del reflectómetro en el dominio del tiempo

Principio de funcionamiento

Un TDR analiza las señales reflejadas enviadas por él mismo. Para analizar las reflexiones, primero transmite una señal a lo largo del cable y espera la reflexión. Si hay algunos defectos o desajustes en la línea de transmisión o el cable, se refleja la parte de la onda incidente. TDR recibe la onda reflejada y luego la analiza para localizar y medir las fallas. Pero si no hay defectos o todo está bien, entonces la señal llega al extremo lejano sin reflejos y el cable se considera aceptable. El principio de funcionamiento de un reflectómetro en el dominio del tiempo es casi similar al principio de funcionamiento de un RADR.

Análisis

El TDR analiza la onda reflejada. Se interpreta que la amplitud de la onda reflejada determina la impedancia de discontinuidad. Los pulsos reflejados también determinan la distancia de la onda reflejada, lo que determina además la ubicación de la falla.

Reflectómetro en el dominio del tiempo
Lecturas de un TDR, crédito de imagen: Constante314Traza TDR de cable con terminación abiertaCC0 1.0

Método

El reflectómetro en el dominio del tiempo inicia su funcionamiento enviando señales o energías de impulso o paso. Luego observa la energía reflejada o las señales posteriormente. La discontinuidad de la impedancia se mide y analiza mediante los pulsos reflejados de energías, ya que la amplitud, la magnitud y las formas de onda ayudan en el análisis.

Por ejemplo, suponga que se envía una función de impulso desde TDR hacia una carga conectada. En ese caso, el reflectómetro muestra una señal de impulso en su pantalla y la amplitud indica la impedancia de discontinuidad. La siguiente expresión da la relación entre la impedancia de carga y la magnitud de la onda reflejada.

P = (RL - DESDE0) / (RL + Z0)

Z0 es la impedancia característica de la línea de transmisión o del cable coaxial. RL es la resistencia de carga conectada.

Cualquier discontinuidad de impedancia se observa como impedancia de terminación y la impedancia de terminación la reemplaza. El proceso consiste en cambios rápidos en la impedancia característica de las líneas de transmisión.

Señales transmitidas de TDR

Los reflectómetros en el dominio del tiempo utilizan varios tipos de señales como señales incidentes. Algunos de los transmisores utilizan señales de pulso. Algunos de ellos utilizan señales de paso de tiempo de subida rápida. Algunos de ellos también utilizan funciones de impulso de señales.

Los TDR que utilizan señales de pulso envían el pulso a través del cable. Su firmeza depende de la amplitud del pulso que envíen. Por eso se prefieren las señales de pulso estrechas. Pero hay una deficiencia para los pulsos de ancho estrecho, ya que son de alta frecuencia. Las señales de alta frecuencia se distorsionan dentro de cables grandes.

Señales reflejadas de TDR

Normalmente, las ondas reflejadas por la impedancia de carga o debido a la impedancia de discontinuidad son similares a las ondas incidentes en sus formas. Aún así, la magnitud y otras propiedades varían. Si hay algún cambio en la impedancia de carga, la onda reflejada hace el cambio exacto en sus parámetros para indicar los cambios. Por ejemplo, si la impedancia de carga aumenta un paso, la onda reflejada también tendrá un paso aumentado.

Esta propiedad de onda reflejada encuentra aplicaciones en muchos campos para el reflectómetro en el dominio del tiempo. Los TDR se utilizan para garantizar las impedancias características del cable, otros parámetros de impedancia, que no haya desajustes en conectores o uniones.

Reflectómetro en el dominio del tiempo
Transmisión de señal y reflexión por discontinuidad de carga, Crédito de la imagen: Oleg AlexandrovTransmitancia parcial, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

Aplicaciones del reflector del dominio del tiempo

Los reflectores de dominio del tiempo se utilizan principalmente para probar cables muy largos. Si surge alguna falla en cables muy largos, es prácticamente imposible localizar la falla después de desenterrar el cable de kilómetros de largo. Es entonces cuando entra en acción un reflectómetro TD. El reflectómetro en el dominio del tiempo es capaz de medir las resistencias en los conectores y puede detectar (detectar) las fallas mucho antes de las fallas catastróficas.

Los TDR también encuentran aplicaciones en las líneas de comunicación, ya que pueden detectar cualquier cambio de impedancia de línea debido a la introducción de cualquier derivación o empalme.

Los dispositivos de reflectómetro en el dominio del tiempo son cruciales para los PCB. Las placas de circuito impreso diseñadas para altas frecuencias necesitan TDR para su análisis de fallas. Algunas de las principales aplicaciones se enumeran a continuación en detalle.

> Análisis de dispositivos semiconductores

Los TDR son útiles para localizar defectos en un paquete de semiconductores. Usando la propiedad de la reflectometría de dominio, un TDR proporciona marcas para cada traza conductiva. Es beneficioso para conocer la ubicación exacta de la apertura y los pantalones cortos.

> Medición de nivel con TDR

Como se mencionó anteriormente, los TDR son dispositivos beneficiosos y esenciales para descubrir y localizar fallas en cables largos. Un dispositivo más avanzado: un dispositivo de medición de nivel basado en TDR puede averiguar el nivel de un fluido utilizando esa propiedad antigua y fundamental.

Para fines de medición, el dispositivo envía una señal a través del cable o la guía de ondas. Una parte de la señal se refleja después de la señal incidente o golpea la superficie objetivo del medio. Ahora, el dispositivo calcula el período calculando la diferencia entre el tiempo de envío y el tiempo de recepción de la onda reflejada. El período ahora ayuda a determinar el nivel del líquido. Como el dispositivo mide el nivel de líquido, es por eso que se llama Dispositivo de medición de nivel.

Los sensores internos del dispositivo procesan la salida analizada mediante señales analógicas. Pero también existen algunas dificultades mientras la propagación de la señal varía según la permitividad del medio. El contenido de humedad también varía mucho la propagación.

> Aplicaciones de los TDR en Ingeniería Geotécnica

Los TDR están ampliamente involucrados en el dominio de la ingeniería geotécnica. Se utilizan para observar los movimientos de los taludes utilizando diversas herramientas como cortes de carreteras, lechos de vías y minas a cielo abierto.

Los TDR también se utilizan para la observación de la estabilidad. En el proceso de observación, se instala un cable cerca de la región en cuestión. Cualquier desajuste de aisladores entre conductores afecta la impedancia eléctrica del cable coaxial. Una tapa dura rodea el cable coaxial. Ayuda a interpretar el movimiento de la tierra a través de una rápida distorsión del cable. La deformación provoca un pico en el monitor del dispositivo reflectómetro. Hoy en día, las técnicas de procesamiento de señales están haciendo el mismo trabajo de manera más eficiente.

> Determinación de la humedad del suelo

Los reflectómetros de dominio del tiempo se utilizan para determinar el nivel de humedad de los suelos. El proceso de medición es bastante sencillo. Se coloca un TDR dentro de diferentes capas de suelo, y luego se anota la hora de inicio de la precipitación y la hora en que aumentó la humedad del suelo. Los TDR son útiles para medir la velocidad de infiltración del agua.

> Aplicaciones en Ingeniería Agrícola

Como se mencionó anteriormente, los TDR pueden medir el contenido del suelo. Es beneficioso y crucial para el estudio de la ingeniería y la ciencia agrícolas. Las investigaciones y los estudios avanzados han hecho que los reflectómetros en el dominio del tiempo sean más técnicamente avanzados para medir el contenido de humedad del suelo y el grano, los alimentos y los sedimentos. Sin embargo, el bloque de construcción principal siguió siendo el mismo. Los TDR son muy conocidos por su precisión en las mediciones.

> Aplicaciones en mantenimiento de aviación

La propiedad de los reflectómetros ha encontrado aplicaciones en el mantenimiento de cableado de aviación. La propiedad más específica es la “Reflectometría de dominio de tiempo de espectro expandido”, que se utiliza para localizar la falla y el mantenimiento preventivo. Hay dos razones principales detrás del uso de la propiedad. El primero es la precisión en la medición, ya que el dispositivo da medidas precisas. El segundo es la capacidad del TDR para localizar defectos en un rango extenso que está demasiado activo.

Algunos otros tipos de reflectómetros en el dominio del tiempo

Reflectómetro en el dominio del tiempo
Reflectómetro óptico en el dominio del tiempo, imagen de:
"Dominio de Tiempo óptico Reflectómetro"(CC BY-NC-SA 2.0) por sjeemz

Los reflectómetros en el dominio del tiempo se modifican y avanzan con el tiempo. El reflectómetro óptico en el dominio del tiempo es uno de los tipos avanzados de TDR. Es un dispositivo equivalente para fibra óptica. También hay un dispositivo como la transmisometría en el dominio del tiempo, que analiza las transmisiones de fibras ópticas. Dos variaciones más son: “Reflectometría de dominio de tiempo de espectro ensanchado (SSTDR)” y “Reflectometría de dominio de tiempo coherente (COTDR)”.  

Sobre Sudipta Roy

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