TDR датчик влажности

Датчик влажности TDR использует рефлектометрию во временной области (TDR) для косвенного измерения содержания влаги на основе корреляции с электрическими и диэлектрическими свойствами материалов, таких как почва , сельскохозяйственные продукты , снег , дерево или бетон .

Измерение обычно включает в себя введение датчика в тестируемое вещество, а затем применение анализа стандартной формы волны для определения среднего содержания влаги вдоль датчика или анализа профиля для определения содержания влаги в отдельных точках вдоль датчика. Пространственное расположение может быть достигнуто путем соответствующей установки нескольких датчиков.

Стандартный анализ сигналов

При анализе формы сигнала датчик (обычно зонд) помещается в тестируемый материал. Датчик содержит волновод, состоящий из двух, трех или более параллельных проводов, который подключен через коаксиальный кабель к генератору импульсов напряжения , который посылает точно определенные импульсы напряжения в датчик. По мере распространения импульса по волноводу его распространение варьируется в зависимости от влажности исследуемого материала. Когда импульс достигает конца волновода, он отражается . Это отражение визуализируется в виде сигнала TDR с помощью осциллографа, подключенного к датчику. Скорость прохождения импульса в зонде измеряется и связана с содержанием влаги, причем более медленное перемещение указывает на увеличение влажности. Измеряя время от начального импульса до момента получения отражения, можно рассчитать среднее содержание влаги и относительную диэлектрическую проницаемость образца, используя эквивалентную схему в качестве эталона.

Стандартный анализ формы сигнала можно использовать либо вручную (ручные приборы), либо автоматически для мониторинга содержания влаги в различных областях, таких как гидрология , сельское хозяйство и строительство .

Анализ профиля

Стандартный анализ формы волны не может предоставить пространственный профиль влажности. Требуются более сложные методы, такие как анализ профиля. Этот метод использует различные методы для добавления пространственной информации к результатам измерений.

Алгоритм реконструкции . Один из подходов заключается в моделировании распространения импульса в волноводе и калибровке модели по лабораторным измерениям. Сравнивая измерения реального образца с моделью, можно сделать вывод о распределении влаги.

Полезность этого метода ограничена сложностью алгоритмов, ограниченным амплитудным разрешением и помехами в оборудовании TDR.

Изменение поперечного сечения . Изменение поперечного сечения волновода изменяет отражения импульсов и создает искусственные отражения при каждом изменении поперечного сечения. Это позволяет сегментировать волновод, применяя к каждому сегменту разное поперечное сечение.

Однако сложность отличить искусственное отражение импульса от реальной дисперсии не позволяет использовать этот метод для автоматизированного анализа данных.

Подразделение : Волновод разделен на сегменты с помощью PIN-диодов . Каждый сегмент обеспечивает собственное отражение импульса, таким образом показывая содержание влаги только в этом сегменте. Это позволяет отображать содержание влаги на отдельных сегментах и, следовательно, отображать пространственное распределение влаги.

По мере увеличения длины волновода отражения становятся слабее и в конечном итоге исчезают. Это ограничивает использование этого метода, равно как и влияние диодной схемы на сигнал и производственные затраты, связанные со сложностью волновода по сравнению с другими методами.

Изменение длины : в этом методе используются несколько волноводов разной длины, установленных параллельно друг другу. Поскольку для каждой зоны необходимо подключить отдельный волновод, стоимость этого метода очень высока.

Анализ профиля позволяет полностью автоматически измерять и контролировать пространственную влажность и, таким образом, контролировать утечки в фундаментах зданий , барьерах на свалках и геологических хранилищах в соляных шахтах .

См. также

Ссылки

Катальдо, Андреа; Де Бенедетто, Эджидио; Каннацца, Джузеппе (2011). Широкополосная рефлектометрия для расширенной диагностики и мониторинга . Берлин, Гейдельберг: Springer Press. ISBN 978-3-642-20233-9 .
Эветт, Стивен Р. (2003). «Измерение почвенной воды методом рефлектометрии во временной области» (PDF) . США: Энциклопедия водных наук, Marcel Dekker, Inc. Архивировано из оригинала (PDF) 18 апреля 2013 года . Проверено 28 февраля 2014 г.
Треббелс, Деннис; Керн, Алоис; Феллхауэр, Феликс; Хюбнер, Кристоф; Зегерле, Роланд (7 июля 2013 г.). «Миниатюрный рефлектометр высокого разрешения во временной области на основе FPGA» (PDF) . ГЕР: Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) . Проверено 28 февраля 2014 г.
Джонс, Скотт Б.; Рэйт, Джон М.; Или Дэни (2002). «Принципы и приложения измерений рефлектометрии во временной области» (PDF) . США: Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) . Проверено 28 февраля 2014 г.

Дальнейшее чтение

Катальдо, Андреа / Де Бенедетто, Эджидио / Каннацца, Джузеппе (2011). Широкополосная рефлектометрия в приложениях расширенной диагностики и мониторинга . Спрингер Пресс. ISBN 978-3-642-20233-9

Внешние ссылки