Датчик влажности рефлектометра работает во временной области рефлектометрии (TDR) , чтобы измерить содержание влаги косвенно на основе корреляции электрические и диэлектрические свойства материалов, такие как почва , сельскохозяйственные продукты , снег , дерево или бетон .
Измерение обычно включает в себя вставку датчика в исследуемое вещество и последующее применение либо стандартного анализа формы волны для определения среднего содержания влаги вдоль датчика, либо анализа профиля для определения содержания влаги в дискретных точках вдоль датчика. Пространственное расположение может быть достигнуто соответствующей установкой нескольких датчиков.
Стандартный анализ формы волны
При анализе формы волны датчик (обычно зонд) помещается в проверяемый материал. Датчик содержит волновод, состоящий из двух, трех или более параллельных проводов, который через коаксиальный кабель подключен к генератору импульсов напряжения, который посылает точно определенные импульсы напряжения в датчик. По мере прохождения импульса по волноводу его продвижение зависит от влажности исследуемого материала. Когда импульс достигает конца волновода, он отражается . Это отражение визуализируется в виде сигнала рефлектометра с помощью осциллографа, подключенного к датчику. Скорость прохождения импульса в зонде измеряется и связана с содержанием влаги, при этом более медленное прохождение указывает на увеличение влажности. Измеряя время от начального импульса до получения отражения, можно рассчитать среднее содержание влаги и относительную диэлектрическую проницаемость образца, используя эквивалентную схему в качестве эталона.
Стандартный анализ формы волны может использоваться вручную (ручные инструменты) или автоматически для мониторинга содержания влаги в нескольких 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. В этом методе используются различные методы добавления пространственной информации к результатам измерения.
- Алгоритм реконструкции : один из подходов состоит в моделировании распространения импульса в волноводе и калибровке модели по лабораторным измерениям. Сравнивая измерения реального образца с моделью, можно сделать вывод о распределении влажности.
- Полезность этого метода ограничена сложностью алгоритмов, ограниченным разрешением по амплитуде 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 различное поперечное сечение к каждому сегменту.
- Однако сложность отличить искусственное отражение импульса от реальной дисперсии не позволяет использовать этот метод для автоматического анализа данных.
- Подразделение : волновод подразделяется 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 в отдельных сегментах и, следовательно, показывает пространственное распределение влажности.
- По мере увеличения длины волновода отражения становятся слабее и в конечном итоге исчезают. Это ограничивает использование этого метода, как и влияние диодной схемы на сигнал и производственные затраты, связанные со сложностью волновода по сравнению с другими методами.
- Изменение длины : этот метод использует несколько волноводов разной длины, установленных параллельно друг другу. Поскольку для каждой области должен быть подключен отдельный волновод, стоимость этого метода очень высока.
Анализ профиля позволяет полностью автоматизировать измерение и мониторинг пространственного содержания влаги и, таким образом, отслеживать утечки в фундаментах зданий , барьерах для свалок и геологических хранилищах в соляных шахтах .
Смотрите также
Рекомендации
- Катальдо, Андреа; Де Бенедетто, Эджидио; Каннацца, Джузеппе (2011). Широкополосная рефлектометрия для расширенных приложений диагностики и мониторинга . Берлин, Гейдельберг: Springer Press. ISBN 978-3-642-20233-9.
- Эветт, Стивен Р. (2003). «Измерение воды в почве с помощью рефлектометрии во временной области» (PDF) . США: Энциклопедия Воды науки, Marcel Dekker, Inc. Архивировано из оригинального (PDF) 18 апреля 2013 года . Проверено 28 февраля 2014 .
- Треббельс, Деннис; Керн, Алоис; Феллхауэр, Феликс; Хюбнер, Кристоф; Зенгерле, Роланд (7 июля 2013 г.). «Миниатюрный рефлектометр высокого разрешения на основе ПЛИС во временной области» (PDF) . GER: Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) . Проверено 28 февраля 2014 .
- Джонс, Скотт Б.; Рэйф, Джон М .; Или, Дэни (2002). «Принципы и приложения измерения рефлектометрии во временной области» (PDF) . США: Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) . Проверено 28 февраля 2014 .
дальнейшее чтение
- Катальдо, Андреа / Де Бенедетто, Эджидио / Каннацца, Джузеппе (2011). Широкополосная рефлектометрия приложений расширенной диагностики и мониторинга . Springer Press. ISBN 978-3-642-20233-9