Rene

Liebe Kollegen Ich möchte euch die Funktionen und Arbeitsweisen einer Zeitbereichsreflektometrie (engl. TDR – Time Domain Reflectometry) näher Bringen.

Grundprinzip der TDR Messungen.

Das Grundprinzip einer TDR Messung ist vergleichbar mit der eines Radarsystems.
Dort werden elektromagnetische Wellen von einem Sender ausgestrahlt.
Sobald diese auf ein Hindernis treffen (wie z.B. ein Flugzeug) werden diese zum Sender bzw. zu dem dort installierten Empfänger reflektiert, wo sie aufgenommen und analysiert werden.
Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen bekannt ist (Lichtgeschwindigkeit), kann die Distanz zwischen Sender und Hindernis bestimmt werden, indem die Zeitspanne ermittelt wird, die zwischen dem Aussenden des Signals und dem Empfang der Reflexion liegt.
Des Weiteren können durch eine Analyse des Signals Informationen über das Hindernis wie z.B. dessen Größe oder Form gewonnen werden.
Das TDR System kann als „kabelgebundenes Radar“ beschrieben werden.
Das TDR Messgerät schickt wiederholt elektrische Pulse durch ein Koaxialkabel (Messstrecke) und deren Reflexionenwerden in Abhängigkeit von deren Laufzeit betrachtet.
Ist eine Veränderung des Kabels vorhanden kann dies anhand der Reflexionen erkannt werden.
Dabei wird die Entfernung der Veränderung über eine genaue Zeitmessung zwischen dem Zeitpunkt des einbringen eines Stromimpulses und dem Empfang des reflektierten Signals bestimmt.
Durch eine Analyse der reflektierten Signale können zudem Informationen über Ausmaß und Art der Störung gewonnen werden.


Die Impulslaufzeit.

Ein Impuls breitet sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit entlang eines Kabels aus.
Die Geschwindigkeit, mit der sich der Impuls auf einem Kabel fortbewegt, nennt man Impulslaufzeit oder VOP ( Velocity of Propagation ).
VOP bezieht sich auf die Lichtgeschwindigkeit und wird als Prozentzahl der Lichtgeschwindigkeit angegeben.
Die Lichtgeschwindigkeit wird durch die Ziffer 1 oder durch den Prozentwert 100% dargestellt.
Alle anderen Signale sind langsamer. (Nichts ist schneller als die Lichtgeschwindigkeit)
In einem Kabel mit einer VOP von 0,7 breitet sich ein Signal mit 70 % der Lichtgeschwindigkeit aus.
In Deutschland ist die Angabe der Impulslaufzeit in v/2 gebräuchlich.
Die Umrechnung von VOP zu v/2 ist einfach:
V/2 = VOP * 1,5

Die Impulspolarität.

Der Impuls wird mit einer bestimmten Ausgangspolarität in ein Kabel gesendet.
Die Polarität des gesendeten und des reflektierenden Impulses werden am Kurven-TDR durch einen Kurvenverlauf graphisch dargestellt.
Mit Hilfe der Polarität können Aussagen über den Zustand des Kabels gemacht werden.
Zeigt der Wellenberg nach oben so lässt dies auf einen Kurzschluss des Kabelendes schließen.
Zeigt jedoch der Wellenberg nach unten liegt ein offenes Kabelende vor.


Die Kabeldämpfung.

Der gesendete Impuls verliert entlang des Kabels zunehmend an Energie.
Dieser Energieverlust wird als Kabeldämpfung bezeichnet und in Dezibel (dB) gemessen und angegeben.
Je größer die Kabeldämpfung, desto kleiner ist die zu testende Kabellänge.
Ist dagegen gesendete Impuls sehr groß, so kann auch die zu testende Kabellänge größer werden.
Trifft der Impuls auf eine Veränderung des Kabels wird ein Teil der oder die gesamte Impulsenergie an das Messgerät reflektiert.
Das Verhältnis zwischen dem gesendeten und dem reflektierten Impuls wird als Reflexionsdämpfung bezeichnet und in Dezibel (dBRL) gemessen.
Die Reflexionsdämpfung ist ein Wert um Fehlerstellen in einem Kabel zu bewerten.
Ein niedriger wert bedeutet, dass der gesendete Impuls von der Fehlerstelle im Kabel oder dem Kabelende reflektiert wird.
Ein großer Wert bedeutet, dass ein Großteil desgesendeten Impulses verlorengegangen ist und nicht als Reflexion zurückgeschickt wurde.
Der Impuls breitet sich in diesem Fall weiter entlang des Kabels aus, oder der Impuls wurde durch einen Abschluss am Kabel absorbiert.
Man kann sagen je größer die Reflexionsdämpfung, desto kleiner ist das Problem.


Tote Zonen.

Ein Laufzeitmessgerät sendet und empfängt Impulse.
In der Zeit in der das Laufzeitmessgerät Impulse erzeugt und in das zu untersuchende Kabel abstrahlt, kann das Gerät keinen reflektierenden Impuls empfangen.
Das heißt, in dieser Zeit ist es für das Gerät schwierig, eine Fehlstelle zu erkennen.
Der Abstand von der Einspeise stelle bis zu dem Punkt, von dem aus wieder reflektierende Impulse empfangen werden können, wird als tote Zone bezeichnet.
Je größer die Impulsbreite, umso größer ist demnach auch die tote Zone.
Um Fehler in dieser Toten Zone Messen zu können ist es nötig ein Vorlaufkabel zu nutzen welches die gleichen Eigenschaften wie das zu Prüfende Kabel hat.
Zu beachten ist bei der Nutzung eines Vorlaufkabels das sich die Messergebnisse um die Länge des genutzten Vorlaufkabels verlängern wir müssen also das Vorlaufkabel von der gemessenen Entfernung abziehen.
Es gilt je größer die Impulsbreite, desto größer ist die tote Zone.
Die nachfolgende Tabelle gibt die ungefähre Länge der toten Zone an.

Impulsbreite	tote Zone
2 ns	2 Meter
10 ns	4 Meter
100 ns	17 Meter
1 μs	132 Meter
2 μs	260 Meter

Die Distanz variiert mit dem Kabeltyp und dessen Eigenschaften.


Die Impulsbreite.

Je größer die Impulsbreite, umso mehr Energie wird übermittelt und umso weiter kann sich der Impuls entlang des Kabels ausbreiten.
In der folgenden Tabelle ist die maximale Länge des zu messenden Kabels in Abhängigkeit von der Impulsbreite angegeben.

Impulsbreite	maximale Länge
2 ns	165 Meter
10 ns	250 Meter
100 ns	660 Meter
1 μs	1980 Meter

Man sollte bei der Fehlersuche mit der Kleinsten Impulsbreite anfangen um Fehler gleich am Anfang des Kabels finden zu können und wenn dort keiner ist auf die nächst höhere Impulsbreite umschalten um das Kabel so Langsam auf Kompletter Länge zu prüfen.



Und noch ein Tipp.
Ein Kabel sollte nach der Reparatur nochmal geprüft werden um Fehler zu sehen die hinter der ersten Fehlerstelle lagen und somit nicht immer sofort zu erkennen waren.


MfG
Rene