同轴电缆形变的TDR监测技术研究

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时间域反射测试技术(Time Domain Reflectomentry)简称TDR,是一种电子测量技术。许多年以来,时间域反射测试技术一直用于各种物体形态特征的检测和空间定位。二十世纪八十年代初期,TDR技术开始用于地质勘查工作,直到九十年代中期,TDR技术才开始用于地质灾害的监测。 近几年,TDR技术凭借着其携带方便,操作安全,全程数字化处理及可远程监控等特点,在地质灾害防治、山体滑坡预警,以及土壤含水量分析等诸多的领域都有着广泛的应用。采用TDR技术对滑坡进行监测,可以了解和掌握滑坡深部的位移与变形的动态变化过程,实现对滑坡变形的动态监测,并且为滑坡的监测、预警预报研究提供可靠的数据。我国将TDR技术应用于崩滑地质灾害的监测与研究工作尚属于起步阶段。 一个完整的TDR监测系统,一般由TDR同轴电缆、电缆测试仪、数据记录仪、远程通信设备以及数据分析软件等几部分组成。而电缆测试仪是TDR监测系统的核心。如今,大多数投入使用的TDR系统采用的都是Tektronix公司的1502C/CS系列和Campbell Scientific公可的TDR100检测仪。此外,MST-1,UG-1,WY5139等前期产品还占有着一部分市场。但是这些产品价格昂贵,还需要完整的相关配套设施,不利于TDR技术的大范围的推广与应用。 本文阐述了TDR技术应用的基本理论,研究了电磁波在介质中的传播机理,推导了TDR监测系统的理论计算模型,分析了电磁波在同轴电缆中的入射和反射过程及反射系数。并在理论研究的基础之上,设计了一台可以实现TDR监测功能的原理样机。原理样机向被测同轴电缆发射探测脉冲,运用等效采样算法,实现了高速信号的采集,进而在TDR监测软件中完成了检测信号的波形重构与显示。系统依据探测脉冲与回波信号之间的时间差,确定线路畸变点的实际位置;通过对回波信号的模式分析,判断电缆的故障类型。 此外,本文还应用TDR监测仪原理样机,进行了同轴电缆的变阻抗传输实验。通过实验结果与实际模拟数据的比较,验证了本文计算模型的合理性以及TDR监测仪原理样机的可用性。为TDR监测仪器的研制开发打下了丰富的理论基础,为TDR技术的工程应用,提供了宝贵的实验数据。
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