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岩土工程测试技术 PAGE  2013年6月 TDR测试技术的原理及影响因素 摘要：电磁波时域反射法（Time Domain Reflectometry）是一种远程遥感测试技术，自20世纪70年代应用与岩土工程领域以来，以方便，安全，经济，数字化及远程等特点而受到广泛关注。本文阐述了TDR技术在岩土工程领域的发展、在测定土体含水量和干密度以及监测滑坡稳定性方面的应用。 关键词：时域反射法；TDR；反射； 试验目的 随着岩土工程学科的不断发展，岩土工程测试技术的准确性、便捷性及远程控制性显得越来越重要。时域反射法是一种远程遥感测试技术，产生于20世纪30年代，最初用于电力和电讯工业中电缆线路的定位和识别。在经研究发现TDR技术能测定土壤含水量之后，它被广泛用于农业领域。自20世纪70年代起，TDR技术逐渐走向岩土工程领域发展，主要在测定土体含水量和干密度、监测滑坡稳定性、测定地下水位和电导率、监测土体污染及化学加固土质量控制等方面得以应用，并以方便，安全，经济，数字化及远程控制等特点而受到广泛关注。 二、TDR的作用和工作原理 随着数字电路工作效率得提高，PCB板上信号的传输速率也越来越高，如PCI-Express的信号速率已达2.5Gb/s，SATA的信号速率已达到3Gb/s，新的标准如PCI-Express  = 2 \* ROMAN II 、XAUI、10G以太网的工作效率更高。随着数据速率的提高，信号的上升时间会更快。当快上升沿的信号在电路板上遇到一个阻抗不连续点时就会产生更大的反射，这些信号的反射会改变信号的形状，因此线路阻抗是影响信号完整性的一个关键因素。对于高速电路板来说，很重要的一点就是要保证在信号传输路径上阻抗的连续性，从而避免信号产生大的反射。相应的，对于测试来说也需要测试高速电路板的信号传输路径上阻抗的变化情况并分析问题原因，从而更好地定位问题。 最简单的TDR 测量配置是在宽带示波器的模块中增加一个阶跃脉冲发生器。阶跃脉冲发生器发出一个快上升沿的阶跃脉冲，同时接收模块采集反射信号的时域波形。如果被测件的阻抗是连续的，则信号没有反射，如果有阻抗的变化，就会有信号反射回来。根据反射回波的时间可以判断阻??不连续点距接收端的距离，根据反射回来的幅度可以判断相应点的阻抗变化。TDR 通常显示反射和阻抗变化情抗，TDT(时域传输)通常显示传输延迟。器件或者通道的阻抗不连续会导致传输信号失真，因此TDR/TDT是增强信号完整性的重要工具。多年以来，Agilent86100 系列Infiniium DCA 主机和54754A 差分TDR 模块的强大组合为TDR/TDT 测量提供了卓越的解决方案。为了满足当前高速数字串行接口方面的严格要求，TDR/TDT 测量功能也进行了重大改进，从而能够轻松获得精确得结果。 影响TDR测试精度的因素 A）TDR 校准是获得正确结果的最快方式 要获得正确的测试结果，必须正确消除因测试夹具或线缆导致的系统误差。Agilent TDR 校准采用数字滤波器技术，使用短路和负载参考设备建立了一个校准平面，从而消除系统误差以提供精确的结果。下图是TDR校准的工作原理和进行TDR校准前后测试结果的比较，可以看到校准后的反射波形更加清晰地反映出了阻抗的变化情况。B) S参数测量 86100C 选件202只需一键轻触，即可从时域TDR/TDT 的结果快速获得频域的S参数（S11回波损耗或S21 插入损耗）结果。C) 多重反射的校正： 当被测系统中有多个阻抗不连续点时，由于每个点都会产生反射，而且反射回来的波形再碰到阻抗不连续点时还有可能再反射回去，因此会造成TDR 的波形变形，不利于进行精确测量。86100C 选件202增加了多重反射校正功能，可以补偿多次反射对TDR波形的影响。下同是多重反射校正前后TDR波形的比较，可以看到校正后的波形去掉了多重反射的影响。D) TDR 阶跃脉冲的质量 发送到被测设备的TDR 阶跃脉冲的质量会影响TDR测量的结果。精心设计的54754A 模块可以最大限度减小偏差，以获得具有小国重和振荡的清晰脉冲，从而减少测量误差。从TDR 校准获得的数字滤波可以模拟不同上升时间的阶跃脉冲，以验证实际信号脉冲的反射情况。使用TDR 校准还可以模拟更快阶跃脉冲的反射情况。 E)通过加快实际阶跃脉冲来改善分辨率Picosecond Pulse Lab(皮秒脉冲试验室)的信号源增强模块通过应用9pS 上升时间的阶跃脉 冲可以提供更精细的距离分辨率。使用信号源增强模块时需要于更高带宽的接收模块配合使用，Agilent 的86118A是最优秀的接收机模块，具有70G带宽和远端探头，可消除因为连接电缆导致的性能降级。F)通过PLTS