Page 68 - 无损检测2025年第一期

邹学琴，等：

土钉长度的时域电磁反射检测方法

整性检测等领域。 该技术能够精确计算出电缆的实际长度，并通过分
在电缆故障诊断领域，吴德勇等 基于TDR技 析反射波形的传播时间、高度和形状，确定土钉长度
[1]
术与深度神经网络，开展了电缆线长时差法测量技 或故障的确切位置。
术研究，结合RBF深度神经网络与时差法，对电缆 根据电路学的基本原理，传输线通常由两根平
线起始端进行定位。占立等 基于TDR的以太网线 行的直导线组成，并被放置在一个均质的环境中。
[2]
缆检测技术，在交换机端口掉线时通过线缆检测数 该结构与同轴电缆中内外导体的组成结构类似。如
据迅速评估物理链路状态，从而帮助运维人员快速 果传输线沿其长度方向上的电阻、电感、电导和电容
定位故障。丁道军等 通过对时域反射技术原理的 是均匀分布的，那么可以被定义为均匀传输线。均
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分析，建立时域反射电缆线长测量模型，对行波波速 匀传输线的数学模型能够描述电压和电流在沿同轴
特性和反射波波前的准确识别等关键技术进行了讨 电缆线路上的位置变化情况，为
论，并通过相关仿真试验进行了验证。王晓宁 设 v ∂ i ∂
[4]
R
i
- =+L （1）
计了一种将时域反射法和数字转换器相结合的信号 ∂ x t ∂
电缆故障检测仪，该仪器通过使用时域电磁反射法 i ∂ v ∂
总结电缆故障类型，再结合数字转换器对故障进行 - ∂ x = +Gv C t ∂ （2）
数据分析，来实现故障电缆类型的判断和故障点的
定位。 式中：Ri为导体单位长度的电压降；L i ∂ 为电流的
t ∂
TDR技术也已广泛应用在土木工程领域。浙江 时间变化率引起的电感效应，当电流随时间变化时，
大学詹良通等 通过计算和试验验证了使用三针式
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传输线中会产生感应电动势，反过来也会影响传输
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TDR探头的测试区域范围。陈仁朋等 在地下水位 v ∂
线上的电压分布； - 为电压沿线路的空间变化率；
及电导率的测试中，使用自制的TDR测试探头，结 ∂ x
果表明其能够快速、经济且准确地反映水位的变化。 G为单位长度电导；电导G与电压v的乘积Gv为单
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此外，陈仁朋等 还基于频率步进原理的TDR技术， 位长度上电介质损耗导致的电流；C为单位长度上
开展了水、空气及土体3种介质中含水率的测试对 电介质损耗导致的电流，表示单位长度上储存电荷
比试验。 的能力。
何海龙等 扩展了TDR的应用范围，将其用于 基于上述方程，同轴电缆的特性阻抗可表示为
[8]
测定多种多孔介质，包括土壤、植物、雪、食品和混 Z R ω= ( +j L G ω )/( +j C （3）
)
0
凝土等，并利用TDR波形分析来估计电导率（EC）、
式中： ω 为角频率；R为；L为单位长度电感。
湿润度、干燥度、冻结、融化前沿以及积雪深度。李
当两条具有不同特性阻抗的同轴电缆相接时，
俊权等 提出了一种结合时域反射测量和小波变换
[9]
会产生电磁波的反射和透射现象，假设这两种电缆
的方法，用于精确定位汽车电线盲区内的故障。
的特性阻抗分别为Z 和Z 。电压反射系数ρ 为反射
v
邹学琴等 [10] 研究发现，时域反射法可应用于土 0 1
电压与入射电压之比，其可表示为
钉长度测量，证明了其在不同激励脉冲长度下的有
效性和准确性。因此，文章将探讨TDR技术在测量 v =ρ /v 0r = v ( 1 -Z 0 )Z / ( 1 +Z 0 )Z （4）
土钉长度方面的应用，并基于现有研究成果进行深 当线路处于正常状态，且Z 等于Z 时，反射
0
1
入分析。首先，分析了影响TDR测量结果的几个因 系数ρ 为零。这表明如果同轴电缆的阻抗保持一
v
素，包括土钉的半径、平行导体间的距离、土钉的长 致，则不会发生反射。如果同轴电缆阻抗增大，即
度、注浆料的类型以及末端的短路与断路情况；并通 Z >Z 时，反射系数随之增大且为正（ρ >0）；当线
v
0
1
过仿真与试验结果的对比分析，论证了TDR技术在 路发生断路故障时，Z 趋向无穷大，反射系数ρ =1，
v
1
此类应用中的准确性和可靠性。 则发生全反射，反射波的波形与入射波的波形相位
相反。
1 TDR技术的基本原理
近年来，TDR技术已被国内外广泛应用于测量
时间域反射法（TDR）依靠记录高频电子脉冲 土钉的长度。在土钉安装时，会事先布设一条导线，
在同轴电缆等直线电缆中的传播时间来工作。通过 该导线与金属导线一起形成了一种平行电缆结构。
比对电磁脉冲传播的实际时间与已知的传播速度， 在土钉的顶端发送电脉冲，并在底端接收由此产生
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2025 年 第 47 卷 第 1 期
无损检测