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TDR是一種遠(yuǎn)程電子測(cè)量技術(shù)，是時(shí)域反射法的簡稱。一開始主要應(yīng)用于通訊事業(yè)，檢測(cè)通訊電纜是否完整。
TDR方法最初被用于檢測(cè)同軸電纜的故障，即當(dāng)同軸電纜在某一長度處出現(xiàn)破損或斷裂時(shí)，通過確定信號(hào)的反射時(shí)間，結(jié)合電磁波在同軸電纜中的傳輸速度來計(jì)算故障位置。之后，TDR技術(shù)在土壤水分測(cè)量和邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)上獲得廣泛應(yīng)用。
前者使用探針為波導(dǎo)，通過檢測(cè)電磁信號(hào)在探針上的傳輸時(shí)間來推算探針周圍土壤的介電常數(shù)與含水量；而后者與TDR最初的應(yīng)用原理相同，以同軸電纜作為傳感單元，將電纜鉆孔安裝到待測(cè)邊坡中，如圖1所示，當(dāng)邊坡內(nèi)部出現(xiàn)滑移時(shí)，同軸電纜受到拉伸甚至剪切，導(dǎo)致特征阻抗發(fā)生變化，最終反映為波形在此處出現(xiàn)信號(hào)的反射。
相比傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段，TDR方法最大的優(yōu)勢(shì)在于傳感器（同軸電纜）成本低廉、安裝相對(duì)方便，并且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量。如圖2所示，測(cè)斜儀需要沿剖面密集安裝，而通過TDR技術(shù)使用單根同軸電纜即可觀測(cè)到同一位置出現(xiàn)的邊坡滑移。（圖1）。
圖1. 應(yīng)用TDR監(jiān)測(cè)邊坡穩(wěn)定性示意圖
在不穩(wěn)定的邊坡中，電纜發(fā)生諸如扭曲、彎折、斷開等變形，特征阻抗發(fā)生變化，電脈沖信號(hào)會(huì)發(fā)生反射并產(chǎn)生一個(gè)反射信號(hào)，當(dāng)TDR測(cè)試儀接收到反射信號(hào)后，將發(fā)射信號(hào)與反射信號(hào)的延時(shí)、波長、范圍以及強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，便能夠判斷同軸電纜發(fā)生變形的位置以及變形類型。
通過長期監(jiān)測(cè)，反射信號(hào)的不斷變化，可以預(yù)計(jì)和推測(cè)在同軸電纜的某個(gè)位置會(huì)發(fā)生斷開，從而判斷整個(gè)該區(qū)域的邊坡土體是否會(huì)發(fā)生變形。圖2所示為未產(chǎn)生邊坡變形的TDR信號(hào)，圖3所示為產(chǎn)生變形之后的TDR信號(hào)。
加利福尼亞邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目基本情況
監(jiān)測(cè)區(qū)域包括容易受到侵蝕和相對(duì)較小的塊體破壞的沿海懸崖。監(jiān)測(cè)的坡體距離海灘約15 m。斷崖由相對(duì)堅(jiān)硬砂巖和柔軟易蝕的粉砂巖組成。波浪作用和雨水灌溉產(chǎn)生的大量地下水導(dǎo)致粉砂巖的變軟和變軟。結(jié)果是砂巖被破壞，隨后是沿海沿海地區(qū)的進(jìn)行滑移。
TDR自動(dòng)化系統(tǒng)概述
時(shí)域反射儀電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，要求信號(hào)源上升沿寬度和反射信號(hào)時(shí)間分辨精度都在皮秒級(jí)別。市場上有專用于電纜故障檢測(cè)的時(shí)域反射設(shè)備，但由于應(yīng)用場景不同，不適用與長期邊坡變形監(jiān)測(cè)。
Campbell Scientific公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的TDR200時(shí)域反射主機(jī)性能*（階躍信號(hào)上升沿小于85 ps）、體積小巧（20×5×10 cm3），功耗低適用于野外長期監(jiān)測(cè)（測(cè)量時(shí)為120 mA，休眠時(shí)為1 mA），與多級(jí)50歐姆同軸多路器配合最多可以實(shí)現(xiàn)最多512個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量，且兼容Campbell Scientific多種數(shù)據(jù)采集器，可在無人值守的情況下長期穩(wěn)定工作，并可通過射頻、移動(dòng)數(shù)據(jù)甚至衛(wèi)星通訊的方式將數(shù)據(jù)自動(dòng)傳回監(jiān)測(cè)終端或者發(fā)出安全預(yù)警信號(hào)。
Campbell Scientific的時(shí)域反射系統(tǒng)主要包括 TDR200 時(shí)域反射計(jì)、數(shù)據(jù)采集器、 SDM8X50 系列同軸多路器、 TDR 探頭（僅針對(duì)土壤水分測(cè)量的應(yīng)用）以及 PC-TDR 軟件。系統(tǒng)可采用可充電電池供電或者外部電源供電方式，若采用電池供電，則電池由太陽能板充電 。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)和項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)施
監(jiān)視系統(tǒng)由一個(gè)中央控制和監(jiān)視單元和三個(gè)TDR監(jiān)視站組成。中央監(jiān)控單元檢查每個(gè)監(jiān)控站的狀態(tài)，并控制系統(tǒng)的警報(bào)通知功能。每個(gè)TDR監(jiān)控站都對(duì)兩條TDR傳感器電纜進(jìn)行了輪詢，以查看電纜是否變形或斷裂。
每個(gè)監(jiān)控站都有一個(gè)Campbell Scientific數(shù)據(jù)記錄器，SDMX50 TDR多路復(fù)用器和TDR100反射儀。數(shù)據(jù)記錄器每四分鐘輪詢兩條水平TDR電纜，然后將反射波形與基線特征進(jìn)行比較。如果反射的數(shù)據(jù)表明電纜變形或折斷，則將由5 Vdc組成的警報(bào)信號(hào)施加到中央控制和監(jiān)視單元的監(jiān)視的電線上。在那里，一個(gè)自動(dòng)電話撥號(hào)器通知鐵路人員可能的邊坡滑移。然后，人員可以通過遠(yuǎn)程訪問方式并確定電纜變形的位置，以便可以對(duì)邊坡華裔和軌道進(jìn)行安全檢查。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠區(qū)分低級(jí)別警報(bào)（變形的電纜指示小的運(yùn)動(dòng)）和高級(jí)別警報(bào)（剪切的電纜和可能的大幅度傾斜故障）。TDR傳感器電纜在軌道下方布線，并與軌道平行并安裝在淺溝槽中。將電纜封閉在水泥/砂漿中，以確保在發(fā)生斜坡運(yùn)動(dòng)時(shí)變形。總共安裝了約1,000 m的傳感器進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。
創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用
該項(xiàng)目運(yùn)用了具有實(shí)時(shí)警報(bào)功能的TDR技術(shù)，對(duì)海岸邊坡進(jìn)行了長距離監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)解決傳統(tǒng)滑動(dòng)系統(tǒng)的安裝和投入問題，獨(dú)立設(shè)計(jì)的警報(bào)功能的實(shí)現(xiàn)了每個(gè)監(jiān)視站都可以通知多達(dá)八個(gè)不同的號(hào)碼，以將可能的故障情況通知人員。TDR技術(shù)，在邊坡等場景具有很好的發(fā)展?jié)摿Γ稍谌魏蔚胤奖Ｗo(hù)鐵路和公路，在其產(chǎn)生滑移時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)他們受到滑坡運(yùn)動(dòng)的威脅。
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