技术特色( CORE TECHNOLOGY )

SFCW-TDR技术与传统的TDR技术有何不同?

浏览次数:

答:SFCW-TDR采用了更为先进的、数字化的电磁波传输时间测量技术。


    TDR 技术对于电磁波传输时间的测量有着极高的要求,其测量时间的级别在纳秒级(10-9 秒),而精度则更是要求达到皮秒级(10-12 秒)。目前电子测量领域主要基于三种体制:时域无载频脉冲体制、频域频率步进波体制和调频连续波体制。

    传统的TDR 系统产生于上世纪三十年代,其采用的是无载频脉冲体制,技术核心为高速延迟线技术。

    在20世纪70年代, 随着计算机技术的发展与快速傅里叶变换(FFT)算法的出现,使得可以通过逆傅里叶变换(IFT)实现频域和时域信号之间相互转换, 从而精准的测量电磁波的传输时间。基于该原理的频域频率步进体制和向量接收技术近年来在电子测量及探地雷达等领域得到广泛应用。

    我公司在国际上率先将频域频率步进体制和向量接收技术应用于TDR测量,原创的SFCW-TDR技术已经形成系列化的产品,在土壤墒情监测领域取得了良好的应用效果。

SFCW-TDR与无载频脉冲体制TDR相比较主要有以下的特点:

    1. 无载频脉冲体制TDR本质上是一个宽带接收的高频示波器,其测量迹线是所发射的阶跃波信号传输过程中,发射和反射信号叠加的电压值随时间的变化状况(图1),其精确的反射时间点需要对其测量迹线图像通过特定算法确定。

 SFCW-TDR的测量迹线是一个基于数字信号处理技术(DSP)得到的数字化的图像,其记录了电磁信号沿探针传输产生反射的反射系数随时间变化的实时过程,强冲激的脉冲函数使得测量结果直观明了(图2),更适合于实现自动化的在线监测

image.png


   2. SFCW-TDR仪器发射的电磁信号,默认设置为1MHz至1.8GHz之间,处于水的相对介电常数实部稳定的频率范围内,使得适用土壤更为广泛,测量精度更为精准。

   3.SFCW-TDR 是一个使用数字数据和数学算法来进行数据分析的数字系统,其采用的向量接收技术,可进一步采集包括频域反射、相位、驻波比、阻抗以及相对介电常数的实部、虚部等大量的频域、时域信息,为本仪器功能的进一步开发提供了有效的工具。


   4.由于避免了复杂的高速延迟线技术,SFCW-TDR 将 TDR 的应用成本大幅度降低,特别是基于目前国际上最新芯片技术以及最先进的 SIP(System In a Package,系统级封装 )工艺小型集约化设计的SOILTOP-300 系列,其成本已接近目前的其它技术仪器,考虑无需定点、率定的因素,其综合造价更为经济。

   5.国际领先的小型化设计使得该技术应用可以深入至测量目标的前端,克服了以往 TDR 技术由于测量距离过长,造成电磁波信号衰减过大的技术瓶颈,增加了该项技术的应用场景。



022-83707888