TDR이란, Time Domain Reflectormeter 뜻과 장비 측정 원리
TDR(Time Domain Reflectometer)에 대해서.
일반적으로 파동Wave이 진행할 때 매질의 특성이 변하거나 장비 중간에 방해물이 존재하면, 굴절Refraction과 반사Reflection 등의 파동 변형이 발생합니다. (측정 시기를 말함)
이 중 반사는 파동이 진행하고 있는 반대 방향으로 파동이 보유하고 있는 에너지 중 일부가 되돌아가는 것을 의미하는데, TDR에서는 반사된 에너지를 파동의 입사 지점에서 관측하여 반사가 일어난 지점의 특성을 측정, 분석합니다.
TDR을 이용하여 케이블을 사용하는 장비, HFC(Hybrid Fiber Coax)망, 전화선, 전력선, 대형 산업 현장의 금속 케이블, 지하철이나 철도역 구내의 각종 케이블 등의 특수 케이블 관리 등 두 가닥 이상의 금속으로 이루어진 모든 케이블의 유지 관리가 가능합니다.
하지만 TDR은 온도, 변위, 전기적 저항 등의 여러 요소로 인하여 데이터가 변화하므로, 사용자가 필요로 하는 요소 외의 인자로 인한 노이즈(Noise, 잡음)를 필터링하여 구체적인 데이터를 별도로 추출할 필요가 있기도 합니다.
아래 그림은 케이블 상태에 따른 TDR의 파형으로서, 사용자는 LCD에 그려지는 파형의 형태만으로도 케이블 상태를 쉽게 판별, 측정할 수도 있습니다. TDR에서 사용하는 케이블 내로 전송되는 전자기파는 장비 케이블의 유형에 따라 다르게 결정됩니다.
일반적으로 진공 속을 진행하는 전자기파의 속도는 광속인 30만㎞/sec가 되지만, 케이블과 같은 매질 속을 진행할 때에는 속도의 감소가 일어나게 되고 말죠. TDR에서는 진공 속에서의 광속을 1 혹은 100%로 놓고, 케이블 내의 속도를 광속에 대한 비율로 나타내는데 이를 전파 속도VOP라고 정의합니다.
VOP를 나타내는 또 하나의 방법으로는 단위 시간 동안에 측정할 수 있는 장비 최대 케이블의 길이를 사용하는 것으로 TDR에서 케이블을 측정하기 위해서는 전자기파의 진행과 반사가 일어나야 하므로 실제 전자기파의 진행 거리는 케이블 길이의 2배가 됩니다.
따라서 “V/2"로 표시하며, 광속의 경우 150m/usec가 됩니다.
VOP는 TDR을 이용하여 거리를 측정하는 경우, 측정 정확도에 직접적인 영향을 미치는 요소인데, TDR은 기본적으로 반사파가 되돌아오는데 걸리는 시간을 측정하기 때문에, 반사가 일어난 지점의 거리를 측정하기 위해서는 시간에 속도를 곱해서 계산하게 됩니다.
즉, 거리를 계산하는 방식은 아래의 식입니다.
반사 지점 거리 = 반사파의 도착 시각 × 장비 케이블의 VOP
따라서, VOP가 실제와 다른 경우 측정된 반사 지점의 거리는 VOP의 오차율과 비례하여 나타나게 됩니다. 정확한 측정을 위해서는 측정 대상 케이블의 VOP를 정확히 확인하는 것이 가장 중요하겠죠.
케이블의 VOP는 특성 임피던스와 마찬가지로 케이블의 구성 형태에 따라 달라지며, 특히 케이블의 기하학적 형태에 의해서도 변화됩니다. 즉, 같은 케이블이라 하더라도 케이블이 말려 있는지 곧게 설치되어 있는지에 따라서도 미세한 변화가 나타날 수 있다는 의미입니다.
또한 온도, 케이블의 사용 기간, 습도 등의 환경적인 요인에 의해서도 달라질 수 있으며, 동종 장비 케이블이라 하더라도 제조업체에 따라, 혹은 제조 LOT(제조번호)에 따라서도 달라질 수 있습니다.
따라서, 해당 케이블 제조업체에서 배포한 케이블 사양에 포함된 VOP를 확인해야 하며, 더욱 정확한 VOP 확인을 위해서는 알고 있는 적절한 길이의 샘플 케이블에 대해 측정을 수행한 후 VOP를 환산하는 방법을 사용할 수 있습니다.
예를 들어, 샘플 케이블 100m을 TDR로 측정하여 기기에 설정된 VOP를 변화시켜 측정 거리가 100m가 되었을 때, 최종 VOP가 측정 대상 케이블의 VOP가 됩니다.
즉, TDR(Time Domain Reflectometer)은 반사파(Reflection)의 형태와 반사파 도달까지 걸린 시간 등을 시간의 흐름에 따라, 시간축(Time Domain)에서 분석하여 원거리에 있는 사물 및 형상을 판정하는 장비(기기)입니다.
TDR은 누수 감지관에 삽입된 감지도선에 펄스파를 보내고 되돌아오는 반사파를 받아서 감지관의 파손으로 발생한 단선 및 고장점의 거리를 측정합니다.
이를 기반으로 생성된 데이터를 서버의 모니터링 프로그램과 공동으로 사용하는 공용 FTP로 보내는 상수도 관망 원격 제어감시 장치라고 정의할 수 있습니다.
참고 문헌,
"임베디드 시스템 기반 시설물 통합모니터링 시스템의 구현", 김민호
"TDR 센서를 이용한 사면의 안정해석", 이재호, 박민철, 한희수
(주)나노 트로닉스, http://www.nano-tronix.com
TDR이란, Time Domain Reflectormeter 뜻과 장비 측정 원리
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