Feuchtemessung mit TDR


Feuchtemessung mit TDR

Die Time Domain Reflectometry (auch Time Domain Reflektometrie oder kurz TDR) ist ein Messverfahren mit dessen Hilfe die Materialfeuchte eines Stoffes bestimmt werden kann. Einen mittleren Wassergehalt entlang eines Sensors erhält man mit einfachen Auswertemethoden. Profile des Wassergehalts lassen sich durch komplexe Algorithmen und ein entsprechendes Rekonstruktionsverfahren bestimmen.

Laufzeitmessung

TDR-Sensoren bestehen aus zwei- oder dreiadrigen, parallelen Wellenleitern, die in Form von Stäben in das zu untersuchende Material eingebracht werden. Es wird ein Spannungssprung angelegt, der sich entlang des Koaxialkabels ausbreitet, das an die Wellenleiter angeschlossen ist. Geht der Spannungssprung an den Sensor über, kommt es zu einer Teilreflexion. Der weiterlaufende Teil wird am Sensorende vollständig reflektiert. Die Sprungantwort eines Wellenleiters lässt sich über den Zeitbereich oder den Frequenzbereich berechnen. Die verschiedenen Reflexionen werden in einer TDR-Kurve sichtbar und erlauben somit eine Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen. Durch ein Ersatzschaltbild lassen sich Rückschlüsse auf die relative Permittivität des Materials und den gemittelten Feuchtegehalt schließen. Jedoch reicht für zahlreiche Anwendungen die reine Laufzeitmessung nicht aus.

Wassergehaltsverteilung

Für die Ermittlung der Wassergehaltsverteilung in einem Material existieren mehrere Lösungsmöglichkeiten. Dazu gehören:

  • Unterteilung der Wellenleiter in einzelne Segmente
  • Änderung des Querschnitts von Wellenleitern zur Erzeugung künstlicher Reflexionen
  • Längenvariationen der Wellenleiter

Die unpräzise Ortsauflösung und begrenzte Anwendungsmöglichkeit bei Materialien mit hoher Leitfähigkeit sind jedoch von Nachteil.

Ein anderer Ansatz besteht darin, die Wellenausbreitung entlang des Sensors zu messen und dann zu modellieren. Durch den Vergleich von gemessenen und modellierten TDR-Signalen lassen sich Rückschlüsse auf das Profil des Wassergehalts ziehen.

Nachteil

Die Exaktheit des Rekonstruktionsverfahrens und der komplexen Algorithmen wird in der Praxis durch störende Faktoren, wie begrenzter Amplitudenauflösung der TDR-Instrumente und durch Rauschen, beschränkt.

Quellen

  1. Hübner, C., Schlaeger, S., Kupfer, K. 2007 „Ortsauflösende Feuchtemessung mit Time-Domain-Reflektometrie“ in Technisches Messen, Ausgabe 5/2007, 316-325

Siehe auch

  • Zeitbereichsreflektometrie
  • Reflektometer
  • Kapazitiver_Sensor#Feuchtigkeitsmesser