¿Que es TDR?
(Time Domain Reflectrometry)
La velocidad con la que un pulso electromagnético viaja a través de las líneas paralelas de transmisión depende de la constante dieléctrica, (Ka), del material en contacto con y alrededor de las líneas de transmisión. Cuan más alta la constante dieléctrica, más lenta la velocidad del pulso.
El suelo está compuesto en general de aire, minerales y orgánicos y agua. La constante dieléctrica de estos materiales son los siguientes:
- Aire = 1
- Partículas Minerales = 2-4
- Agua = 80 (80 veces mas lento que la luz en el vacío)
Debido a la gran diferencia en la constante dieléctrica entre el agua y los demás constituyentes en el suelo, la velocidad de viaje del pulso eléctrico microonda, que viaja a través de las líneas de transmisión enterradas en el suele es muy dependiente del contenido de agua en el suelo.
Cuando una pulso eléctrico microonda viaja a través de las líneas de transmisión este se comporta de muchas maneras como un haz de luz. Las discontinuidades en la línea de transmisión y en los materiales a su alrededor causa que parte de la energía de microondas se refleje de vuelta a través de la línea. Cuando el pulso llega al final de la línea de transmisión, virtualmente toda la energía que queda en el pulso es reflejada de vuelta a través de la línea; lo mismo que un haz de luz que viaja a través de un tubo y que es reflejada de nuevo por un espejo al final del tubo.
Estas características hacen posible que se pueda medir el tiempo requerido para que un pulso microonda viaje una distancia conocida en una línea de transmisión, referidas como guías de onda, enterradas en el suelo.
La constante dieléctrica aparente, (Ka) del complejo Agua-suelo-aire puede ser determinado por la siguiente formula:
Donde “L” es la longitud en centímetros de la guía de onda, “t” es el tiempo de transito en nanosegundos (billones de segundo) y “c” es la velocidad de la luz en centímetros por nanosegundo. El tiempo de transito es definido como el tiempo requerido para que un pulso viaje en una dirección desde el inicio hasta el fin de la guía de onda.
Si el suelo está completamente seco, la Ka será de 2 a 4. Si el 25% del volumen del suelo es agua, la Ka será aproximadamente 11-12. Para suelos dedicados a agricultura el valor de la Ka depende primordialmente en el contenido de agua volumétrica y en gran medida independiente del tipo de suelo.
La relación del valor de Ka con el porcentaje volumétrico de agua ha sido establecido cuidadosamente al medir la Ka en células de prueba preparadas con volúmenes precisos de agua en suelo. Esta relación luego fue usada para convertir de manera automática los valores tomados en campo de Ka a % volumétrico de agua en suelo.
El procesador de TDR incorpora una sistema de muy preciso para medir el tiempo en picosegundos ( Un trillón de segundo). Cuando se toma una medida, se inicia una larga serie ciclos de tiempos. Justo después del inicio de cada ciclo, un pulso eléctrico rápido de inicio rápido que llamaremos pulso incidente, es generado y enviado por la línea de transmisión que consiste en un cable coaxial y una guía enterrada en el suelo.
Después de cada inicio de ciclo de tiempo, componentes electrónicos sofisticados y software miden el voltaje efectivo en la línea de transmisión en el momento preciso. En el primer ciclo, por ejemplo, se toma una medida 10 picosegundos después de iniciar el tiempo. Este valor es guardado y en el siguiente ciclo de tiempo se toma una medida 20 picosegundos después de iniciado el ciclo de tiempos. Nuevamente este valor es guardado. Para cada ciclo sucesivo la medida será tomada 10 picosegundos mas que el anterior ciclo y cada medida es guardada.
El proceso es repetido, midiendo el tiempo en ciclo tras ciclo, hasta que los valores guardados de voltaje efectivo cubre el rango completo de tiempo de interés. Por ejemplo para una ventana de medida de 10 ns (nanosegundos) se utiliza 1200 cada 10 ps(picosegundos) que abarca 12 ns. Este proceso se repite varias veces para determinar el valor promedio para cada uno de las 1200 lecturas. Análisis, incluida la tangente adecuada es realizada en esta onda TDR (1200 puntos) para determinar el inicio y fin de la reflexión de la onda.
El desarrollo de la información del tiempo de transido proporciona la clave en el caculo del contenido de humedad volumétrico. Cuando estos procesos han terminado, los 1000 puntos de lectura se pueden ver en el software opción WinTrase PC como también el gráfico TDR. Sin embargo, los 1200 puntos son almacenados solo si se guarda el gráfico.
El tiempo de muestreo puede ser modificado para diferentes aplicación; el inicio del proceso de muestreo es determinado por la función a ser realizada.
En la Figura , cuando se asigna el cero (zero set) antes de hacer una serie de medidas, el valor cero es determinado como se enseña abajo. Cuando se toma la lectura, el tiempo de punto de reflexión es determinado. Las diferencia entre estos dos tiempos es el tiempo de transito el cual es usado para calcular el valor Ka.
Los equipos TDR tiene una tabla previamente programada para el calculo apropiado de porcentaje volumétrico de agua en suelo.
Para el propósito de medir humedad, solo es importante el tiempo de transito de la guía en la porción que la guía ha sido enterrada. Por eso es muy importante que la guía este enterrada por completo desde el punto de inicio o donde la guía tiene configurado el punto cero de inicio para la medición de la Ka y así el calculo a la tabla porcentual de humedad sea preciso.
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