时域反射仪（Time-Domain Reflectometry， TDR ）是一种电子仪器，它使用时域反射计来表征和定位金属电缆（例如， 双绞线或同轴电缆 ）中的故障。 [1]它还可用于定位连接器， 印刷电路板或任何其他电气路径中的不连续性。 光纤的等效装置是光时域反射计 。

时域反射计TDR（Time Domain Reflectometer），时域反射计。

早在20世纪60年代就产生了时域反射计（TDR）技术。该技术包括产生沿传输线传播的时间阶跃电压。用示波器检测来自阻抗的反射，测量输入电压与反射电压比，从而计算不连续的阻抗。

传统TDR可作为定性工具使用，下面列出影响其精度和实用性的限制：

1. 有限的上升时间

2. 采样示波器的同步抖动

3. 差的信噪比

4. 大的阶跃电压会损坏有源器件

5. 需要直流通路

20世纪70年代了解到作为频率函数的网络反射系数的傅里叶变换就是作为时间函数的反射系数。可用网络分析仪在频域测量的数据计算和显示网络作为时间函数的网络阶跃和激冲响应。使在反射和传输中传统TDR能力增加了在频带有限网络进行测量的潜力。

在反射模式中网络分析仪测量作为频率函数的反射系数。可把该反射系数看成是入射电压和反射电压的传递函数。反变换将反射系数转换为时间函数（激冲响应）。可用该反射系数与输入阶跃或脉冲的卷积计算阶跃和激冲响应。在传输模式中。网络分析仪测量作为频率函数的二端口器件的传递函数。反变换将该传递函数转换为二端口器件的激冲响应。用该激冲响应与输入阶跃或脉冲的卷积计算阶跃和激冲响应。

延时继电器TDR（time-delay relay），延时继电器。

延时继电器主要用于直流或交流操作的各种保护和自动控制线路中，作为辅助继电器，以增加触点数量和触点容量。可根据需要自由调节延时的时间。

延时继电器可用广泛应用于商业和工业楼宇，实现简单的自动化功能：如通风、供暖、百叶窗升降调节和互锁、升降机、泵、照明、标识、监控等场合。

说明TDR测量沿导体的反射。为了测量这些反射，TDR会将入射信号传输到导体上并监听其反射。如果导体具有均匀的阻抗并且被正确端接，那么将没有反射，并且剩余的入射信号将通过终端在远端被吸收。相反，如果存在阻抗变化，则一些入射信号将被反射回源。TDR原则上类似于雷达。

反射通常，反射将具有与入射信号相同的形状，但是它们的符号和幅度取决于阻抗水平的变化。如果阻抗有阶跃增加，那么反射将与入射信号具有相同的符号;如果阻抗逐步减小，则反射将具有相反的符号。反射的大小不仅取决于阻抗变化的量，还取决于导体的损耗1。

反射在TDR的输出/输入处测量，并作为时间的函数显示或绘制。或者，可以根据电缆长度读取显示器，因为对于给定的传输介质，信号传播的速度几乎是恒定的。

由于其对阻抗变化的敏感性，TDR可用于验证电缆阻抗特性，接头和连接器位置以及相关的损耗，并估计电缆长度。

事件信号TDR使用不同的事件信号。一些TDR沿导体传输脉冲;这些仪器的分辨率通常是脉冲的宽度。窄脉冲可以提供良好的分辨率，但它们具有在长电缆中衰减的高频信号分量。脉冲的形状通常是半周期正弦曲线。对于更长的电缆，使用更宽的脉冲宽度。

还使用快速上升时间步长。该仪器不是寻找完整脉冲的反射，而是关注上升沿，这可能非常快。20世纪70年代的技术TDR使用步长，上升时间为25 ps。

还有其他TDR通过相关技术传输复杂信号并检测反射。请参阅扩频时域反射计。

示例跟踪这些迹线由时域反射计产生，该反射计由连接到约100英尺（30米）同轴电缆的普通实验室设备制成，该同轴电缆具有50欧姆的特征阻抗。该电缆的传播速度约为真空中光速的66%。

这些迹线由时域反射计产生，该反射计由连接到约100英尺（30米）同轴电缆的普通实验室设备制成，该同轴电缆具有50欧姆的特征阻抗。该电缆的传播速度约为真空中光速的66%。

简单的TDR由实验室设备制成

简单的TDR由实验室设备制成

具有开路端接的传输线的TDR迹线

具有短路终端的传输线的TDR迹线

具有1nF电容器终端的传输线的TDR迹线

具有几乎理想终端的传输线的TDR迹线

在示波器高阻抗输入端终止传输线的TDR跟踪。蓝色迹线是远端看到的脉冲。它是偏移的，因此每个通道的基线都是可见的

传输线的TDR曲线终止于示波器高阻抗输入端，由来自匹配源的步进输入驱动。蓝色迹线是远端看到的信号。

这些走线由商用TDR产生，使用具有25 ps上升时间的阶跃波形，具有35 ps上升时间的采样头和18英寸（0.46 m）SMA电缆。SMA电缆的远端保持打开或连接到不同的适配器。脉冲沿着电缆传输，反射并到达采样头大约需要3 ns。在某些迹线中可以看到第二次反射（大约6 ns）;这是由于反射在采样头处看到一个小的不匹配并导致另一个“入射”波沿着电缆传播。

踏入断开的SMA公连接器的TDR（非精密打开）
水平：1 ns / div
垂直：0.5ρ/ div

踏入断开的APC-7mm连接器的TDR

TDR步入APC-7mm精密开启

TDR步入APC-7mm精密负载

TDR步入APC-7mm精密短路

TDR步入APC-7mm精密开启
水平：20 ps / div

步入配对BNC连接器对的TDR;峰值反射为0.04
水平：200 ps / div
垂直：20mρ/ div

说明考虑电缆远端短路（即终止于零欧姆阻抗）的情况。当脉冲的上升沿沿着电缆向下发射时，发射点处的电压立即“升高”到给定值，并且脉冲开始沿着电缆朝向短路传播。当脉冲击中短路时，远端没有吸收能量。相反，相反的脉冲从短路反射回发射端。只有当这种相反的反射最终到达发射点时，该发射点处的电压突然下降回零，表明电缆末端有短路的事实。也就是说，TDR没有迹象表明电缆末端有短路，直到其发出的脉冲能够以大致光速的速度沿着电缆传播，并且回波可以以相同的速度返回电缆。只有在此往返延迟之后，TDR才能察觉到空头。假设人们知道特定被测电缆中的信号传播速度，则可以通过这种方式测量到短路的距离。

如果电缆的远端是开路（端接到无限阻抗），则会发生类似的效果。然而，在这种情况下，来自远端的反射与原始脉冲相同地极化，并且增加了它而不是将其取消。因此，在往返延迟之后，TDR处的电压突然跳跃到原始施加电压的两倍。

请注意，电缆远端的理论上完美终端将完全吸收所施加的脉冲而不会引起任何反射。在这种情况下，无法确定电缆的实际长度。幸运的是，完美的终止是非常罕见的，并且几乎总是会引起一些小的反射。

反射的大小称为反射系数或ρ。系数范围从1（开路）到-1（短路）。零值意味着没有反射。反射系数计算如下：

其中Zo定义为传输介质的特征阻抗，Zt是传输线远端的终端阻抗。

任何不连续性都可视为终端阻抗，并替换为Zt。这包括特征阻抗的突然变化。例如，印刷电路板上的走线宽度在其中间部分加倍会构成不连续性。一些能量将反射回驱动源;剩余的能量将被传输。这也称为散射结。

用法时域反射计通常用于非常长的电缆线路的就地测试，其中挖掘或移除可能是千米长的电缆是不切实际的。它们对于通信线路的预防性维护是必不可少的，因为TDR可以检测接头和连接器腐蚀时的电阻，并且在它们导致灾难性故障之前很久就会降低绝缘层泄漏并吸收水分。使用TDR，可以将故障精确定位到厘米内。

TDR也是技术监督对策的非常有用的工具，它们有助于确定电线接头的存在和位置。当连接到电话线时，由于引入分接头或接头引起的线路阻抗的轻微变化将显示在TDR的屏幕上。

TDR设备也是现代高频印刷电路板故障分析中必不可少的工具，其信号走线可以模拟传输线。通过观察反射，可以检测球栅阵列器件的任何未焊接的引脚。也可以以类似的方式检测短路引脚。

TDR原理用于工业环境，在各种情况下，如集成电路封装测试到测量液位。在前者中，时域反射计用于隔离相同的故障站点。后者主要限于加工业。

在水平测量在基于TDR的液位测量装置中，该装置产生沿薄波导（称为探针）传播的脉冲 - 通常是金属棒或钢缆。当该脉冲撞击待测介质的表面时，部分脉冲反射回波导。该装置通过测量发送脉冲和反射返回之间的时间差来确定液位。传感器可以输出分析的电平作为连续模拟信号或开关输出信号。在TDR技术中，脉冲速度主要受脉冲传播介质的介电常数的影响，介质的介电常数可以根据介质的水分含量和温度而变化很大。在许多情况下，可以毫无困难地纠正这种影响。在某些情况下，例如在沸腾和/或高温环境中，校正可能是困难的。特别地，确定泡沫（泡沫）高度和泡沫/沸腾介质中的塌陷液位可能非常困难。

用于水坝中的锚索CEA技术公司（CEATI）的大坝安全兴趣小组是一个电力组织联盟，它已应用扩频时域反射计来识别混凝土坝锚索中的潜在故障。与其他测试方法相比，时域反射计的主要优点是这些测试的非破坏性方法。

用于地球和农业科学TDR用于确定土壤和多孔介质中的水分含量。在过去的二十年中，已经在测量土壤，谷物，食物和沉积物中的水分方面取得了实质性进展。TDR成功的关键在于能够准确地确定材料的介电常数（介电常数），因为材料的介电常数与其含水量之间存在很强的关系，正如Hoekstra和Delaney的开创性工作所证明的那样。 （1974）和Topp等人。（1980年）。最近有关该主题的评论和参考工作包括Topp和Reynolds（1998），Noborio（2001），Pettinellia等。（2002），Topp和Ferre（2002）和Robinson等。（2003年）。TDR方法是传输线技术，并且根据沿传输线传播的电磁波的传播时间确定表观介电常数（Ka），通常是嵌入土壤或沉积物中的两个或更多个平行金属杆。探头长度通常在10到30厘米之间，并通过同轴电缆连接到TDR。

在岩土工程中使用时域反射计也被用于监测各种岩土工程设置中的斜坡运动，包括高速公路切割，铁路路基和露天矿（Dowding&O'Connor，1984,2000a，2000b; Kane&Beck，1999）。在使用TDR的稳定性监测应用中，同轴电缆安装在穿过所关注区域的垂直钻孔中。沿着同轴电缆的任何点处的电阻抗随着导体之间的绝缘体的变形而变化。电缆周围有一个脆性灌浆，可将地球运动转化为突然的电缆变形，在变形迹线中显示为可探测的峰值。直到最近，该技术对小斜率运动相对不敏感，并且不能自动化，因为它依赖于人类检测反射迹线随时间的变化。Farrington和Sargand（2004）开发了一种简单的信号处理技术，使用数值导数从TDR数据中提取可靠的斜率运动指示，比传统解释更早。

TDR在岩土工程中的另一个应用是确定土壤含水量。这可以通过将TDR放置在不同的土壤层中并测量降水开始时间和TDR表明土壤含水量增加的时间来完成。TDR的深度（d）是已知因子，另一个是水滴到达该深度所花费的时间（t）;因此可以确定水渗透速度（v）。这是评估最佳管理实践（BMP）在减少雨水地表径流方面的有效性的好方法。

在半导体器件分析时域反射计在半导体故障分析中用作半导体器件封装中缺陷定位的非破坏性方法。TDR为器件封装中的各个导电迹线提供电气特征，可用于确定开路和短路的位置。

在航空布线维护时域反射计，特别是扩频时域反射计用于航空布线，用于预防性维护和故障定位。扩频时域反射计具有在数千英里的航空布线内精确定位故障位置的优势。此外，该技术值得考虑用于实时航空监测，因为扩频反射计可用于火线。

已经证明该方法可用于定位间歇性电气故障。

多载波时域反射计（MCTDR）也被认为是嵌入式EWIS诊断或故障排除工具的有前景的方法。这种智能技术基于多载波信号的注入（尊重EMC并且对电线无害），为布线系统中的电气缺陷（或具有电气后果的机械缺陷）的检测，定位和表征提供信息。可以非常快速地检测到硬故障（短路，开路）或间歇性缺陷，从而提高布线系统的可靠性并改善其维护。

本词条内容贡献者为:

闫晓东 - 副教授 - 中央民族大学信息工程学院