Zeitbereichsreflektometrie (TDR)

Die Time-Domain Reflektometrie (TDR) oder auch Zeitbereichs-Reflektometrie wird bereits seit vielen Jahren als bewährtes Verfahren zur Bestimmung des Feuchte- und Salzgehaltes von Böden eingesetzt. Daher erschien es sehr vielversprechend, dieses Verfahren für die Anwendung an festen Baustoffen zu modifizieren.

In der BAM wurden daher Gabelsonden mit zwei Stäben entwickelt, die mit einem Durchmesser von 11,5 mm und einem Abstand von 50 mm deutlich größer sind als die, die für die Bodenuntersuchungen verwendet werden. Die Bohrungen zur Aufnahme der Gabelsonde müssen vor Beginn der Messungen in den Baustoff eingebracht werden, es können jedoch auch die Bohrungen verwendet werden, die für das Mikrowellenbohrlochverfahren erforderlich sind. Ein unmittelbarer Kontakt der Sonde zum durchfeuchteten Material ist nicht unbedingt notwendig. Die installierte Gabelsonde wird über ein Koaxialkabel mit dem Eingang des Zeitbereichs-Reflektometers verbunden. In diesem Gerät werden je nach Ausführung Stufenimpulse mit Anstiegszeiten zwischen 20 und 200 ps erzeugt. Diese werden an elektrischen Widerstandsänderungen in der Messleitung, wie z. B. am Übergang Koaxialkabel/Meßsonde oder am Ende der Gabelsonde, reflektiert und über den Eingangskanal des TDR-Gerätes aufgezeichnet. Während die Laufzeit des Stufenimpulses entlang der Gabelsonde von dem Realteil der komplexen Dielektrizitätszahl des die Gabelsonde umgebenden Mediums abhängt, kann aus der Dämpfung der Reflexion des Impulses am Ende der Sonde die elektrische Leitfähigkeit des Materials ermittelt werden.

Untersuchungen an durchfeuchteten Kalksandsteinproben haben gezeigt, dass sich mit abnehmendem Feuchtegehalt eine deutlich messbare Laufzeitverkürzung des am Ende der Gabelsonde reflektierten Impulses ergibt. Messungen, bei denen die Gabelsonde in NaCl-Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen getaucht wurde, ergaben mit zunehmender Leitfähigkeit der Lösung eine Abnahme der Intensität des reflektierten Impulses. Das Verfahren ist daher sehr gut geeignet, um sowohl den Feuchtegehalt als auch den Gehalt gelöster Salze lokal an ausgewählten Messtellen zu bestimmen. Da die Gabelsonden in der Anschaffung relativ preiswert sind, ist es möglich, diese für Langzeitfeuchteuntersuchungen in den entsprechenden Bohrlöchern zu deponieren und das TDR-Gerät nur für die Durchführung der Messungen in regelmäßigen Zeitabständen an die Sonde anzuschließen.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der TDR ist die Ortung und Charakterisierung der Korrosion an Spanndrähten in Spannkanälen. Hierbei wird ein zusätzliches Sensorkabel parallel zu einem Spanndraht derart verlegt, dass wiederum eine Zweidrahtleitung entsteht. Die beiden Leiter haben jedoch unterschiedliche Durchmesser. Änderungen des Durchmessers des Spanndrahtes führen zu deutlichen Imperdanzänderungen und damit zu einer charakteristischen Reflexion des Mikrowellenimpulses, die u. U. auch auf die Art der Korrosion schließen lässt.

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