Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Applying the Machine Learning Method to Improve Calibration Quality of Time Domain Reflectometry Measuring Technique

Mikušová Dominika, Suchorab Zbigniew, Paśnikowska-Łukaszuk Magdalena, Zaburko Jacek, Trník Anton

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2024

|

Vol. 18, no 3

270--279

EN

The article presents the application of the time domain reflectometry (TDR) technique for measuring the moisture of porous building materials used in construction. The work is focused on using the potential of artificial intelligence to improve the quality of TDR measurements through a new approach to the interpretation of data obtained from the TDR readings. Machine learning is a data analysis technique, used nowadays in many scientific disciplines. The authors performed a measurement data analysis using the artificial intelligence algorithms to assess moisture of aerated concrete samples tested with a TDR multimeter using two non-invasive sensors which differ in thickness. Data analysis was carried out using supervised machine learning to analyse a series of reflectograms obtained during the measurement. For the data achieved by the classical and machine learning method interpretation, correlation analysis was conducted to confirm the potential of artificial intelligence to improve the quality of TDR measurement. The summary of the work discusses the obtained analytical results and highlights the effectiveness of moisture assessment using the Gaussian Process Regression method, which allowed achieving a level of 0.2 - 0.3% of the RMSE errors value, which is about 10 times lower than the traditional approach.

2

Improving the Calibration of Surface Time Domain Reflectometry Sensors for Moisture Evaluation of Building Materials Using the Analysis of Covariance Method

Futa Anna, Jastrzębska Magdalena, Paśnikowska-Łukaszuk Magdalena, Wośko Elżbieta, Suchorab Zbigniew

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2023

|

Vol. 17, no 5

328--336

EN

The paper presents the models for moisture evaluation using a set of the reflectometric sensors in some types of building materials. The readouts reveal the relationship between the building material moisture, being assessed gravimetrically and the apparent permittivity values obtained by the TDR (Time Domain Reflectometry) method and surface sensors. Based on the readouts, equations describing this relationship were derived. These types of equations function as calibration equations and are used to calibrate the sensors. Most of the equations used to describe the examined relationships are linear regression. These equations very often refer to specific materials and cannot be applied to others that differ in density or chemical composition, which is the cause of many incorrect measurements. In this article, we propose the use of the analysis of covariance method (ANCOVA) for the analysis of reflectometric data. Using this method, it will be possible to determine the moisture content of materials, regardless of their type and construction of the sensor, which can significantly improve moisture measurements using the reflectometric method. For comparative aims data achieved in conducted research were analyzed using both traditional linear regression models and using the analysis of covariance method (ANCOVA). Both types of fitting models are discussed and their quality was compared in terms of accuracy expressed by the Residual Standard Error (RSE), the Root Mean Square Error (RMSE) and the determination coefficient (R2) values. The paper showed that the use of the ANCOVA method allows for improvement the fit of the model in terms of the determination coefficient by 0.0174. Moreover, the average RSE and RMSE value in the ANCOVA models are smaller about 1.24 vol.% and 1.25 vol.% than the ones in the regression model, respectively, which means that the models obtained using ANCOVA more accurately describe the examined relationship.

3

Methodology of moisture measurement in porous materials using Time Domain Reflectometry

Suchorab Z., Widomski M. K., Łagód G., Barnat-Hunek D., Smarzewski P.

Chemistry-Didactics-Ecology-Metrology

|

2014

|

R. 19, NR 1-2

97--107

EN

The article presents the description of measurement methodology of moisture transport in unsaturated porous materials using Time Domain Reflectometry (TDR) technique on the example of measurement of capillary uptake phenomenon in the sample of autoclaved aerated concrete (AAC). In the paper there are presented basic principles of the TDR method as a technique applied in metrology, its potential for measurement of moisture in porous materials like soils and porous building materials. Second part of the article presents the experiment of capillary rise process in the sample of AAC. Within the experiment moisture content was monitored in the sample exposed on water influence. Monitoring was conducted using TDR FP/mts probes. Preparation of the measuring setup was presented in detail. The TDR readouts post-processing, graphical presentations of the obtained results, short discussion and comparison of TDR readouts to gravimetric measurement were also presented.

PL

W artykule przedstawiono opis metodyki pomiaru transportu wilgoci w nienasyconych porowatych materiałach przy wykorzystaniu techniki Time Domain Reflectometry (TDR) na przykładzie pomiarów zjawiska podciągania kapilarnego przez próbkę autoklawizowanego betonu komórkowego. Zaprezentowano podstawowe informacje na temat metody TDR jako techniki stosowanej w metrologii. Omówiono jej potencjał do pomiarów wilgoci w takich ośrodkach porowatych, jak gleby i porowate materiały budowlane. Druga część artykułu przedstawia eksperyment podciągania kapilarnego przez próbkę autoklawizowanego betonu komórkowego. W trakcie trwania eksperymentu monitorowano zmiany wilgotności w próbce wystawionej na oddziaływaniewody. Monitoring realizowano za pomocą sond TDR FP/mts. Rozdział „Materials and Methods” przedstawia szczegółowo przygotowanie stanowiska pomiarowego. W rozdziale „Results” podano odczyty miernika TDR przeliczone na wilgotność oraz zaprezentowano uzyskane wyniki w postaci graficznej. Zawarto w nim również krótką dyskusję wyników i porównanie odczytów TDR z pomiarami grawimetrycznymi.

4

In-situ measurements of moisture using surface TDR probes

Suchorab Z.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2012

|

Tom 14

107--122

EN

Problem of building barriers moisture is a well known phenomenon for almost all users of the buildings. Its presence is inevitable in moderate climate and its balanced states are acceptable. On the other hand, extended values of moisture are disadvantageous and may be caused by many factors like water vapor condensation inside the barriers, capillary rise of ground water, rainwater, inundations or sanitary systems failures. This phenomenon is also a factor which limits the object functionality both from the construction and sanitary-hygienic reasons. Extended moisture content problem is particularly visible in the historical buildings which were set up without the suitable horizontal water-proof isolations. In this cases, ground water has the unlimited access to the groundwork and then, due to the capillary forces to the internal parts of the walls. Increased amounts of water lead to the material structure destruction by melting and thawing processes during winter season, wood decay, and accelerated corrosion of steel reinforcement elements and crystallization of dissolved salts in transported water. Also it should be mentioned here, that indirectly, water negatively influences the indoor environment providing good conditions for harmful microorganisms and mould development which may consequently run to the respiratory system diseases, infections, allergies, eyes and skin irritations. All above presented negative consequences of water presence inside the building envelopes are the reason for constant development moisture detection techniques.

PL

Zjawisko zawilgocenia przegród budowlanych jest znane w zasadzie wszystkim użytkownikom obiektów budowlanych. Występowanie tego zjawiska jest praktycznie nie uniknione w warunkach klimatycznych w jakich znajduje się Polska. Jego zrównoważona obecność polegająca na ciągłym pochłanianiu wilgoci i jej odparowywaniu jest jak całkowicie akceptowalna. Szkodliwym jest natomiast zjawisko nadmiernej zawartości wilgoci, które może być wywołane wieloma czynnikami do których zaliczamy kondensację pary wodnej wewnątrz przegrody, podciąganie kapilarne wód gruntowych, wody rozbryzgowe z deszczy, wody powodziowe czy też awarie instalacji sanitarnych. Zjawisko powyższe jest niekorzystne z punktu widzenia budowli i jest czynnikiem ograniczającym funkcjonalność obiektu zarówno ze względów konstrukcyjnych, jak i higieniczno-sanitarnych. Problem nadmiernej zawartości wody w murach jest szczególnie widoczny w budynkach historycznych wznoszonych bez zastosowania właściwych izolacji poziomych. Wówczas woda gruntowa posiada nieograniczony dostęp do fundamentów budynku, a następnie przy udziale sił kapilarnych do wnętrza murów. Nadmierna ilość wody w zewnętrznych przegrodach budowlanych prowadzi do zniszczenia struktury materiału poprzez wielokrotne procesy zamarzania i rozmarzania w okresie zimowym, rozkład drewna, przyspieszoną korozja stalowych elementów zbrojeniowych oraz krystalizacja soli rozpuszczonych w transportowanej wodzie. Istotnym problemem jest również fakt, że woda pośrednio negatywnie oddziałuje na środowisko wewnętrzne pomieszczeń, przyczyniając się tym samym do rozwoju szkodliwych mikroorganizmów oraz grzybów pleśniowych. Może w konsekwencji przyczyniać się do chorób dróg oddechowych, infekcji, alergii oraz podrażnień oczu i skóry. Przedstawione powyżej negatywne skutki obecności wody w przegrodach budowlanych są podstawą do rozwoju i ciągłego opracowywania i udoskonalania technik detekcji wilgoci w przegrodach budowlanych. W niniejszym artykule przedstawiono możliwość przeprowadzenia badań in-situ przy zastosowaniu techniki pomiarowej TDR (Time Domain Reflectometry). Technika ta od wielu lat stosowana była do pomiarów wilgotności ośrodków gruntowych. Od początku XXI wieku trwały prace nad zastosowaniem techniki TDR do oceny zawilgocenia twardszych od gruntu materiałów i przegród budowlanych. Jednak inwazyjny charakter metody w większości przypadków uniemożliwiał jej praktyczne wykorzystanie lub był przyczyną wielu problemów technicznych. W ramach części badawczej artykułu przedstawiono pomiary wilgotności muru z cegły ceramicznej pełnej pokrytej warstwą tynku wapiennopiaskowego. Badany obiekt znajduje się na Lubelskiej starówce i jest to ściana bramy przy ul. Ku Farze. Jest to przegroda dotknięta zjawiskiem podciągania kapilarnego wynikającego z braku właściwych izolacji poziomych. Badania przeprowadzono w trzech terminach pomiarowych przy pomocy opracowanych na Politechnice Lubelskiej sond powierzchniowych TDR, umożliwiających bezinwazyjne pomiary wilgotności. W celu wykonania pomiarów, badaną przegrodę podzielono na charakterystyczne fragmenty tworzące siatkę pomiarową o określonych wymiarach. W trakcie eksperymentu w charakterystycznych punktach przegrody umieszczano czujnik i odczytywano parametry dielektryczne ośrodka, automatycznie przeliczając je na wilgotność objętościową. Wyniki przeprowadzonych badań naniesiono na siatkę pomiarów różnicując je kolorami w zależności od odczytanej wilgotności. Rezultatem powyższych zabiegów było uzyskanie tzw. map wilgotności przegrody budowlanej w trzech różnych terminach pomiarowych. Przedstawione w artykule mapy wilgotności potwierdzają fakt podwyższonej wilgotności przegrody i jednocześnie pozwalają na ukazanie jego rozkładu w pionie oraz poziomie. Przeprowadzone badania wyraźnie ukazują, że badana przegroda wykazuje nadmierną wilgotność w swych dolnych partiach, natomiast wyższe partie są nieco mniej wilgotne. Świadczy to o tym, że przyczyną nadmiernego zawilgocenia są wody gruntowe podciągane kapilarnie do wewnątrz struktury materiału. Wyniki badań przedstawione w artykule dowodzą skuteczności rozwijanych powierzchniowych sond TDR do bezinwazyjnego pomiaru wilgotności materiałów i przegród budowlanych oraz wskazują na przyczyny tego zjawiska w obiektach rzeczywistych.

5

Influence of moisture on heat conductivity coefficient of aerated concrete

Suchorab Z., Barnat-Hunek D., Sobczuk H.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2011

|

Vol. 18, nr 1

111-120

EN

The article presents the experiment which determines moisture influence on aerated concrete heat conductivity parameter. Applied experimental setup consisted of two climatic chambers generating cold and hot temperatures on two sides of the sample which was equipped with necessary sensors to measure temperature, heat-flux and moisture. For moisture determinations the Time Domain Reflectometry technique was applied, which is currently developed method for moisture determinations of building materials and barriers. The result of the experiment was determination of heat conductivity coefficient of aerated concrete as a parameter which may be used in heat and moisture transport modeling in building barriers.

PL

Przedstawiono eksperymentalne badanie wpływu wzrostu wilgotności na współczynnik przewodnictwa cieplnego betonu komórkowego. Zastosowany zestaw pomiarowy składał się z dwóch komór klimatycznych generujących niskie i wysokie temperatury po przeciwnych stronach próbki wyposażonej w niezbędne czujniki do pomiaru temperatury, strumienia ciepła oraz wilgotności. Do pomiarów wilgotności zastosowano technikę TDR (Time Domain Reflectometry) - obecnie wdrażaną do pomiaru zawartości wody w materiałach i przegrodach budowlanych. Rezultatem opisanego eksperymentu jest wyznaczenie współczynnika przewodzenia ciepła betonu komórkowego w stanie suchym oraz w warunkach różnej wilgotności.

6

Tanie rozwiązanie sterowania układem reflektometrii czasowej

Owczarek T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2010

|

Vol. 51, nr 2

117-119

PL

Artykuł prezentuje nowy sposób podejścia do realizacji tanich układów reflektometrii czasowej. Istotą rozwiązania jest zastosowanie cyfrowo-analogowego sposobu wytwarzania opóźnień pomiędzy sygnałem pobudzającym, a momentem pobrania próbki i umieszczenie analogowego układu opóźniającego w torze generacji sygnału pobudzającego. W artykule opisano ogólnie algorytm generacji wymaganych sygnałów sterujących i przedstawiono konkretne parametry sygnałów praktycznie zrealizowanego układu.

EN

The paper presents a novel solution of low cost TDR equipment. The main idea is application of mixed (digital and analog) control of excitation-sampling time and placing analog delay circuit in excitation branch of the equipment. The paper describes a general algorithm of required signal generation as well as parameters of a real equipment.

7

Komputerowo sterowane urządzenie do impulsowego badania symetrycznych linii przesyłowych

Opalska K., Burd A.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 8

133-137

PL

W artykule przedstawiono urządzenie przeznaczone do impulsowych pomiarów symetrycznych linii transmisyjnych metodą reflektometrii czasowej. Skoncentrowano się na układach nadajnika (wraz z generatorem opóźnienia niezbędnym do realizacji pomiarów metodą stroboskopową) i odbiornika sygnału symetrycznego. Przedstawiono również sposób sterowania urządzeniem poprzez komputer i położono tu szczególny nacisk na efektywność transmisji wyników pomiaru. Przedstawione urządzenie zostało zaprojektowane, wykonane i przetestowane podczas badania linii telefonicznych.

EN

The paper presents computer - controlled device for pulse testing of symmetrical transmission lines using time - domain reflectometry (TDR) technique. Most attention was paid to transmitter (including delay generator needed for Stroboscope technique implementation) and receiver circuits. Software necessary for device control was also presented, focusing on key problem of data transmission efficiency.

8

Water content measurement in building barriers and materials using surface TDR probe

Suchorab Z., Jedut A., Sobczuk H.

Proceedings of ECOpole

|

2008

|

Vol. 2, No. 1

123--127

EN

Water contained in external walls is one of the the basic factors restricting the functioning of buildings. Its negative influence should be evaluated both in the constructional and hygienic aspects. It is caused by the fact that water is not only the reason of successive destruction of buildings' construction, but also composes the base for the growth of microorganisms and moulds. Such problem is typical for the buildings without moisture control and monitoring and causes the respiratory system illnesses, infections, allergies, eyes and skin sensitisations. The buildings affected by the problem of moisture in most cases are stricken with the Sick Building Syndrome, which is caused by the use of not human-friendly materials, defective ventilation or high moisture previously mentioned. Water contained in the extemal walls significantly diminishes their thermal characteristics, which induces the increased heat losses in cold season, reduction of perceptible temperature and thermal comfort of accommodations. All the previously mentioned negative aspects of water influence on the buildings cause the need to find the precise, user-friendly method of water content valuation in the walls. One of them is TDR (Time Domain Reflectometry). This technique bases on the measurement of the electromagnetic pulse propagation in examined medium. The dielectric constant of the material (determined with the TDR device) is the base for its moisture estimation. The TDR method has got a lot of advantages (high monitoring potential, insensitivity to the salinity, relatiyely simple service) and has been used in moisture measurements of porous materials, especially of the soils, for many years. By now, this technique has not found the common implementation in the building area which is caused by its invasive character - it requires the installation of the steel rods in the examined medium, which sets many problems in case of building materials and envelopes.The aim of this paper is to propose the altemative idea of the TDR probe - surface probe, which enables the moisture measurements of hard building materials and envelopes. For these materials, the use of classical probe is difficult to realize, because of problems with the introduction of the steel rods in the examined medium. This, modified, TDR method enables the effective moisture measurements without the need to destroy the building barriers structure.

PL

Woda zawarta w zewnętrznych przegrodach budowlanych należy do podstawowych czynników ograniczających funkcjonowanie budynków. Jej negatywny wpływ na obiekty należy oceniać zarówno ze względów konstrukcyjnych, jak i higieniczno-sanitarnych. Duża wilgotność przegród budowlanych jest przyczyną sukcesywnego niszczenia konstrukcji budynków (krystalizacja soli, wielokrotne procesy zamarzania i rozmarzania w okresie zimowym, rozkład drewna oraz przyspieszona korozja stalowych elementów zbrojeniowych). Woda, w sposób pośredni, negatywnie wpływa na środowisko wewnętrzne pomieszczeń, tworząc podłoże do rozwoju szkodliwych mikroorganizmów oraz grzybów pleśniowych. Jest to problem typowy dla obiektów z nieuregulowaną i niemonitorowaną wilgotnością przegród, będący przyczyną chorób dróg oddechowych, infekcji, alergii oraz podrażnień oczu i skóry. Obiekty dotknięte problemem zawilgocenia przegród zewnętrznych w większości przypadków określamy jako dotknięte zespołem chorego budynku SBS (Stek Building Syndrome), którego przyczyną jest zastosowanie nieprzyjaznych człowiekowi materiałów budowlanych, wadliwa wentylacja lub właśnie nadmierne zawilgocenie przegród. Woda w przegrodach budowlanych w znaczący sposób obniża ich charakterystyki cieplne, co w konsekwencji prowadzi do zwiększonych strat ciepła w sezonie grzewczym, obniżenia temperatury odczuwalnej, obniżenia komfortu cieplnego pomieszczeń. Wszystkie wyżej przedstawione negatywne aspekty wpływu wody na obiekty budowlane stwarzają potrzebę znalezienia precyzyjnej i możliwie łatwej metody oceny zawartości wody w przegrodach. Do takich metod zaliczamy reflektometryczną metodę pomiaru wilgotności TDR (Time Domain Reflectometry). Funkcjonowanie tej techniki oparte jest na pomiarze prędkości propagacji impulsu elektromagnetycznego w badanym materiale. Wyznaczona ze znanej zależności względna stała dielektryczna materiału jest podstawą do ustalenia jego wilgotności. Metoda ta posiada wiele zalet (możliwość ciągłego monitoringu, brak wrażliwości na zasolenie, stosunkowa prostota obsługi) i od wielu lat stosowana jest do pomiaru wilgotności ośrodków porowatych, a w szczególności ośrodków gruntowych. Nie znalazła ona do tej pory szerokiego zastosowania w dziedzinie budownictwa. Przyczyną tego jest jej inwazyjny charakter - do realizacji pomiaru niezbędne jest wprowadzenie stalowych prętów w badany ośrodek, co stwarza wiele problemów w przypadku materiałów oraz przegród budowlanych. Celem pracy jest przedstawienie alternatywnej konstrukcji - powierzchniowej sondy TDR, która umożliwia pomiary wilgotności materiałów oraz przegród budowlanych, charakteryzujących się znaczną twardością, dla których zastosowanie klasycznej, dwuprętowej sondy, wymagającej wprowadzenia stalowych prętów w badany ośrodek, jest trudne do zrealizowania. Metoda ta umożliwia skuteczne pomiary wilgotności bez konieczności niszczenia konstrukcji przegrody.

9

A reliable low-cost method for accurate characterization of antennas in the domain

Cataldo A., Monti G., De Benedetto E., Cannazza G.

Metrology and Measurement Systems

|

2008

|

Vol. 15, nr 4

571-583

EN

In this paper, a time domain-based approach to practical characterization of antennas is presented. The goal is to prove that time domain-based approach, after appropriate processing, represents an accurate and more practicable alternative to the typically used (yet highly expensive) antenna characterization measurements that are performed in anechoic chamber through a Vector Network Analyzer (VNA). To this purpose, two commercial antennas, differing in operating frequency band, are considered as significant test-cases. Reflectometric measurements performed in Time Domain (TD) are subsequently transformed in Frequency Domain (FD), and compared with VNA reference measurements directly obtained in anechoic chamber. Results demonstrate that the preliminary choice of an optimal time window is the main factor leading to a substantial enhancement of the overall measurement accuracy, which is comparable to that provided by VNA measurements in anechoic chamber. This demonstrates that a good insight into the antenna characteristics can be obtained even without using highly expensive facilities.

10

Time domain reflectometry module for DSL analyzer

Opalska K., Burd A., Owczarek T.

Electronics and Telecommunications Quarterly

|

2008

|

Vol. 54, No 3

367-375

EN

The paper present a time domain reflectometry module designed as a part of an analyzer of DLS transmission lines. Small size, programmable TDR module (to be included in the hand-belt, battery-operated line analyzer) was designed, constructed and tested in the laboratory, proving its usefulness for detecting lines imperfections. The paper illustrates the principle of operation of the TDR units, its basic building blocks and the software environment created for device testing.

11

TDR-based examination of DSL transmission line

Opalska K., Burd A.

Electronics and Telecommunications Quarterly

|

2008

|

Vol. 54, No 3

357-366

EN

The paper presents results of TDR-based DSL line characterization. Measurement and computer analysis results are included for two distinct modes of TDR system: step and pulse. Measurement results emphasize the influence of a skin effect, which significantly limits measurement system resolution and accuracy. Results of numerous simulations allow for estimation of the dependence of reflected signal parameters on testing pulse width and/or length of line being examined.

12

Application of the tdr method for the measurement of moisture in degraded soil enriched with biona- 312 substrate

Chomczyńska M., Suchorab Z.

Archives of Environmental Protection

|

2008

|

Vol. 34, no. 3

125-131

EN

The present study aimed at a determination of the formula allowing water content to be calculated for model degraded soil enriched with Biona-312 ion exchange substrate. To this end a mixture of sand and Biona-312 was prepared which was monitored for water content changes. Moisture was determined both gravimetrically and reflectometrically (TDR method). To improve the reliability of the TDR method individual calibration was made. The specific calibration formula as polynomial of the third degree was found for water content determination in sand supplemented with Biona-312. The results confirmed the high potential of the TDR method in moisture monitoring, especially when individual calibration is done.