Time Domain Reflectometry (TDR) for detecting leakage damage in large engineering structures

Ruben Windey
Van huishoudens tot de grootste bedrijven, overal komen vloeistoflekken voor. Momenteel zijn al nauwkeurige kabelsensoren op de markt beschikbaar, maar een te hoge kostprijs houdt hun gebruik op grote schaal tegen.
In dit thesisonderzoek werd een goedkope percolatiesensor gecombineerd met Tijd Domein Reflectometrie (TDR). Zo werd detectie én lokalisatie van meerdere gelijktijdige vloeistoflekken mogelijk. Percolatiesensoren kunnen op die manier de luchtvaartsector tot honderdduizenden euro’s per dag besparen.

Percolatiesensoren kunnen luchtvaartsector tot honderdduizenden euro’s per dag besparen

Vloeistoflekken goedkoop en nauwkeurig opsporen via Tijd Domein Reflectometrie

Van huishoudens tot de grootste bedrijven, overal komen vloeistoflekken voor. Torenhoge herstellingskosten en misgelopen inkomsten kunnen echter vermeden worden door vroegtijdig opsporen van het vloeistoflek. Momenteel zijn al nauwkeurige kabelsensoren op de markt beschikbaar, maar een te hoge kostprijs houdt hun gebruik op grote schaal tegen. 

In dit thesisonderzoek werd een goedkope percolatiesensor gecombineerd met Tijd Domein Reflectometrie (TDR). Zo werd detectie én lokalisatie van meerdere gelijktijdige vloeistoflekken mogelijk.

 

Waterlekken: klein begonnen, immense gevolgen 

Je hebt het ongetwijfeld zelf wel al eens meegemaakt: een lekkende kraan of een ondergelopen kelder na een hevige regenbui. Gelukkig blijven de gevolgen meestal beperkt tot wat kuiswerk, een paar natte voeten en in het ergste geval een telefoontje naar de verzekering. De gevolgen voor bedrijven zijn echter niet te onderschatten: onderbroken productie, dure herstellingen, om nog maar te zwijgen over mogelijke menselijke schade. De gemiddelde kost wordt wereldwijd op maar liefst 1-2,8 miljard euro per uur geschat. Vloeistoflekken vermijden is niet altijd mogelijk, maar de gevolgen beperken wel. Hoe dan?

Scheurtjes zijn het begin van alle problemen

Water kan via allerlei chemische reacties materialen aantasten. Dit heet corrosie, beter gekend als roest. Corrosie gaat gepaard met materiaalafname en eventueel vorming van putjes en scheurtjes. Als de aantasting te groot wordt, kan het materiaal breken. Dan verliest het zijn functie om een mechanische belasting te dragen. Dit leidt soms tot catastrofale gevolgen. Denk maar aan de onlangs ingestorte Morandi brug in Genua. Een goede opvolging van het vocht in het beton had deze tragedie waarschijnlijk kunnen vermijden.

Huidige vochtsensoren nauwkeurig, maar te duur

Momenteel bieden een handvol bedrijven kabelsensoren voor vochtdetectie aan. Hun grote nadeel is de hoge kostprijs (15-20 euro per meter). Dit belemmert de toepassing op grote schaal van dergelijke sensoren, zoals in kilometerslange pijpleidingen. Daarnaast kunnen deze sensoren slechts één waterlek tegelijkertijd detecteren.

Percolatiesensoren: een goedkoop alternatief

Sinds een tiental jaar ontwikkelt het Departement Materiaalkunde van de KU Leuven percolatiesensoren voor vloeistofdetectie. Bij percolatie verandert de elektrische geleidbaarheid van een materiaal plots heel sterk als het aantal geleidende deeltjes een bepaalde hoeveelheid overschrijdt. Vergelijk het met een spelletje waarbij je de andere kant van een diepe rivier met droge voeten moet bereiken. Hiervoor mag je enkel via stenen stappen. Deze stenen stellen de geleidende deeltjes voor en liggen willekeurig verspreid in het water. In het begin zijn het er nog te weinig. Wanneer het aantal stenen echter toeneemt, komen ze dicht genoeg bij elkaar te liggen en kan je de overtocht met droge voeten maken. Het elektron, dat ben jij eigenlijk, zorgt voor de elektrisch stroom. Wanneer de percolatiesensor vloeistof opneemt, wordt dit geleidende pad onderbroken en stijgt de elektrische weerstand tot wel een miljoen keer. Die plotse verandering waarschuwt dan voor een vloeistoflek.

Tijd Domein Reflectometrie voor detectie én lokalisatie

De percolatiesensor heeft als grote nadeel dat enkel detectie maar geen lokalisatie van het vloeistoflek mogelijk is. Daarom werd in dit thesisonderzoek de klassieke weerstandsmeting gecombineerd met Tijd Domein Reflectometrie (TDR). Hierbij worden elektrische pulsen langs de sensorkabel gestuurd. Bij elke verstoring, zoals door een vloeistoflek, wordt een deel van de puls gereflecteerd. Door de tijd op te meten tussen de uitgezonden en gereflecteerde puls kan de afstand tot het vloeistoflek bepaald worden. Dit is een gelijkaardig principe als de puls-echo methode die een radar gebruikt om vliegtuigen te lokaliseren.

Een voorbeeld: je staat met een vriend op een grasveld. Je gooit een bal, die de elektrische puls voorstelt, naar je vriend toe. Stel dat er zich plots een obstakel tussen jullie beiden bevindt. Dit is de invloed van het vloeistoflek op de weerstand. Je vriend zal de bal uiteraard niet langer kunnen vangen en weet zo dat er een obstakel is. Jijzelf ziet de teruggekaatste bal niet alleen sneller terugkomen, maar kan ook een schatting maken van hoe lang de bal onderweg was. Zo ken je ongeveer de locatie van het obstakel.

TDR combineerbaar met klassieke percolatiesensor

De ontwikkelde percolatiesensor heeft een diameter van slechts 3 mm en is opgebouwd uit goedkope materialen. Daarom wordt de prijs van de sensor op niet meer dan 3-4 euro per meter geschat. Dit is 4-5 keer goedkoper dan de huidige commerciële sensorenBovendien waren twee gelijktijdige vochtlekken duidelijk detecteerbaar én lokaliseerbaar. Dit was niet mogelijk met de huidige commerciële sensoren. Handige software werd ontworpen om de lokalisatie snel en nauwkeurig te laten verlopen. 

De interactie van de elektrische puls met de vochtplek is een complex fysisch fenomeen. Daarom werd er onderzocht op welke eigenschappen van de percolatiesensor het vloeistoflek invloed had. Via een aangepast wiskundig model kon op enkele procenten na nauwkeurig voorspeld worden hoe groot de gereflecteerde puls zou zijn.

Vliegtuigen: de gedroomde toepassing voor percolatiesensoren

Bij een groot onderhoud van een Airbus A319 passagiersvliegtuig zijn gemiddeld 32.000 euro kosten verbonden aan corrosie. Elke dag dat de Airbus aan de grond staat voor herstelling betekent bovendien ongeveer 100.000 euro misgelopen inkomsten. Momenteel is al een netwerk van de ontwikkelde percolatiesensoren geïntegreerd in de vloerstructuur van enkele vliegtuigen bij Brussels Airlines. Door regelmatig de weerstand op te meten, kan een waterlek gedetecteerd worden. Vervolgens wordt een klein onderhoud uitgevoerd. Op deze manier vermijdt men intensieve herstellingen door vergevorderde corrosie. 

Dankzij de combinatie van dit netwerk met de onderzochte TDR methode, is de benodigde lengte aan sensoren veel lager. Samen met de lage kost van de sensor maakt dit de percolatiesensor erg aantrekkelijk voor de luchtvaart. Bovendien werd een gelijkaardige sensor ontwikkeld om brandstoflekken op te sporen. Zo gaat de veiligheid enorm omhoog.

Besluit: percolatiesensoren in combinatie met TDR de goedkoopste oplossing voor opsporing van vloeistoflekken

TDR laat zowel snelle detectie als nauwkeurige lokalisatie van vloeistoflekken toe. Bovendien ligt de kostprijs 4-5 keer lager dan de huidige commerciële sensoren. Deze technologie is klaar om op grote schaal in de luchtvaartsector toegepast te worden. Wanneer je een volgende keer het vliegtuig neemt, waken deze percolatiesensoren misschien wel over je veiligheid. Hoop je dat niet?

Bibliografie

T. A. Abdel-Baset and A. Hassen (2016). Dielectric relaxation analysis and Ac conductivity of polyvinyl alcohol/polyacrylonitrile film. Physics B: Condensed Matter499, 24-28.

O. G. Abdullah, S. A. Hussen and A. Alani (2011). Electrical Characterization of Polyvinyl Alcohol Films Doped with Sodium Iodide. Asian Transactions on Science & Technology1(4), 1-4.

Acros Organics (2018). Poly(vinyl alcohol), 95.5-96.5% hydrolyzed, M.W. approx. 85,000-124,000. [12/04/2018, Acros Organics: http://www.acros.com/DesktopModules/Acros_ Search_ Results/ Acros_Search_Results.aspx search_type=CatalogSearch& SearchString=pva].

Agilent Technologies (2000). Agilent 33250A 80 MHz Function / Arbitrary Waveform Generator. [10/02/2018, MTU: http://www.ece.mtu.edu/labs/EElabs/EE3306/Revisions_2008/agt33250aman.p…].

Agilent Technologies (2017). Agilent Time Domain Reflectometry Theory. [07/11/2017, Agilent Technologies: http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5966-4855E.pdf].

Agilent Technolgies (2017). Agilent High Precision Time Domain Reflectometry. [06/11/2017, Agilent Technologies: http://arpg-serv.ing2.uniroma1.it/mostacci/didattica/lab_meas_high_freq… AN1304-7_TDRhighPrecision.pdf].

E. M. Amin, N. C. Karmakar, and B. Winther-Jensen (2013). Polyvinyl-Alcohol (Pva)-Based RF Humidity Sensor in Microwave Frequency. Progress In Electromagnetics Research B54, 149-166.

A. Andryieuski, S. M. Kuznetsova, S. V. Zhukovsky, Y. S. Kivshar and A. V. Lavrinenko (2015). Water: Promising Opportunities For Tunable All-dielectric Electromagnetic Metamaterials. Scientific Reports5, 13535. 

Aquentis (2017). Water Detection Sensing Cable 10 Metres. [27/10/2017, Aquentis: http://www.aquentis.com/index.php?route=product/product&path=59_70&prod… id=98].

Aquilar Ltd (2008). TraceTek Leak Detection Systems. [26/10/2017, Aquilar Ltd.: http://tracetek.uk.com.php].

Aquilar Ltd (2017). Aquilar leak detection solutions. [27/10/2017, Aquilar Ltd.: http://www.aquilar.co.uk].

J. Behari (2005). Microwave Dielectric Behavior of Wet Soils. New Delhi, India: Anamaya Publishers.

L. Bengtsson (2017). New design ideas for TDR-based liquid level detectors. Paper presented at Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) on 22-25/05/2017 in Turin, Italy.

E. Bogatin (2011). Esssential Principles of Signal Integrity. IEEE Microwave Magazine, 12(5), 34-41.

J. Borch, M. B. Lyne, R. E. Mark and C. Habeger (2001). Handbook of Physical Testing of Paper. Boca Raton, USA: CRC Press. 

A. Boudenne, L. Ibos, M.Fois, J. C. Majesté and E. Géhin (2005). Electrical and thermal behavior of polypropylene filled with copper particles. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing36(11), 1545-1556.

J. A. Briggs et al. (2017). Temperature-dependent optical properties of titanium nitride. Applied Physics Letters110.

K. W. Burkes, E. B. Makram and R. Hadidi (2015). Water Tree Detection in Underground Cables Using Time Domain Reflectometry. IEEE Power and Energy Technology Systems Journal2(2), 53-62.

Y. Cai, Z. Wang, R. Dias and D. Goyal (2010). Electro Optical Terahertz Pulse Reflectometry - an Innovative Fault Isolation Tool. Paper presented at 60th Electronic Components and Technology Conference (ECTC) on 01-04/06/2010 in Las Vegas, USA.

A. Cataldo, E. De Benedetto and G. Cannazza (2011). Broadband Reflectometry for Enhanced Diagnostics and Monitoring Applications. Heidelberg, Germany: Springer-Verlag.

A. Cataldo, E. De Benedetto, G. Cannazza and N. Giaquinto (2012). Performance evaluation of a TDR-based system for detection of leaks in buried pipes. Presentation at Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) on 13-16/05/2012 in Graz, Austria.

A. Cataldo, E. De Benedetto, C. Huebner and D. Trebbels (2017). TDR application for moisture content estimation in agri-food materials. IEEE Instrumentation and Measurement Society20(3), 26-31.

A. Cataldo, E. De Benedetto, G. Cannazza, E. Piuzzi and E. Pittella (2017). TDR-Based Measurements of Water Content in Construction Materials for In-the-Field Use and Calibration. IEEE Instrumentation and Measurement Society99, 1-8.

M. Cauwe, J. De Baets and A. Van Calster (2006). High-frequency Characterization of Embedded Active Components in Printed Circuit Boards. Paper presented at 8th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC) on 06-08/12/2006 in Singapore, Singapore.

P. Chakraborty, N. B. Gundrati, C. Zhou and D. D. L. Chung (2017). Effect of stress on the capacitance and electric permittivity of three-dimensionally printed polymer, with relevance to capacitance-based stress monitoring. Sensors and Actuators A: Physical263, 380-385.

CheapRope (2018). 2mm Braided Nylon Cord. [17/04/2018, CheapRope: https://www.cheaprope.co.uk/braided-nylon-cord p-779.html].

M. K. Chen, C. C. Tai and Y. J. Huang (2006). Nondestructive Analysis of Interconnection in Two-Die BGA Using TDR. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement55(2), 400-405.  

B. E. Clothier and S. R. Green (1994). Rootzone processes and the efficient use of irrigation water. Agricultural Water Management25(1), 1-12.

Conrad (2018). BELI-BECO M 20 Koperdraad gelakt 100 m. [23/03/2018, Conrad: http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1400000-1499999/0014373…].

J. D. Cooper (2016). Soil Water Measurement: A Practical Handbook. Chichester, UK: John Wiley & Sons.

S. Corey and D. Smolyansky (2000). Electrical Package Characterization Using Differential TDR Techniques. Paper presented at 9th IEEE Topical Meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging on 23-25/10/2000 in Scottsdale, United States.

R. P. Cruz (2004). Flip Chip Advanced Package Solder Joint Embrittlement Fault Isolation Using TDR. Paper presented at 5th International Symposium on Quality Electronic Design on 22-24/03/2004 in San Jose, United States. 

G. M. D’Aucelli, E. Piuzzi and A. Cataldo (2017). Transmission Line Simulator for TDR-Based Measurements. Presentation at Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) on 22-25/05/2017 in Turin, Italy.

F. N. Dalton and M. T. Van Genuchten (1986). The time-domain reflectometry method for measuring soil water content and salinity. Geoderma38(1-4), 237-250.

A. Dawson (2008). Water in Road Structures: Movement, Drainage & Effects. Berlin, Germany: Springer Science + Business Media.

Electronic Device Failure Analysis Society (2004). Microelectronics Failure Analysis. Materials Park, USA: ASM International. 

G. De Lescluze (2017). Phase diagram for a ternary mixture of conducting ceramics and water showing percolation conductivity in a hydrophilic matrix [pdf]. Leuven: KU Leuven.

R. Degraeve et al. (1998). New Insights in the Relation Between Electron Trap Generation and the Statistical Properties of Oxide Breakdown. IEEE Transactions on Electron Devices45(4), 904-911.

R. Degraeve et al. (2004) Analytical Percolation Model for Predicting Anomalous Charge Loss in Flash Memories. IEEE Transactions on Electron Devices51(9), 1392-1400.

C. T. Dervos, J. A. Mergos and A. A. Losfides (2005). Characterization of insulating particles by dielectric spectroscopy: Case study for CaCO3 powders. Materials Letters59(22), 2842-2849.

H. T. Devarajulu, M. Xie, C. Hu, D. Goyal, E. Kato and M. Hashimoto (2017). Improving Terahertz signal travel distance for fault isolation. Paper presented at IEEE 67th Electronic Components and Technology Conference on 30/05-02/06/2017 in Orlando, USA.

EEWeb (2017). Twisted Pair. [17/12/2017, EEWeb: https://www.eeweb.com/tools/twisted-pair].

Engineering Toolbox (2018), Permeability. [15/03/2018, Engineering Toolbox: https://www.engineeringtoolbox.com/permeability-d_1923.html].

Engineering Toolbox (2018). Vapor Pressure common Liquids. [18/05/2018, Engineering Toolbox: hhttps://www.engineeringtoolbox.com/vapor-pressure-d_312.html].

Farnell (2014). MC6A-1/0.6T2-RD-100 - Wire, Solid, Equipment, PVC, Red, 23 AWG, 0.28 mm², 328 ft, 100 m. [22/03/2018, Farnell: http://www.farnell.com/datasheets/1863191.pdf? _ga=2.115750850. 535410024.1521707470—1220639252.1521707470].

F. Farahmand (2012). Introduction to transmission lines, part I [ppt]. Rohnert Park, USA: Sonoma State University.

F. Farahmand (2012). Introduction to transmission lines, part II [ppt]. Rohnert Park, USA: Sonoma State University.

Federal public Service Mobility and Transport - Air Accident Investigation Unit (2012). Incident to Avro RJ100 registered OO-DWK on 27 October 2009. Brussel

P. A. Ferré, J. D. Redman and D. L. Rudolph (1998). The dependence of the electrical conductivity measured by time domain reflectometry on the water content of a sand. Water Resources Research34(5), 1207-1213.

P. Fornasini (2008). The Uncertainty in Physical Measurements. New York, USA: Springer Science + Business Media. 

N. Giaquinto et al. (2015). Accuracy Analysis in the Estimation of ToF of TDR Signals. Paper presented at Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) on 11-14/05/2017 in Pisa, Italy.

J. L. Graham, R. C. Striebich, K. J. Myers, D. K. Minus and W. E. Harrison (2006). Swelling of Nitrile Rubber by Selected Aromatics Blended in a Synthetic Jet Fuel. Energy Fuels20(2), 759-765.

L. Greenspan (1977). Humidity Fixed Points of Binary Saturated Aqueous Solutions. Journal of research of the National Bureau of Standards - A. Physics and Chemistry81(1), 89-96.

HW group (2017). HWg-WLD: Water leak detector for a 2D area. [27/10/2017, HW group: https://www.hw-group.com/products/HWg-WLD/WLD_water_leak_detection_ en.html].

S. V. Gupta (2013). Measurement Uncertainties. Heidelberg, Germany: Springer.

S. H. Hall and H. L. Heck (2009). Advanced Signal Integrity for High-Speed Digital Designs. Hoboken, USA: John Wiley & Sons.

H. M. Hashemian (2006). Maintenance of Process Instrumentation in Nuclear Power Plants. Berlin, Germany: Springer-Verlag. 

HC Starck (2018). Titaniumcarbonitride. [12/04/2018, HC Starck: https://www.hcstarck.com/titanium_carbonitride].

Helukabel (2018). Formulas of electrotechnic and electronic. [13/04/2018, Helukabel: http://www.helukabel.com/media/publication/de/cor_docs/ qt_23/QT_COR-DOCS_ X_107_Formulas_of_electrotechnic_ and_electronic.pdf].

R. M. Hodge, G. H. Edward and G. P. Simon (1996). Water absorption and states of water in semicrystalline poly (vinyl alcohol) films. Polymer37(8), 1371-1376. 

Holland Shielding Systems BV (2018). 5750-P series - Elektrisch geleidende rubber profielen. [21/03/2018, Holland Shielding Systems BV: https://hollandshielding.nl/P-Elektrisch-geleidende-rubber-profielen].

C. W. Hsue and T. W. Pan (1997). Reconstruction of Nonuniform Transmission Lines from Time-Domain Reflectometry. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 45(1), 32-38.

L. Huakang, L. Kehong, J. Qiu and G. Liu (2017). Analysis of time domain reflectometry for crack intermittency detection in circuit board. Structural Control Health Monitoring21(6), 1030-1042. 

Huber+Suhner (2007). HUBER+SUHNER® DATA SHEET Coaxial Cable: RG_58_C/U. [18/04/2018, Richardson RFPD: http://www.richardsonrfpd.com/resources/RellDocuments/SYS_25/22510015 _dataSheet.pdf].

G. Joshi and S. M. Pawde (2006). Effect of molecular weight on dielectric properties of polyvinyl alcohol films. Applied Polymer Science102(2), 1014-1016.

S. B. Jones, J. M. Wraith and D. Or (2002). Time domain reflectometry measurement principles and applications. Hydrological Processes16(1), 141-153.

D. H. Jung, et al. (2013). Fault Isolation of Short Defect in Through Silicon Via (TSV) based 3D-IC. Paper presented at International 3D Systems Integration Conference (3DIC) on 02-04/10/2013 at San Jose, United States.

KAB Electro-Acoustics (2018). Dielectric Constants of Common Materials. [05/05/2018, KAB Electro-Acoustics: https://www.kabusa.com/Dilectric-Constants.pdf].

Kabel Schmidt. (2018). Einadrig Textilumfl. Leitung 1x0,75qmm Gold. [12/03/2018, Kabel Schmidt: https://www.kabel-schmidt.de/Stoffkabel-230V/Textilumflochtene-Einzelad…].

H. Kaden (1959). Wirbelströme und Schirmung in der Nachrichtentechnik. BerlinGermanySpringer-Verlag.

Key Publishing Ltd. (2005). Finding Fuel Leaks. Airports International, 38(2), 35.

Keysight Technologies (2017). Time Domain Analysis Using a Network Analyzer. [08/11/2017, Keysight Technologies: http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5989-5723EN.pdf].

K. K. Kim et al. (2015). Highly sensitive and stretchable multidimensional strain sensor with prestrained anisotropic metal nanowire percolation networks. Nano Letters15(8), 5240-5247.

D. P. Kothari and I. J. Nagreth (2009). Modern Power System Analysis. New Delhi, India: Tata McGraw-Hill.

E. Kowalczuk, A. Bhattacharya, K. C. Lee, J. alton, M. Igarashi and S. Barbeau (2014). Fault localisation of defects using Electro Optical Terahertz Pulse Reflectometry and 3D EM modelling with Virtual Known Good Device. Paper presented at International 3D Systems Integration Conference (3DIC) on 01-03/12/2014 in Kinsdale, Ireland.

F. Kremer and A. Schönhals (2003). Broadband Dielectric Spectroscopy. Berlin, Germany: Springer-Verlag.

G. S. Kulagina, A. E. Chalykh, V. K. gerasimov, K. A. Chalykh and T. P. Purvaeva (2007). Sorption of Water by Poly(vinyl alcohol). Polymer Science A49(4), 654-662.

K. Kupfer (2005). Electromagnetic Aquametry. Heidelberg, Germany: Springer-Verlag.

K. Kurokawa (1965). Power Waves and the Scattering Matrix. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 13(2), 194-202.

K. C. Lee, J. Alton and M. Igarashi (2015). Fast Feature Based Non-Destructive Fault Isolation in 3D IC Packages Utilizing Virtual Known Good Device. Paper presented at 41st International Symposium for Testing and Failure Analysis on 1-5/11/2015 in Portland, USA.  

J. Lekner (2016). Theory of Reflection. Cham, Switzerland: Springer International Publishing Switzerland.

T. Li, X. Dong, C. C. Chan, K. Ni, S. Zhang and P. P. Shum (2013). Humidity Sensor With a PVA-Coated Photonic Crystal Fiber Interferometer. IEEE Sensors Journal13(6), 2214-2216. 

Y. Li, P. Wagenaars, P. A. A. F. Wouters, P. C. J. M. van der Wielen, and E. F. Steennis (2012). Power cable joint model: Based on lumped components and cascaded transmission line approach. International Journal on Electrical Engineering and Informatics, 4(4), 536-552. 

D. R. Lide (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, USA: CRC Press.

S. Lilley (2015). Escape to Failure - The Qantas Flight 32 Uncontained Engine Failure. [12/10/2017, NASA Safety Center: https://nsc.nasa.gov/SFCS/SystemFailureCaseStudy/Details/154].

L. T. Lim, I. J. Britt and M. A. Tung (1999). Sorption and Transport of Water Vapor in Nylon 6,6 Film. Journal of Applied Polymer Science71(2), 197–206.

C. P. Lin, S. H. Tang, C. H. Lin and C. C. Chung (2015). An Improved Modeling of TDR Signal Propagation for Measuring Complex Dielectric Permittivity. Journal of Earth Science, 26(6), 827-834.

C. P. Lin, Y. J. Ngui and C. H. Lin (2017). A novel TDR signal processing technique for measuring apparent dielectric spectrum. Measurement Science and Technology28(1), 015501.

D. Lu, Y. Zheng, A. Penirschke, A. Wiens, W. Hu and R. Jakoby (2014). Humidity Dependent Permittivity Characterization of Polyvinyl-Alcohol Film and its Application in Relative Humidity RF Sensor. Paper presented at 44th European Microwave Conference (EuMC) on 06-09/10/2014 in Rome, Italy.

T. Makarova (2004). Magnetic Properties of Carbon Structures. Semiconductors, 38(6), 615-638.

W. Martienssen and H. Warlimont (2005). Springer Handbook of Condensed Matter and Materials Data. Heidelberg, Germany: Springer. 

J. Martinez-Vega (2007). Dielectric Materials for Electrical Engineering. Hoboken, USA: John Wiley & Sons.

Megger (2013). Fault Finding Solutions. [22/11/2017, Electrical Engineering Portal: http://electrical-engineering-portal.com/download-center/books-and-guid…].

J. A. Mergos, M. D. Athanassopoulou, T. G. Argyropoulos, C. T. Dervos and P. Vassiliou (2010). The Effect of Accelerated UV-Ageing on the Dielectric Properties of PVC, PTFE and HDPE. Paper presented at International Conference on Solid Dielectrics on 04-09/07/2010 in Potsdam, Germany.

S. Miau-Bin (1990). Fracture Monitoring within Concrete Structure by Time Domain Reflectometry. Engineering Fracture Mechanics35(1-3), 313-320.

MOHR (2017). Operator’s manual: CT100B Series. [20/02/2018, MOHR: http://www.mohr-engineering.com/tdr-cable-tester-documents-CT100.php].

F. Muller-Plathe (1998). Diffusion of Water in Swollen Poly(vinyl alcohol) Membranes Studied by Molecular Dynamics Simulation. Journal of Membrane Science141, 147-154.

Mykin (2018). Rubber Chemical Resistance Chart. [06/05/2018, Mykin Inc.: http://mykin.com/rubber-chemical-resistance-chart-6].

J. Nagel (2013). The Beauty of Electromagnetics. [06/05/2018, J. Nagel: http://www.drjamesnagel.com/EM_Beauty.htm].

C. W. Nan, Y. Shen and J. Ma (2010). Physical Properties of Composites Near Percolation. Annual Review of Materials Research40, 131-151.

National Physical Laboratory (2017). Dielectric properties of materials. [23/03/2018, National Physical Laboratory: http://www.kayelaby.npl.co.uk/general_physics/2_6/2_6_5.html]

Nexans (2003). Type ASNE 0261 200°C Operating Temperature. [12/04/2018, Nexans: http://www.nexans.com/Poland/2007/Aircraft.pdf].

C. Nohilé, P. I. Dolez and T. Vu-Khanh (2008). Parameters controlling the swelling of butyl rubber by solvents. Journal of Applied Polymer Science110(6), 3926-3933.

J. Obrzut and R. Nozaki (2006). TDR permittivity measurements of dielectric films. Paper presented at Instrumentation and Measurement Technology Conference (IMTC) on 24-27/04/2006 in Sorrento, Italy.  

G. Pandey, H. Deffor, E. T. Thostenson and D. Heider (2013). Smart tooling with integrated time domain reflectometry sensing line for non-invasive flow and cure monitoring during composites manufacturing. Composites A: Applied Science and Manufacturing47, 102-108.

T. A. Papadopoulos, A. I. Chrysochos and G. K. Papagiannis (2013). Narrowband power line communication: Medium voltage cable modeling and laboratory experimental results. Electric Power Systems Research102, 50-60. 

R. Papazyan,  P. Pettersson and D. Pommerenke (2007). Wave Propagation on Power Cables with Special Regard to Metallic Screen Design. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation14(2), 409-416.

Pasternack (2018). BNC to Banana Adapters. [18/04/2018, Paternack: https://www.pasternack.com/bnc-to-banana-adapters-category.aspx].

S. Patrick (2004). PVC Compounds and Processing. Rapra Review Reports, 15(3), 12-27. 

J. O. Payero, D. D. Tarkalson and S. Irmak (2006). Use of Time Domain Reflectometry for Continuous Monitoring of Nitrate-Nitrogen in Soil and Water. Applied Engineering in Agriculture22(5), 689-700.

Y. Peng, H. Miao and Z. Peng (2013). Development of TiCN-based cermets: Mechanical properties and wear mechanism. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials39, 78–89.

Pentair (2016). Cables and sensors. [26/10/2017, Pentair: https://www.pentairthermal.com/products/leak-sensing-systems/cables-and…].

R. A. Peterson, A. R. Greenberg, L. J. Bond and W. B. Krantz (1998). Use of ultrasonic TDR for real-time noninvasive measurement of compressive strain during membrane compaction. Desalination2-3, 115-122.

H. Pfeiffer et al. (2012). Liquid detection in confined aircraft structures based on lyotropic percolation thresholds. Sensors and Actuators B161(1), 721-798.

H. Pfeiffer, P. Heer, H. Sekler, M. Patitsa, I. Pitropakis and M. Wevers (2012). Structural Health Monitoring in an Operational Airliner: An Intermediate Report on Leakage Monitoring with Percolation Sensors. Paper presented at 6th European Workshop on Structural Health Monitoring on 04/07/2012 in Dresden, Germany.  

H. Pfeiffer, P. Heer, M. Winkelmans, W. Taza, I. Pitropakis and M. Wevers (2014). Leakage monitoring using peroclation sensors for revealing structural damage in engineering structures. Structural Control and Health Monitoring21, 1030-1042.

H. Pfeiffer (2017). Aviation science at KU Leuven, an overview on activities, expertises and capabilities. Paper presented at Flemish Aerospace Group’s Technology Day on 23/10/2017 in Leuven, Belgium.  

PIC Wire (2018). Cable velocity factor. [18/05/2018, PIC Wire: https://www.picwire.com/technical/tech-papers/velocity-factor].

I. Pitropakis (2015). Dedicated Solutions for Structural Health Monitoring of Aircraft Components [pdf]. Leuven: KU Leuven.

D. Pommerenke and S. Sakaguchi (2002). Application of Maxwell Solvers to PD Propagation - Part I: Concepts and Codes. IEEE Electrical Insulation Magazine18(5), 15-21.

QSStudy (2018). Electrical Conductivities of Kerosene. [05/05/2018, QSStudy: http://www.qsstudy.com/chemistry/electrical-conductivities-of-kerosene].

Radiodetection (2017). The ABCs of TDRs. [08/11/2017, Radiodetection: https://www.radiodetection.com/sites/default/filesTheABCsofTDRsApplicat… Note.pdf].

J. Rault, R. Gref, Z. H. Ping, Q. T. Nguyen and J. Néel (1995). Glass transition temperature regulation effect in poly(vinyl alcohol) - water system. Polymer36(8), 1655-1661.

Raychem (2017). TraceTek Leak Detection Systems - Brochure TT3000 and TT5000. [27/10/2017, Raychem Ltd.: http://www.etracetek.com/tracetek/environmental_applications/pipeline/h… piping/double_containment/Short%20System/PDF%20Files/TT3000% 20and%205000 %20Brochure.pdf].

Reade (2018). Magnetic Properties & Susceptibilities (Typical) Chart. [15/03/2018, Reade: https://www.reade.com/reade-resources/reference-educational/reade-refer…].

J. Reynaert - Brussels Airlines (2017). Research & innovation at Brussels Airlines. Presentation at Flemish Aerospace Group’s Technology Day on 23/10/2017 in Leuven, Belgium.  

N. B. Rithin Kumar, S. Pai, V. Crasta and B. Shreeprakash (2013). Studies of the effect of nanoparticle dopants and blending of different polymers on Physical, Electrical, Optical and Micro structural properties of PVA - a Review. Paper presented at International Conference on Advanced Nanomaterials & Emerging Engineering Technologies on 24-26/07/2013 in Chennai, India.  

RLE Technologies (2017). Liquid & Water Leak Detection Equipment. [27/10/2017, RLE Technologies: https://rletech.com]. 

D. A. Robinson, D. R. Bolton, P. A. S. Cruickshank and G. M. Smith (2005). Centimetre resolution time domain reflectometry using ultra-short millimetre wave pulses. Paper presented at Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics on 19-23/09/2005 in Williamsburg, USA.

D. A. Robinson, M. G. Schaap, D. Or  and S. B. Jones (2005). On the effective measurement frequency of time domain reflectometry in dispersive and nonconductive dielectric materials. Water Resources Research, 41(2), W02007. 

D. D. Sandu, P. Gasner, O. Rusu and M. G. Serbian (1985). Complex permittivity evaluation for poly(vinyl alcohol) and poly(methyl methacrilate) at microwave frequencies by a TDR method. Paper presented at Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics on 09-12/08/1998 in Ottowa, Canada.

B. K. Sarker, A. B. M. O. Islam, F. Ahmed and A. H. Bhuiyan (2006). Optical and Dielectric Properties of PVC, PVA and Their Blends. Polymers & Polymer Composites14(7), 741-746.

Sartorius (2001). YDK01,YDK01-0D,YDK01LP - Density Determination Kit. [02/04/2018, Dublin City University: https://www.dcu.ie/sites/default/files/mechanical_engineering/pdfs/manu…].

M. Shafiq, L. Kutt, F. Mahmood, G. A. Hussain and M. Lehtonen (2013). An improved technique to determine the wave propagation velocity of medium voltage cables for PD diagnostics . Paper presented at 12th International Conference on Environment and Electrical Engineering on 05-08/05/2013 in Wroclaw, Poland.

C. Siegmund and H. Leuenberger (1999). Percolation theory, conductivity and dissolution of hydrophilic suppository bases (PEG systems). International Journal of Pharmaceutics189(2), 187-196.

A. Sihvola (2008). Electromagnetic Mixing Formulas and Applications. Padstow, UK: TJ International.

O. Steiner, A. K. Tagantsev, E. L. Colla and N. Setter (1999). Uniaxial Stress Dependence of the Permittivity of Electroceramics. Journal of the European Ceramic Society19, 1243-1246.

R. D. Straw (2000). The ARRL Antenna Book. Newington, USA: American Radio Relay League.

J. A. Strickland (1970). Time-Domain Reflectometry Measurements. Beaverton, USA: Tektronix.

G. Strobl (2007). The Physics of Polymers. Heidelberg, Germany: Springer-Verlag.

C. P. Sugumaran (2015). Experimental study on dielectric and mechanical properties of PVC cable insulation with SiO2/ CaCO3 nanofillers. Paper presented at IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) on 18-21/10/2015 in Ann Arbor, USA.

M. H. Suhail, M. Ghazi and M. Al-Hamdany (2016). Electrical and Dielectic Properties of PVA: CuI Nanocomposites. Emerging Research in Management & Technology5(6), 124-129.

S. Sun et al. (2009). A Novel TDR-Based Coaxial Cable Sensor for Crack/Strain Sensing in Reinforced Concrete Structures. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement58(2), 2714 - 2725.

S. T. Sundari, R. Ramaseshan, F. Jose, S. Dash and A. K. Tyagi (2013). Temperature dependence of dielectric constants in Titanium Nitride. [19/03/2018, Cornell University Library: https://arxiv.org/abs/1308.0470]. 

A. G. Supri, S. J. Tan, H. Ismail and P. L. Teh (2012). Enhancing Interfacial Adhesion Performance by Using Poly(vinyl alcohol) in (Low-Density Polyethylene)/Natural Rubber)/(Water Hyacinth Fiber) Composites. Journal of Vinyl and Additive Technology19(1), 47-54.

A. A. Tager, A. A. Anikeyeva, L. V. Adamova, V. M. Andreyeva, T. A. Kuz’mina and M. V. Tsilipotkina (1971). The effect of temperature on the water solubility of polyvinyl alchohol. Polymer Science U.S.S.R13(3), 751-758.

E. V Takeshita, F. A. Piantola, S. M. A. U. de Souza, R. C. R. Nunes and A. A. U. de Souza (2012). Quantification of styrene-butadiene rubber swelling as a function of the toluene content in gasoline: A new method to detect adulterations in fuels. Journal of Applied Polymer Science127(4), 3053-3062.

W. Tala Taza (2012). Performance of Percolation-Threshold Based Sensors for Detecting Aqueous Liquids [pdf]. Leuven: KU Leuven.

M. Y. Tay, L. Cao, M. Venkata, L. Tran, W. Donna and W. Qiu (2012). Advanced Fault Isolation Technique Using Electro-optical Terahertz Pulse Reflectometry. Paper presented at 19th IEEE International Symposium on Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits (IPFA) on 02-06/07/2012 in Singapore, Singapore.

Tektronix (2009). Test Equipment Solutions Datasheet. [08/05/2018, Tektronix: http://www.testequipmenthq.com/datasheets/TEKTRONIX-DPO4034-Datasheet.p…].

Tektronix (2017). TDR Impedance Measurements: A Foundation for Signal Integrity. [05/11/2017, Tektronix: www.tek.com/dl/55W_14601_2.pdf].

TeraView (2017). Terahertz Applications. [15/12/2017, TeraView: http://www.teraview.com/products/thz-reflectometry/index.html].

TPub (2017). Standing Waves on a Transmission Line. [17/12/2017, TPub: http://www.tpub.com/neets/book10/41k.htm].

C. W. Trueman (2002). User’s Guide for Program LAPL. [06/05/2018, C. W. Trueman, https://users.encs.concordia.ca/~trueman/lapl/index.htm].

I. Tsuyumoto and Y. Iida (2011). Percolation-Type Chemical Sensor: Electrical- and Humidity-Sensing Properties of Carbon–Montmorillonite Composites. International Journal of Applied Ceramic Technology, 8(4), 793–799.

TTK (2017). Sense Cables. [27/10/2017, TTK: http://www.ttkuk.com].

True Path Technologies (2017). WLD Sensing and Conn Cable (water). [27/10/2017, True Path Technologies: http://truepathtechnologies.com/shop/hwgroup-products/wld-sensing-and-c…].

I. Tsuyumoto, Y. Iida and H. Hori (2011). Gas sensor for volatile organochlorine compounds using percolation conduction of organic montmorillonite-carbon composites. International Journal of Applied Ceramic Technology8(6), 1408-1413.

E. Tuncer, Y. V. Serdyuk and S. M. Gubanski (2002). Dielectric Mixtures: Electrical Properties and Modeling. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation9(5), 809-828.

M. J. Uddin, J. Sannigrahi, M. G. Masud, D. Bhadra and B. K. Chaudhuri (2012). High Dielectric Permittivity and Percolative Behavior of Polyvinyl Alcohol/Potassium Dihydrogen Phosphate Composites. Journal of Applied Polymer Science125(3), 2363-2370.

USPTO (2015). Sensor for detecting liquid spilling. [13/12/2017, USPTO: http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1& Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u=%2 Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.htm& r=1&f=G&l=50&s1=8,963,565.PN.&OS=PN/8,963,565&RS=PN/8,963,565].

E. A. Van Etten, E. S. Ximenes, L. T. Tarasconi, I. T. S. Garcia, M. M. C. Forte and H. Boudinov (2014). Insulating characteristics of polyvinyl alcohol for integrated electronics. Thin Solid Films568, 111-116. 

D. Vandepitte (2017). Aviation research at KU Leuven and future opportunities. Presentation at Flemish Aerospace Group’s Technology Day on 23/10/2017 in Leuven, Belgium.  

C. Vanga Bouanga, S. Savoie, H. Couderc, M. F. Fréchette and E. David (2011). The dielectric permittivity of ceramic powders used in composite polymers. Paper presented at Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) on 16-19/10/2011 in Cancun, Mexico.

K. Versteele - Sabena Aerospace (2017). Innovation and R&D in MRO. Presentation at Flemish Aerospace Group’s Technology Day on 23/10/2017 in Leuven, Belgium.  

A. Von Hippel (1954). Dielectrics and Waves. Hoboken, USA: John Wiley & Sons.

Q. Wang, F. Zhou, Z. Zhou, L. K. Y. Li and J. Yan (2014). Electrochemical performance of TiCN coatings with low carbon concentration in simulated body fluid. Surface & Coatings Technology253,199–204. 

Y. Wang, F. Luo, W. Zhou and D. Zhu (2014). Dielectric and electromagnetic wave absorbing properties of TiC/epoxy composites in the GHz range. Ceramics International7B, 10749-10754.

F. Wenzel and J. Zschau (2014). Early Warning for Geological Disasters Scientific Methods and Current Practice. Heidelberg, Germany: Springer. 

R. Windey, M. Wevers, A. Vanaerschot and J. Reynaert (2016). Corroded floor structure in wet areas of A320 family[pdf]. Leuven: KU Leuven.

T. Worzyk (2009). Submarine Power Cables: Design, Installation, Repair, Environmental Aspects. Berlin, Germany: Springer-Verlag.

W. Yuan, W. Zhu, P. Win, C. K. Wang, H. B. Tan and A. Y. S. Sun (2007). Packaging Failure Isolation with Time-Domain Reflectometry (TDR) for Advanced BGA Packages. Paper presented at 8th International Conference on Electronic Packaging Technology on 14-17/08/2007 in Shangai, China.

K. P. Yoo, L. T. Lim, N. K. Min, M. J. Lee, C. J. Lee and C. W. Park (2010). Novel resistive-type humidity sensor based on multiwall carbon nanotube/polyimide composite films. Sensors and Actuators B: Chemical45(1), 120-125.

X. Zeng, J. He, M. Wang and M. Abdulla (2007). New Closed-Form Formula for Series Inductance and Shunt Capacitance Based on Measured TDR Impedance Profile. IEEE Microwave Wireless Components Letters17(11), 781-783.

Universiteit of Hogeschool
Master of Materials Engineering
Publicatiejaar
2018
Promotor(en)
Prof. dr. ir. Martine Wevers en dr. Helge Pfeiffer
Kernwoorden