Анализ рефлектограмм оптических волокон коротких линий автоматизированным методом

Передача информации по волоконно-оптическим линиям связи имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Одним из достоинств является возможность передавать огромные объемы информации. По этой причине к качеству работы волоконно-оптических линий связи предъявляются очень высокие требования. В ходе исследования был проведен анализ степени влияния различных факторов на затухание оптического волокна. Для этого были проведены регрессионный и корреляционный анализ зависимости между отклонением затуханий в точках рефлектограмм, имеющих одинаковые координаты, разных волокон кабеля, а также произведена оценка коэффициентов корреляции.

В ходе работы исследовались волоконно-оптические линии, находящиеся в ведомстве Белорусской железной дороги, которые проложены между станциями Калий-1 и Солигорск, Калий-1 и Калий-3. Их протяженность составляет 6,51 км и 6,84 км соответственно. Эти линии были введены в эксплуатацию в 2008 году.

Был проведен корреляционный анализ рефлектограмм оптических волокон в эксплуатируемых кабелях двух различных направлений марки ОКСТ-10-0.2-0.25-8 (волокна №3, №4 и №6). Рефлектограммы были получены в ходе плановых замеров в 2013 году. Измерения проводились на длине волны 1310 нм, ширина импульса 30 нс, количество усреднений 16х4096. Анализ проводился с помощью пакета прикладных программ Statgraphics Centurion XV. Для анализа рефлектограмма каждого волокна конвертировалась в цифровые данные с помощью программы Fiberizer Desctop компании Optixsoft (около 2200 точек для направления Калий-1 – Солигорск и около 5500 для Калий-1 – Калий-3). На основании этих данных были рассчитаны уравнения регрессии уровня сигнала от расстояния.

На рисунке 1 приведены рефлектограммы исследуемых волокон для двух направлений. В таблице 1 представлены уравнения регрессии уровня сигнала от расстояния.

а)	б)

Рисунок 1 – Рефлектограммы исследуемых волокон для направления:

а) Калий-1 – Солигорск; б) Калий-1 – Калий-3

Таблица 1 – Полученные уравнения регрессии

Исследуемые волокна	Вид уравнения регрессии
Калий-1 – Солигорск	Калий-1 – Калий-3
ОВ №4 и ОВ №3	y = -18,224-0,22х	y = -17,9909-0,242х
ОВ №4 и ОВ №6	y = -18,1388-0,224х	y = -17,9966-0,222х
ОВ №6 и ОВ №3	y = -19,2031-0,234х	у = -18,003-0,267х

Далее были определены отклонения реального значения затухания волокна в рассматриваемых точках от полученных уравнений регрессии. На рисунках 2-4 представлены поля корреляции, показывающие значения этих отклонений затуханий попарно в оптических волокнах №4, №6 и №3 в рассматриваемых точках с целью выявления их общих причин появления.

На основании этих данных были рассчитаны уравнения регрессии и коэффициенты корреляции (таблица 2). Оценки коэффициента корреляции имеют значения от 0,371 до 0,753. Т.к. полученные соответствующие значения максимального уровня значимости меньше 0,05, то с вероятностью большей 0,95 можно утверждать, что величины коррелированы.

Таблица 2 – Результаты корреляционного анализа

Исследуемые волокна	Вид уравнения регрессии	Оценка коэффициента корреляции
Калий-1 – Солигорск	Калий-1 – Калий-3	Калий-1 –Солигорск	Калий-1 – Калий-3
ОВ №4 и ОВ №3	y= 0,000052 + 0,677x	y=0,001251 + 1,598x	0,441	0,753
ОВ №4 и ОВ №6	y=-0,000505+ 0,414x	y=-0,00859 + 0,307x	0,517	0,371
ОВ №6 и ОВ №3	y=-0,003174+ 0,862x	y = -0,02189 +0,445x	0,7	0,425

Также необходимо отметить, что оценка коэффициента корреляции близка больше к 1. Это означает, что между величинами имеется положительная корреляция. Т.е. внешние факторы для данных волоконно-оптических линий имеют большую роль.

а)	б)

Рисунок 2 – Зависимость отклонений рефлектограмм для ОВ №4 и ОВ №3 для различных направлений: а) Калий-1 – Солигорск; б) Калий-1 – Калий-3

а)	б)

Рисунок 3 – Зависимость отклонений рефлектограмм для ОВ №4 и ОВ №6 для различных направлений: а) Калий-1 – Солигорск; б) Калий-1 – Калий-3

а)	б)

Рисунок 4 – Зависимость отклонений рефлектограмм для ОВ №3 и ОВ №6 для различных направлений: а) Калий-1 – Солигорск; б) Калий-1 – Калий-3

Далее было произведено суммирование полученных цифровых данных. График, полученный путем суммирования рефлектограмм всех волокон, позволяет более четко определить месторасположение неоднородностей в оптическом волокне, которые могут быть не обнаружены при анализе каждой отдельно взятой рефлектограммы.

На рисунке 5 представлены на одном поле в одинаковом масштабе результаты сложения рефлектограмм для разного количества (n) рефлектограмм кабеля, проложенного на участке Калий-1 – Солигорск. Построение графиков начинается с отметки 1,0 км, что соответствует окончанию компенсационной катушки и началу измеряемой линии.

неоднородность

Рисунок 5 – Результирующая рефлектограмма при различном количестве слагаемых

Общая для всех волокон рефлектограмма позволяет более четко определить месторасположение неоднородностей в оптическом волокне (разъемные и неразъемные соединения, трещины, сильные изгибы), которые могут быть не обнаружены при анализе каждой отдельно взятой рефлектограммы, так как потери при хорошей сварке оптического волокна современными приборами могут быть близки к 0. В данном случае при суммировании рефлектограмм трех волокон было обнаружено место с повышенным затуханием, которое вероятно будет местом возможного повреждения. Также необходимо отметить, что рефлектограммы достаточно прямолинейны, что объясняется малым сроком эксплуатации исследуемых волоконно-оптических линий.