Анализ рефлектограмм оптических волокон длинных линий автоматизированным методом

За последний период развития в области связи, наибольшее распространение получили оптические кабели и волоконно-оптические системы передачи, которые по своим характеристикам намного превосходят все традиционные кабели системы связи. В связи с этим к волоконно-оптическим линиям связи предъявляются достаточно 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-3 и Слуцк, Калий-3 и Калий-4. Их протяженность составляет 20,51 км и 17,95 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 №1, №4). Рефлектограммы были получены в ходе плановых замеров в 2013 году. Измерения проводились на длине волны 1310 нм, ширина импульса 90 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 5500 точек). На основании этих данных были рассчитаны уравнения регрессии уровня сигнала от расстояния.

На рисунке 6 приведены рефлектограммы исследуемых волокон для двух направлений. В таблице 3 представлены уравнения регрессии уровня сигнала от расстояния.

а)	б)

Рисунок 6 – Рефлектограммы исследуемых волокон для направления:

а) Калий-3 – Слуцк; б) Калий-3 – Калий-4

Таблица 3 – Полученные уравнения регрессии

Исследуемые волокна	Вид уравнения регрессии
Калий-3 – Слуцк	Калий-3 – Калий-4
ОВ №1 и ОВ №4	y = -15,67-0,205х	y = -15,9578-0,222х

 

Далее были определены отклонения реального значения затухания волокна в рассматриваемых точках от полученных уравнений регрессии. На рисунке 7 для примера представлены поля корреляции, показывающие значения этих отклонений затуханий попарно в оптических волокнах №1 и №4 в рассматриваемых точках с целью выявления их общих причин появления.

а)	б)

Рисунок 7 – Зависимость отклонений рефлектограмм для ОВ №1 и ОВ №4 для различных направлений: а) Калий-3 – Слуцк; б) Калий-3 – Калий-4

На основании этих данных были рассчитаны уравнения регрессии и коэффициенты корреляции (таблица 4). Оценки коэффициента корреляции имеют значения 0,429 и 0,817. Т.к. полученные соответствующие значения максимального уровня значимости меньше 0,05, то с вероятностью большей 0,95 можно утверждать, что величины коррелированы.

Таблица 4 – Результаты корреляционного анализа

Исследуемые волокна	Вид уравнения регрессии	Оценка коэффициента корреляции
Калий-3 – Слуцк	Калий-3 – Калий-4	Калий-3 –Слуцк	Калий-3 – Калий-4
ОВ №1 и ОВ №4	y = 0,0022 + 0,509x	y = 0,0064 + 1,217x	0,429	0,817

Оценки коэффициентов корреляции для волокон кабелей длиной 20,51 км и 17,95 км равны 0,429 и 0,817 соответственно, что доказывает достаточно высокую степень корреляции между величинами. 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.

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 8 представлены на одном поле в одинаковом масштабе результаты сложения рефлектограмм для разного количества (n) рефлектограмм кабеля, проложенного на участке Калий-3 – Калий-4. Построение графиков начинается с отметки 1,0 км, что соответствует окончанию компенсационной катушки и началу измеряемой линии.

неоднородности

B AgBkcnMvdGhlbWUvdGhlbWVPdmVycmlkZTEueG1sUEsFBgAAAAAIAAgAFQIAAGqIAgAAAA== ">

Рисунок 8– Результирующая рефлектограмма при различном количестве слагаемых

Таким образом на общей для всех волокон рефлектограмме более четко можно увидеть месторасположение неоднородностей в оптическом волокне, которые могут быть не обнаружены при анализе каждой отдельно взятой рефлектограммы. Это связано с малыми потерями при качественной сварке оптического волокна. Местоположение неоднородностей, которые видны на суммарной рефлектограмме, соответствуют расположению муфт, указанных в паспорте кабеля. Также на длине около 16,8 км обнаружено место, которое вероятно будет местом возможного повреждения. Следует отметить еще и то, что достаточно малое затухание в местах с неоднородностями, свидетельствует о малом сроке эксплуатации данного кабеля.