Методы контроля характеристик оптических кабелей

 

Метод обратного рассеивания широко используется при строительстве и эксплуатации волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), т.к. позволяет одновременно и быстро на одном конце измерять несколько параметров оптического волокна (ОВ) с достаточной для большинства измерительных задач точностью. В методе обратного рассеивания регистрируется временное изменение потока рассеянного назад излучения, возникающего при прохождении по нему зондирующего сигнала, вследствие отражения от рассеянных и локальных неоднородностей. Метод позволяет измерять затухание ОВ, распределения локальных неоднородностей по длине ОВ, включая место обрыва, оценивать величину дисперсии ОВ и затухания в соединительных муфтах ВОЛС, что позволяет судить о качестве монтажа оптической линии. Данный метод применяется в работе рефлектометра.

 

 

1 – генератор зондирующих импульсов (ГИ);

2 – источник оптического излучения (ЛД);

3 – оптический разветвитель (ОР);

4 – исследуемое волокно (ОВ);

5 – фотоприемное устройство (ФП);

6 – блок управления математической обработки (БУМО);

7 – устройство отображения (УО).

 

Рисунок 8 – Структурная схема рефлектометра

 

ГИ (1) вырабатывает импульсы, которые затем преобразуются в ЛД (2) в оптические зондирующие импульсы путем модуляции оптической несущей по интенсивности. Зондирующие импульсы через ОР Y-типа (3), устройство ввода (оптический разъем 4) поступают в исследуемое ОВ (5). Из-за флуктуаций показателя преломления сердцевины вдоль ОВ, отражений от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине ОВ, возникает поток обратного рассеивания. Поток обратного рассеивания через ОР поступает на вход чувствительного ФП, где преобразуется в электрический сигнал. Сигнал с выхода ФП после специальной обработки в БУМО подается в канал вертикального отклонения УО, вызывая соответствующие изменения характеристики по вертикальной оси Y. Вертикальная ось градуируется в дБ. Отклонение горизонтальной оси X происходит под действием пилообразного напряжения развертки, которая запускается импульсами ГИ. В результате этого абсцисса характеристики прямо пропорциональна времени задержки сигнала относительно момента посылки зондирующего импульса. Поскольку групповой показатель преломления сердцевины, а значит, и групповая скорость распространения оптического сигнала в ОВ известны, горизонтальная ось X градуируется в единицах длины. Построенная зависимость уровня потока обратного рассеивания от рассеяния (времени) называется характеристикой обратного рассеяния или рефлектограммой.

БУМО согласовывает работу ГИ и УО, синхронизируя запуск генератора развертки импульсами ГИ. БУМО создает возможность наблюдения рефлектограммы полностью или по фрагментам (масштабирование). Также БУМО обеспечивает регистрацию и занесение в память реализаций зависимостей мощности обратного рассеяния от времени и их усреднение. При этом, на УО либо последовательно выводятся регистрируемые реализации характеристики обратного рассеяния (режим «реального времени»), либо, после заданного числа усреднений (времени усреднения), - усредненная рефлектограмма.

БУМО осуществляет управление работой OTDR по заданной программе, обработку данных, а также ряд сервисных функций (работа с файлами, печать и т.п.).

К основным параметрам оптических рефлектометров, правильный выбор которых позволяет оптимизировать режим измерений, относятся:

- динамический диапазон;

- «мертвая» зона;

- разрешающая способность.

Рабочий динамический диапазон рефлектометра формируется разностью между собственным динамическим диапазоном потока обратного рассеяния (ПОР) и суммой двойного затухания измеряемой линии – затухание потока рэлеевского рассеяния, а также потерями изоляции при вводе зондирующего импульса в ОВ и выводе обратного излечения.

Потери при вводе и выводе излучения в ОВ в среднем составляют 6…10 дБ, затухание рэлеевского рассеяния – 40 дБ. Собственный динамический диапазон рефлектометра равен 80…90 дБ. Следовательно, рабочий динамический диапазон затухания составляет

.

Можно специальными приемами увеличить диапазон измеряемого затухания ВОЛС рефлектометром до 15…30 дБ. Но при этом нужно использовать сложные зондирующие сигналы или проводить дискретизацию и накопление сигналов ПОР. Это приводит к возрастанию времени измерения до нескольких минут.

Разрешающая способность определяется пределами измерения затухания (динамического диапазона) и длины измеряемого кабеля.

Важным параметром является мертвая зона. Существует два значения этого параметра: мертвая зона до первого соединения определяет минимальную дистанцию, необходимую для различения двух соединителей и, в то же время, мертвая зона до первого сварочного узла определяет минимальную дистанцию, необходимую для различения одного отражающего узла и одного неотражающего.

Рассеянный световой импульс, распространяющийся по ОВ, затухает по экспоненциальному закону

,

где – коэффициент затухания, определяемый поглощением;

– коэффициент затухания, определяемый рассеиванием света;

z – расстояние точки измерения от начала ОВ;

Р₀ – начальный уровень сигнала.

Начальный уровень сигнала определяется величиной отражения от переднего торца ОВ, а на экране осциллографа регистрируются зависимости интенсивности потока обратного рассеяния ПОР от расстояния вдоль волокна. На рисунке 9 приведены типичные формы осциллограмм потока обратного рассеяния.

 

Кривые: а – идеальное ОВ, б – реальное ОВ.

 

Рисунок 9 – Типичные формы осциллограмм обратного рассеяния

 

Зависимость а соответствует идеальному световоду и характеризуется плавным уменьшением интенсивности ПОР. Линия б имеет вид, характерный для нерегулярных (неоднородных) световодов. На однородных участках интенсивность уменьшается по экспоненте (кривая 1). Скачки 2 вызываются дефектами в световоде или в месте его сварки и разъеме ОК. Скачки затухания пропорциональны потерям в данной точке ОВ. Локальные инородные примеси в ОВ или пузырьки воздуха вызывают отражения, ПОР которых имеет вид выбросов 3. Конец световода характеризуется отраженным сигналом в форме 4. Для хорошо преломляющих поверхностей коэффициент отражения равен 0,04, а для неровных и загрязненных граничных поверхностей он уменьшается до 10^–4. При несогласованных разъемах или сращивании ОВ форма сигнала отражения и затухания имеет вид импульса 5. При сварке ОВ с разными ПОР появляется скачок 6, который может быть положительным в случае большей величины обратного рассеяния на втором отрезке ОВ по сравнению с первым. На однородных участках ОВ вид кривой ПОР представляет собой спадающую экспоненту. Скачок затухания пропорционален вносимым потерям в данной точке ОВ. Неоднородности по длине ОВ вызывают отражения, которые имеют вид выбросов.

Инструментальные погрешности метода обратного рассеяния определяются погрешностью отсчета по осциллограмме уровней измеряемого потока рассеяния (±0,1…0,3 дБ), а также погрешностями значений текущих координат ОВ z₁ и z₂. В некоторых приборах с целью уменьшения погрешностей определение расстояний осуществляется в цифровой форме с помощью встроенных в прибор специализированных микропроцессоров.

Рефлектограмма идеального ОВ, дБ

,

где Р₀ – мощность светового потока в начале волокна, дБ;

;

;

z измеряется в км.

 

Задача 1

Требуется построить рефлектограмму идеального ОВ, учитывая, что в конце световода скачок мощности , характеризующий отражение.

Таблица 11

Варианты
Р0, дБ
z, км										9,5
αп, дБ	0,2	0,3	0,2	0,3	0,2	0,3	0,2	0,5	0,5	0,4
αр, дБ	0,1	0,2	0,1	0,15	0,1	0,2	0,1	0,3	0,2	0,2

Примечание. Вариант выбирается как сумма последних двух цифр зачетной книжки. Например, номер зачетной книжки 2М372. Вариант равен 9+2=11, значит 1 вариант

Для построения необходимо взять не менее 5 точек по длине световода.

 

Пример. Р₀=90 дБ, z=20 км, α_п=0,1 дБ, α_р=0,2 дБ.

zi, км
P(z), дБ		84,8	79,6	74,4	69,2

 

Рисунок 10 – Рефлектограмма идеального ОВ

 

Задача 2

2.1.Требуется построить рефлектограмму реального световода (неоднородного).

Рефлектрограмма реального ОВ строится согласно типичной форме осциллограммы ПОР (см. рисунок 10) по данным таблицы 12. На однородных участках интенсивность ПОР уменьшается по экспоненте (параллельно рефлектограмме идеального световода).

Таблица 12

Участок световода	Однородный участок	Дефект в световоде	Примеси в световоде	Конец световода	Несогласованный разъем	Сварка световода с разными ПОР
Варианты	Р0, дБ
		0…3 3,3…8 8,1…12	3,0…3,3	8…8,1	14,9	10,1	13+
		0…2 2,2…5 5,1…9	2…2,2	9…9,1	9,9	5,1	8­­–
		0…4 4,2…6 6,1…8,1	4…4,2	6…6,1	11,9	8,1	10+
		0…3 3,1…4 4,2…6	4…4,2	3…3,1	8,9	6,1	7–

Окончание таблицы 12

Участок световода	Однородный участок	Дефект в световоде	Примеси в световоде	Конец световода	Несогласованный разъем	Сварка световода с разными ПОР
Варианты	Р0, дБ
		0…5 5,2…7 7,1…8,5	5…5,2	7…7,1	12,9	8,5	9+
		0…7 7,2…9 9,3…11	7…7,2	9…9,1	10,9	8,2	10–
		0…3 3,2…8 8,1…12,2	3…3,2	8…8,1	15,9	12,2	13+
		0…2,5 2,6…6 6,1…10	2,5…2,6	6…6,1	13,9		12–
		0…2 2…4 4,1…5	4…4,1	5…5,1	7,9		7+
		0…3,5 3,6…6	3,5…3,6	6…6,1	9,4		8–

Примечание: 1) вариант выбирается по последней цифре зачетной книжки; 2) цифры показывают длину световода от начала (км); 3) обозначение «13+» показывает положительный скачок при большей величине ПОР на втором отрезке ОВ по сравнению с первым; «13–» – отрицательный скачок при меньшей величине ПОР на втором отрезке ОВ по сравнению с первым.

 

Пример. Для z = 20км; Р₀ = 70дБ; участок 1: 0…5 км, 5,1…12 км, 12,1…15 км; участок 2: 5…5,1 км; участок 3: 12…12,1 км; участок 4: 19,9 км; участок 5: 14 км; участок 6: 17– км.

 

Рисунок 11 – Рефлектограмма реального световода

 

2.2. Требуется определить километрическое затухание для идеального и реального световода.

Пример.

,

.

 

2.3. Определить инструментальную погрешность отсчета по осциллограмме уровней измеряемого потока рассеяния (0,1…0,3 дБ).

Пример.

Список литературы

 

1. Бакланов И.Г. Методы измерения в системах связи. – М.: Изд-во «ЭКО-Трендз», 2004, 195 с.

2. ОСТ 45.190 – 2001 Системы передачи волоконно-оптические. Стыки оптиче­ские. Термины и определения. – М.: Издание официальное, ЦНТИ «Информсвязь», 2004. – 14 с.

3. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. - М.: САЙРУС СИСТЕМС, 2003. – 671с.

4. Оптические системы передачи: Учебник для вузов / Б.В. Скворцов, В.И. Иванов, В.В. Крухмалев, В.Б. Витевский, А.И. Сазер, В.П. Ильичев; под. ред. В.И. Иванова. – М.: Радио и связь. – 2004. – 224 с.

5. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 2005. – 504 с.

6. Стариков Н.С. Q-фактор: новый подход к анализу качества цифровых систем передачи // Метрология и измерительная техника в связи. – 2008. – №5. – стр. 17-18.

7. А.В. Листвин, В.Н. Листвин, Д.В. Швырков. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАарт, 2003. – 288 с., ил.

8. Гринфилд Д. Оптические сети. – К.: ООО «ТИД «ДС»», 2002. – 256 с.

9. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых сетей связи. – М.: Радио и Связь, 2004. – 468 с.

10. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.: Эко-Трендз, 2004. – 267 с.

11. Скляров О.К. Современные системы передачи, аппаратура и элементы. – М.: СОЛОН-Р., 2005. – 237 с.

12. Воронцов А.С., Гурин О.И., Мифтяхетдинов С.Х., Никольский К.К., Питерских С.Э. Оптические кабели связи российского производства. Справочник. – М.: Эко-Трендз, 2006. – 288 с.

13. Стерлинг Дж. Волоконная оптика: Пер. с англ.–М.: Лори, 2006. – 288 с.

14. Бурдин В.А. Основы моделирования кусочно-регулярных волоконно-оптических линий передачи. – М.: Радио и Связь, 2005. – 308 с.

 

 

 

 

Содержание

 

Введение 3

1 Расчетно-графическая работа 4

Задача 1 4

Методические указания к выполнению задачи 1 4

Задача 2 5

Методические указания к выполнению задачи 2 6

Задача 3 7

Методические указания к выполнению задачи 3 8

2 Расчетно-графическая работа 9

Задача 1 9

Задача 2 11

3 Расчетно-графическая работа 17

Задача 1 20

Задача 2 21

Список литературы 25

 

 

Светлана Викторовна Самоделкина

Лариса Павловна Клочковская

 

План 2010 г., поз.