Разбираемся с задачами рефлектометра

     Разберемся с задачами рефлектометра. К импульсным рефлектометрам применяются высокие требование, чтобы точно и качественно измерять параметры. 

     Основными задачами рефлектометра являются:

1.  Динамический диапазон Ds.

    Динамический диапазон определяют по мощности потока обратного рассеяния и определяют как среднеквадратичное значение при отношении сигнал/шум равное 1.  А именно определяют как разность между уровнем мощности обратного рассеяния в точке оптического  излучения в волокно и уровнем среднеквадратичного значения шума.

    Также пользуются и другими оценками динамического диапазона:

- динамический диапазон по потоку мощности обратного рассеяния, определяемой по среднеквадратичному значению уровня шума при отношении сигнал/шум, равным 0,1-D;

-   эффективное значение динамического диапазона по потоку обратнорассеянной мощности;

-   динамический диапазон по потоку мощности, обусловленным Френелевским отражением.

2.   Дальность обнаружения неоднородности. 

     Данная задача рефлектометра заключается в определении времени распространения оптического излучения в прямом и обратном направлениях.

3.   Пространственная разрешающая способность. 

    Она характеризует способность рефлектометра определять два соседних события, одно из которых может быть отражательным, и определяет возможность выделения близко расположенных неоднородностей.

   Следующей немаловажной задачей рефлектометра является определение мертвых зон.

4.   Мертвые зоны.

     Мертвые зоны зависят от длительности импульса светового потока, проходящего по волокну. Поэтому чем больше длительность, чем больше мертвая зона(м).

     Существует два вида мертвых зон:

а) мертвая зона отражения - определяется между началом и точкой с уровнем -1,5 дБ от вершины;

б) мертвая  зона затухания - расстояние от начала отражения до точки, в которой произошло восстановление чувствительности приемника в 0,5 дБ.

    Таким образом, мертвая зона - расстояние, на котором после значительного отражения происходит потеря информации.

Анализируем рефлектограммы

 
      Как мы выяснили в прошлой статье, что изображение, появляющееся на дисплее рефлектометра, называется рефлектограммой. Рефлектограмма представляет собой  анализ - зависимость уровня мощности излучения дБм (либо затухание дБ) от задержки по времени.

      Ниже на примере проведем анализ рефлектограммы, рассмотрим что на ней изображается:

        Анализ рефлектограммы показывает, что коннекторы, микротрещины и конец кабеля образуют большие пики, т.е. от них больше всего отражается оптическое излучение (обратное рассеяние). Затухание в этих местах будет наибольшим. Малые пики соответствуют сварке и изгибам волокон.
         По разности времени между произошедшими пиками (неоднородность, изгибы, сварка и т.д.) на рефлектограмме определяется  расстояние:

        где  С0 - скорость света в вакууме, 

                  n - показатель преломления.

      Анализ рефлектограммы проводят по импульсному рефлектометру, при выставлении маркеров  в точках неоднородностей. Высвечивается полученное расстояние. При установке маркеров в пиках,  показывается затухание оптического волокна. Анализ оптического кабеля проводят на выставленных параметрах рефлектометра: выбирается длина кабеля (за счет уменьшения или увеличения достигается изменение масштаба рефлектограммы), задается длина волны (850, 1310 или 1550 нм), длительность импульса.

       Тщательный анализ рефлектограммы позволяет дать полное представление о измеряемых оптических волокнах.

    

Принцип работы рефлектометра

      Принцип работы рефлектометра основан на методе обратного рассеяния (данный метод мы разобрали в прошлой статье). OTDR - Optical Time Domain Reflectometer - Оптический рефлектометр во временной области. OTDR получил большую распространенность, из-за своих больших возможностей определения важных параметров.

     Напомню основные из них:

• степень повреждения ОК;
• места неоднородностей и повреждений;
• потерь в местах неоднородностей, соединений, сварок;
• длину волокна, расстояние до мест соединения и сварок;
• затухание волокна(на сварке, в соединениях и т.д.).

     Принцип рефлектометра рассмотрим на следующей схеме:

      В качестве источника излучения применяют лазерный генератор, который вырабатывает стабильные по форме и мощности импульсы. Мощность должна быть достаточной для проведения измерений. Направленный ответвитель должен четко вводить оптическое излучение в волокно и обеспечивать ввод максимума мощности. Апертура излучения должна соответствовать апертуре волокна.

      На приемной части рефлектометра играет важную роль приемник. Он должен иметь высокое быстродействие, способное принимать импульсы соответствующей длительности. 

     Последовательность импульсов поступает от лазерного генератора через направленный ответвитель в оптическое волокно. При возникновении обратного рассеяния он регистрируется

в фотоприемном устройстве, где преобразуется в электрический сигнал. Затем электрический сигнал после специальной обработки в записывающем и усредняющем устройствах поступает в устройство отображения (дисплей). В этом заключается основной принцип работы рефлектометра.

     

     Дисплей представляет из себя электронный осциллограф. По шкале Y - градуировка уровня мощности в дБм, либо затухание сигнала в дб. Шкала Х - запаздывание сигнала по времени t.

    Изображение, которые показывается на дисплее называется рефлектограммой. Её разберем в следующей статье.

Метод обратного рассеяния

              
     Метод обратного рассеяния обладает преимуществами от рассмотренных нами ранее метода двух точек и метода обрыва:

• определение распределения потерь по всему кабелю;
• измерение затуханий кабеля;
• определение неоднородностей в кабеле;
• определение мест сварки;
• определение расстояний до неоднородностей;
• определение длины волокна;
• определение расстояния до места обрыва.

     Метод обратного рассеяния основан на введение в волокно импульса оптического излучения, который, дойдя до конца волокна, отражается и возвращается обратно в приемник.

    В измеряемое волокно посылают поток импульсов, который проходит через различные неоднородности, флюктуаций показателя преломления. За счет этого возникает поток обратного рассеяния. Измеряют уровень мощности возращенных импульсов в результате обратного рассеяния, в зависимости от времени задержки импульсов относительно их посылки.  В итоге получают распределение уровня мощности обратного рассеянного потока. Полученные значения усредняют. Получают необходимый результат требуемой задачи, используя метод обратного рассеяния.

Измерение переходного затухания

      Измерение переходного затухания в основном производится при производстве ОВ. Этот метод заключается также, как и раннее рассмотренные нами в других статьях, в измерении мощности. А именно измерение мощности на входе влияющего волокна, а также на выходе и входе из волокна.

    В качестве источников излучения используют оптические источники излучения , длина волны которых должна быть указана в документах для каждого кабеля.

     Измерение переходного затухания на примере двух оптических волокон нужно проводить в следующем порядке:

1. Источник излучения соединяют с входным концом влияющего волокна, а приемник излучения с выходным концом. При помощи устройства ввода выполняют юстировку входного торца влияющего волокна на выходе приемника излучения.

2. От приемника излучения отсоединяют выходной конец влияющего волокна и подсоединяют в него входной конец подверженного волокна. Регистрируют показания.

3. На расстоянии  1м от устройства ввода обрывают влияющее волокно.

4. Выходной конец короткого волокна устанавливают относительно приемника излучения, чтобы на него попало все излучение с выходного торца. Регистрируют показания.

    По полученным данным вычисляют значение измерения переходного затухания на ближнем и дальнем концах оптического волокна  соответственно по следующим формулам:

    где  Р1,Р2, и Р3 мощности на входе влияющего волокна, входе и выходе подверженного влиянию соответственно.

Метод двух точек

       Рассмотрим метод двух точек, который позволяет измерить затухание кабеля.

      Как мы уже разобрались, измерение затухания кабеля заключается в измерении мощностей на входе и на выходе ОВ (Об этом была прошлая статья). Т.е. основной задачей метода двух точек будет определение мощностей на входе и выходе из ОВ.

   

      Метод двух точек рассмотрим на примере следующей схемы:

  

 1 - излучатель

 2 - скремблер

 3 - поглотитель (фильтр) оболочечных мод

 4 - калиброванный отрезок волокна

 5 - калиброванный разъем

 6 - калиброванная половина разъема 

 7 - измеритель или индикатор мощности

 8 - измеряемый кабель

     Источником возбуждения кабеля является не излучатель, а половина калиброванного разъема на выходе поглотителя оболочечных мод. Во вторую половину калиброванного разъема закладывается входной торец измеряемого волокна. Диаметр сердцевины калиброванного отрезка волокна (4) заведомо меньше измеряемого волокна. 

     Определив показания прибора измерения мощности на конце кабеля Р2, разъем размыкают и измеряют мощность излучения Р1 в разъеме 5. Значения Р1 и Р2 - мощности излучения на входе и выходе ОВ. Далее вычислить затухание кабеля не составляет никаких проблем. 

    Обязательно нужно как можно больше уменьшить потери измеряемого ОВ в разъеме 5. Это достигается за счет обламывания волокна специальным прибором - скалывателем,  полировки торца волокна и очистить от пыли спиртом.

    Описанный метод двух точек удобен в том случае, если оба конца кабеля доступны измеряющему человеку. Если кабель например уложен в траншее, то измерение должны проводить два специалиста, у каждого конца волокна. При этом измерители мощности должны быть идентичными и иметь одинаковые характеристики.

 

Измерение затухания кабеля

  
       В этой статье рассмотрим  измерение затухания кабеля.

    Важную роль при строительстве и эксплуатации ВОЛС, а также при производстве оптического волокна  играет затухание ОК. Затухание определяется несколькими составляющими:

• затухание в следствии поглощения и рассеяния ОВ;
• затухание отражения от входного конца ОВ, при неоднородностях и при вводе излучения в световод;
• затухание, возникающие при эксплуатации( микротрещины ОВ, микро  и макроизгибы).

   Измерение затухания кабеля в общем виде рассчитывается следующим образом(ДБ): 

      где Р1 и Р2 - мощность сигнала на входе и на выходе ОВ, Вт.

     Либо через абсолютный уровень сигнала по мощности:

    

     Т.е. получается, что для измерения затухания кабеля требуется знать мощность сигнала на входе и на выходе. Существует несколько методов расчета:

• метод двух точек;
• метод обрыва;
• метод замещения;
• метод сравнения с отраженным сигналом;
• метод обратного рассеяния.

 Все методы разберем подробно в следующих статьях.

Схема "точка-точка"

     В этой статье разберем более подробно компоненты на примере схемы "точка-точка".

      Итак начнем. Схема "точка-точка".

     Напомню еще раз, что в прошлой статье было разобрано откуда, как и куда идет сигнал.
Важную роль в схеме играют ретранслирующее оборудование и оборудование приемо-передачи сигнала.

   Компоненты схемы "точка-точка":


1. Оптический передатчик

     Оптический  преобразователь преобразует электрический сигнал на входе в световой оптический сигнал на выходе. Для этого используются светоизлучающие диоды LED.
  

2. Оптический приемник

     Оптический приемник осуществляет обратное преобразование, преобразует оптический сигнал на входе в электрический сигнал на выходе. Главным элементом для этого используются p-i-n-фотодиоды и лавинные фотодиоды.

  

3. Повторитель

     Повторители предназначены для усиления мощности оптических сигналов и восстановления формы сигналов (формы импульсов).  Также они могут восстанавливать форму и длительность импульсов. Такие повторители работают в синхронном и асинхронном режимах. Такого вида повторители называются регенераторами. 

     Повторители состоят из оптического передатчика, электрического усилителя и оптического приемника.

  

4. Оптический усилитель

    Оптический усилитель в отличии от повторителя не осуществляет опт-электронного преобразования. Он только усиливает оптический сигнал. Происходит это за счет использования оптическим усилителем лазеров накачки и активных сред.
    Несмотря на этот минус оптического усилителя, он имеет существенные плюсы:

• за счет малой дисперсии и малого затухания волокна, качество сигнала остается значительно высоким при передаче его на длительные расстояния. Поэтому простое усиление является достаточно эффективным;
• оптический усилитель является универсальнее по отношению к повторителю, т.к. не имеет привязки к частоте модуляции сигнала;

    Если взять примеры из практики, то получается, что на один ретранслятор приходится 4-8 оптических усилителей.

  

5. Волоконно-оптический кабель

    Строительная длина волоконно-оптического кабеля или длина кабеля поставляемая на барабане составляет от 2 до 10 км. На достаточно длинных участках, включающих в себя несколько строительных длин кабеля, используют специальное сращивание. А именно делают сварку всех волокон кабеля с минимальными потерями и плотно герметизируют в муфте.   

Схема ВОЛС

   
    Разберем схему ВОЛС на примере схемы "точка-точка":

 

   

     Рассмотрим основные компоненты нашей Схемы ВОЛС:

    В качестве ООД - оконечного оборудования данных, будет источник аналогового сигнала, например, ТА - телефонный аппарат. Также можно использовать магнитофон, телевизор и т.д.

Аналоговый сигнал поступает на АЦП - аналого-цифровой преобразователь, который оцифровывает сигнал в цифровой поток (последовательность импульсов). 

   Цифровой поток используется для модуляции оптического передатчика, который обеспечивает передачу сигнала по оптическому волокну.

    Повторитель используется для усиления сигнала, восстанавливает форму и длительность импульсов.

    На обратной приемной стороне оптический приемник выделяет из модулированного сигнала электрический сигнал.
 И соответственно декодер уже преобразует в аналоговый сигнал.

    Для двусторонней связи (дуплексная связь) в Схеме ВОЛС  такие элементы, как кодер, декодер,  оптический передатчик и оптический приемник должны устанавливаться в одном устройстве.