Лабораторные работы

Рисунок 2.8 – Рефлектограмма изгиба волокна

Как следует из рисунка, более длинные световые волны способствуют более эффективному поиску мест изгибов волокна и могут быть использованы для обеспечения надежной диагностики оптоволоконных кабелей. На практике потери, вызванные макроизгибами, становятся существенными при λ=1550 нм и особенно при λ=1625 нм.

Измерение потерь отражательных событий. Отражения в оптическом кабеле могут быть вызваны изменениями показателя преломления, например, воздушным зазором в микротрещине, механическим сращиванием или коннектором. К дополнительным потерям приводят также некачественное соединение коннекторов, несовпадение диаметров сердцевины или цифровой апертуры, а также неконцентричность сердцевины волокна. На рисунке представлен вид вносимых потерь коннектора, составляющих приблизительно 0,4 дБ, измеренных импульсным рефлектометром. Слегка наклонная вершина импульса указывает на то, что данная форма представляет собой сумму отраженного и трансформированного вследствие потерь прямоугольного сигнала обратного рассеяния.

α, дБ

-1.00

-2.00

-3.00

-4.00

-5.00 Вносимые

Рисунок 2.9 – Отображение коннектора на рефлектограмме

Динамический диапазон. Это одна из основных характеристик рефлектометра. Различают несколько оценок этой величины. Наиболее широко

31

Мертвые зоны. Считается, что мертвые зоны, обнаруживаемые на рефлектограмме, зависят от одного фактора – длительности импульса светового излучения, проходящего по волокну, а так как она может быть выбрана, то каждому ее значению будет соответствовать определенная мертвая зона. В связи с этим можно констатировать, что чем больше длительность импульса в секундах, тем больше мертвая зона в метрах. Однако после установления предпочтительной длительности импульса для просмотра того или иного волокна становятся очевидными другие факторы. В частности, при выбранной длительности импульса мы можем столкнуться с различными мертвыми зонами для отражательных событий, причем зависящими от расстояния и интенсивности (амплитуды) отражательного события. Чтобы понять это, необходимо уточнить, что детектор OTDR ежеминутно измеряет уровни возвращенного света слабой интенсивности, в связи с чем, он должен обладать очень высокой чувствительностью. Однако когда свет достигает коннектора с высокой отражательной способностью, уровень возвращенного света резко увеличивается, и это может привести к насыщению приемника. Уровень (амплитуда) возвращенного света определяется, с одной стороны, расстоянием OTDR до события, а с другой – насколько эффективна отражательная способность данного события. Очевидно, что основным фактором, определяющим степень ослабления амплитуды светового излучения, является расстояние до отражательного события, т.е. чем дальше событие, тем больше ослабляется амплитуда светового излучения, возвращающегося в детектор OTDR. В то же время, чем выше отражательная способность данного события, тем больше амплитуда возвращенного света. Следовательно, если событие характеризуется значительной отражательной способностью и находится

32

достаточно далеко, это либо может, либо не может привести к образованию мертвой зоны.

Мертвые зоны всегда связаны с наличием отражений и вызваны насыщением приемника OTDR при поступлении на его вход отраженного сигнала высокого уровня, т.к. в этом случае ему потребуется некоторое время для восстановления чувствительности после подобной перегрузки, а это приведет к потере информации после насыщения. Как результат, определенный сегмент волокна оказывается исключенным из процесса тестирования.

Рисунок 2.11 – Мертвые зоны ослабления ADZ и отражения EDZ

При этом следует различать два типа мертвых зон – мертвую зону отражения

имертвую зону затухания:

мертвая зона отражения определяется расстоянием между началом и точкой с уровнем – 1,5 дБ от вершины понижающегося отрезка кривой отражения, после чего последующие отражательные события могут быть легко идентифицированы;

мертвая зона затухания определяется расстоянием от начала отражения до точки, в которой произошло восстановление чувствительности приѐмника с

полем в 0,5 дБ от установившейся рефлектограммы обратного рассеяния и зависит от длительности импульса, длины волны, коэффициента обратного рассеяния, коэффициента отражения и полосы пропускания приѐмника.

Таким образом, смысл термина “мертвая зона” заключается в количественном определении расстояния, на котором после значительного отражения происходит потеря информации. Обычно при определении мертвой зоны используется отражение уровнем 35 дБ, что соответствует приблизительно 0,33% отраженной в данной точке оптической мощности, которая суммируется с мощностью обратного рассеяния, являющейся функцией выбранной длительности импульса. Таким образом, действительная высота, видимая на экране OTDR, зависит как от коэффициента отражения, так и от длительности импульса данного волокна. Как следует из уравнения, меньшая длительность импульса не обязательно может привести к укорочению мертвых зон, т.к. по мере сужения импульса разница между уровнем обратного рассеяния и вершиной отражения увеличивается. При этом с ограничением

33

ширины полосы пропускания приемника увеличивается экспоненциально падающий участок рассматриваемой кривой, а это приводит к существенному увеличению мертвой зоны. Учитывая, что короткие импульсы снижают SNR, мертвая зона ослабления OTDR, как правило, указывается для наиболее коротких импульсов.

Контрольные вопросы

1.При каком методе измерения затухания получают рефлектограмму?

2.От чего зависит «мертвая» зона?

3.В каких единицах измеряется коэффициент затухания?

4.Какая длина волны излучения считается наиболее перспективной?

5.Какие длины световых волн способствуют более эффективному поиску мест изгибов волокна?

6.По какой формуле определяются общие потери?

7.Каковы собственные потери одномодового ОВ в 3-м окне прозрачности?

8.Что характеризует окна прозрачности?

9.Какими параметрами характеризуется источник излучения?

10.На каком физическом явлении основан принцип измерения методом обратного рассеяния?

11.Как выбирать значение длительности зондирующего импульса в зависимости от длины зондируемого оптического кабеля?

12.Из каких соображений выбирается количество усреднений?

13.Какие факторы влияют на погрешность измерения методом обратного рассеяния?

14.По какой формуле оценивается «мертвая» зона?

15.Можно ли прозондировать оптический тракт длиной 100 км, если динамический диапазон 20 дБ, а длина волны 1,55 мкм?

16.По какой формуле рассчитывается расстояние до нерегулярностей?

17.Как увеличить точность измерения расстояния?

18.Что называют рефлектограммой?

19.Как оценивается погрешность измерения расстояний до неоднородностей? 20.Перечислите основные технические характеристики оптического рефлектометра.

21.По какой формуле вычисляется затухание сварного соединения?

22.Можно ли прозондировать оптический тракт длиной 200 км, если динамический диапазон 40 дБ, а километрические потери составляют 0,45 дБ/км?

23.Какие требования предъявляются к направленному ответвителю?

24.На каком участке рефлектограммы измеряется коэффициент затухания ОВ?

25.Какой математический аппарат используется при сглаживании рефлектограмм?

26.По какой формуле рассчитывается коэффициент затухания?

27.Какой тип источника излучения в OTDR?

28.По какой формуле рассчитывается коэффициент отражения?

29.Зависят ли потери на изгибах от длины волны?

34

30.Как переводится на русский язык сокращение - OTDR?

31.В чем принципиальные преимущества OTDR по отношению к оптическому тестеру?

32.Чем обусловлено образование "мертвой зоны"?

33.Каковы динамические диапазоны современных OTDR?

34.В каких пределах выбираются длительности зондирующих импульсов?

35.Какие формы зондирующих импульсов используются в OTDR?

36.Для чего используется режим глубокого усреднения?

37. По какой методике оцениваются погрешности измерения потерь в оптических волокнах?

38.Каково расстояние до отражательного события, если временной интервал между моментом подачи зондирующего и моментом прихода отраженного сигналов составляют 0,5 мкс, а групповой коэффициент преломления равен

1,467?

39.Вычислить "мертвую зону", если длительность импульса tи=10нс, а групповой коэффициент преломления n=1,4675.

40.Перечислите существующие методы измерения параметров ОВ в пределах «мертвой» зоны.

41.Из каких соображений выбирается длительность зондирующих импульсов?

42.По какой формуле вычисляется динамический диапазон, если известны мощности обратно рассеянного сигнала в начале измеряемого волокна - Ро, в конце - Рк?

43.Перечислите методы увеличения динамического диапазона.

44.Перечислите методы увеличения разрешающей способности по расстоянию.

45.Вычислить динамический диапазон, если мощности обратно рассеянного сигнала в начале измеряемого волокна - Ро=0,1 мВт и в конце - Рк=0,1 мкВт.

46.На чем основан принцип измерения методом обратного рассеяния?

47.Как выбирать значение длительности зондирующего импульса в зависимости от длины зондируемого оптического кабеля?

48.В чем заключается измерение расстояния до некоторой нерегулярности в оптическом волокне?

49.Для решения каких задач пригоден метод обратного рассеяния?

50.Оценить погрешность измерения расстояния, если погрешность измерения временных интервалов составляет ±0,5%.

51.Дайте определение коэффициента затухания ОВ.

52.Как определяют динамический диапазон?

53.Что получают в результате распределения мощности обратнорассеянного потока вдоль волокна?

54.От чего зависит дальность обнаружения неоднородности?

55.Почему рекомендуется при входном контроле измерить ОВ с двух сторон?

56.Чем обусловлены потери в точке сращивания волокон?

57.При каких длинах волн потери, вызванные микроизгибами, становятся особенно существенными?

58.Чем могут быть вызваны отражения в оптическом кабеле?

35

59.От чего зависит групповая скорость распространения оптического импульса?

60.От чего зависит точность измерения расстояния?

61.Что характеризует пространственная разрешающая способность?

62.В чѐм заключается смысл термина "мѐртвая зона"?

63.От каких факторов зависят "мертвые зоны"?

64.Какие типы "мертвых зон" различают?

65.Чем определяется "мертвая зона" отражения?

66.Чем определяется "мертвая зона" затухания?

67.В чѐм заключается смысл термина "мѐртвая зона"?

68.Оценить погрешность измерения расстояния, если погрешность измерения временных интервалов составляет +/-0,5%.

69.Что характерно для метода обратного рассеяния?

70.Из каких элементов состоит типовая схема оптического рефлектометра?

71.Что положено в основу метода "обратного рассеяния"?

72.Для чего служит направленный ответвитель в типовой схеме оптического рефлектометра?

73.Что откладывается по оси Х и по оси Y на рефлектограмме?

74.Единицей измерения какого параметра является – [дБ/км] ?

75.Для какого окна прозрачности характерны потери, равные 0,22 дБ/км?

76.В результате чего возникает поток обратного рассеяния?

77.В какой точке измеряют уровень мощности потока обратного рассеяния?

78.Чем ограничивается мощность оптического излучения при использовании метода обратного рассеяния?

79.Какие параметры ОВ можно измерить по рефлектограмме на экране рефлектометра?

80.Какой вид имеет фрагмент на рефлектограмме, соответствующий потерям в сварном соединении?

81.Как должно проводиться измерение с помощью OTDR, чтобы исключить эффект образования «мертвой» зоны?

82.Каковы основные задачи рефлектометра?

83.Из-за чего происходит насыщение приѐмника OTDR?

84.Можно ли измерить дисперсию с помощью OTDR?

5 Методические указания по выполнению лабораторной работы

5.1. Для выполнения п. 2.1 программы лабораторной работы необходимо запустить программу эмулятора оптического рефлектометра AQ-7210 (AQ7210.bat), познакомиться с программным интерфейсом. Для того, чтобы считать рефлектограмму необходимо нажать на кнопку «Память», затем «Считывание» (или F2), выбрать необходимую рефлектограмму из списка доступных, затем «Считать файл» (или F2). Измерения рефлектограммы произвести в соответствии с таблицей 2.1., где указано (плюсом «+»), какие параметры нужно измерить для каждой из выбранных рефлектограмм. Измерение общей длины и общих потерь ОВ производится путем установки

36

маркера 1 в начале линии и маркера 2 в конце линии. Для выхода из программы нажмите «Alt» + «Q». Результаты измерений представить в виде таблицы 2.13

Таблица 2.13Результаты измерений параметров оптических волокон по рефлектограммам эмулятора AQ-7210

37

5.3. Для выполнения п.2.3. программы лабораторной работы необходимо запустить программу AQ-7931.exe, изучить интерфейс программы по приложению. Для открытия рефлектограммы нажмите «File» затем «Open», выберите нужную рефлектограмму, нажмите «OK». Измерения рефлектограммы произвести в соответствии с таблицей 2.3., где указано (плюсом «+»), какие параметры нужно измерить для каждой из выбранных рефлектограмм. Выполните автоматический поиск неоднородностей, для этого войдите в меню «Trace» выберите «Auto Search» затем «Execute», результаты автопоиска отображаются в окне «Event List». Результаты измерений и расчетов выбранных рефлектограмм свести в таблицу 2.15. Для выхода из программы нажмите «File» затем «Exit».

Таблица 2.15Результаты измерений параметров оптических волокон по рефлектограммам эмулятора AQ-7931

39

5.4. Для выполнения п.2.4. программы лабораторной работы необходимо запустить программу Hewlett&Packard.exe. Для открытия рефлектограммы

нажмите «трасса 1» «» потом зайдите в меню «Файл» затем «Открыть», выберите нужную рефлектограмму, нажмите «ОК». Измерения рефлектограммы произвести в соответствии с таблицей 2.4., где указано (плюсом «+»), какие параметры нужно измерить для каждой из выбранных рефлектограмм. Измерение коэффициента затухания ОВ и длины линии, по характеристикам обратного рассеяния производится на линейном монотонном участке рефлектограммы, путем установки 2 маркеров, и наблюдения результата на экране монитора. Измерьте динамический диапазон, для этого нужно измерить уровень в начале и в конце рефлектограммы, учитывая

40