Лабораторные работы
.pdf61.От чего зависит точность измерения расстояния?
62.Что характеризует пространственная разрешающая способность?
63.Возможность чего определяет пространственная разрешающая способность?
64.От какого фактора зависят «мертвые зоны»?
65.Какие типы «мертвых зон» различают?
66.Чем определяется «мертвая зона» отражения?
67.Чем определяется «мертвая зона» затухания?
68.В чѐм заключается смысл термина «мѐртвая зона»?
69.Оценить погрешность измерения расстояния, если погрешность измерения временных интервалов составляет +/-0,5%
70.Что характерно для метода обратного рассеяния?
71.Из каких элементов состоит типовая схема метода обратного рассеяния?
72.Что положено в основу метода обратного рассеяния?
73.Для чего служит направленный ответвитель в типовой схеме метода обратного рассеяния?
74.Что откладывается по оси X и по оси Y на рефлектограмме?
75.Что получают при измерении затухания методом обратного рассеяния?
76.Потери 0.22 дБ/км характерны для какого окна прозрачности?
77.Из-за чего возникает поток обратного рассеяния?
78.В какой точке измеряют уровень мощности потока обратного рассеяния?
79.Одновременное определение каких параметров ОВ и ОК обеспечивают приборы OTDR?
80.Какова должна быть мощность оптического излучения при использовании метода обратного рассеяния?
81.Вычислить длительность импульса, если “мѐртвая зона” составляет 1022.2 м, а групповой коэффициент преломления n=1.4675?
82.Что должно обеспечивать устройство обработки сигнала при использовании метода обратного рассеяния?
83.В каком блоке регистрируется и преобразуется в электрический сигнал поток обратного рассеяния?
84.Вычислить длительность импульса, если “мѐртвая зона” составляет 1.022 м, а групповой коэффициент преломления n=1.4675?
85.Согласованную работу каких блоков обеспечивает блок управления в
OTDR?
86.Какой блок осуществляет регистрацию и занесение в память реализаций временных характеристик мощности обратного рассеяния и их усреднение?
87.Как строится рефлектограмма на экране осциллографа?
88.Оценить погрешность измерения временных интервалов, если погрешность измерения расстояния составляет 1%.
51
89.Как осуществляется определение пространственных координат неоднородностей в оптическом волокне?
90.Какой вид на рефлектограмме имеют потери в сварных соединениях?
91.Какие факторы вызывают увеличение рассеяния в точке сращиваемых волокон?
92.Как должно проводится измерение с помощью OTDR, чтобы исключить эффект направленности ?
93.Вычислить длительность импульса, если “мѐртвая зона” составляет 2044.3 м, а групповой коэффициент преломления n=1.4675?
94.Какие факторы изменения показателя преломления вызывают отражения в
ОВ?
95.Каковы основные задачи рефлектометра?
96.Вычислить разность времени между двумя пиками, если расстояние до некоторой неоднородности составляет 102214 м, а групповой коэффициент преломления n=1.4675?
97.Какими факторами определяется уровень (амплитуда) возвращѐнного света?
98.Из-за чего происходит насыщение приѐмника OTDR?
99.Какие импульсы снижают отношение сигнал/шум?
100.Другое название для характеристики обратного рассеяния
5 Краткие сведения из теории метода обратного рассеяния
Метод обратного рассеяния основан на введении в волокно импульсного оптического излучения и последующим анализе той малой части светового потока, которая возвращается на приемник в результате обратного рассеяния и отражений распространяющейся в волокне световой волны (рисунок 3.2).
Лазерный |
Импульсный |
Тестируемое волокно |
|
||
|
|
|
генератор |
диод |
Ответвитель |
|
||
|
|
Записывающее |
|
|
|
|
Приемник |
|
|
устройство |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Усредняющее |
|
|
|
Дисплей |
|
устройство |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 3.2 – Стандартный метод обратного рассеяния
52
В результате математической обработки сигнала фотодиода на экране дисплея формируется изображение, которое носит название рефлектограммы (рисунок 3.1), представляющей собой зависимость уровня данного сигнала от расстояния вдоль волокна.
Как видно из рефлектограммы от коннекторов и от концов волокна относительно большая часть световой энергии отражается обратно, что обуславливает наличие пиков. По разности t между двумя пиками, а также провалами, соответствующими сосредоточенным потерям, скорости света в вакууме c0 и групповому показателю преломления ng≈1,476 в стекле сердцевины можно рассчитать либо длину волокна, либо координаты указанных выше неоднородностей.
Lx |
|
t |
|
c0 |
, км , |
(3.1) |
|
|
|||||
|
|
2 |
|
ng |
|
|
где Lx – измеряемая длина или координата неоднородности ОВ;
t - разность времени между пиками начального и конечного импульсов, с; c0 - скорость света в вакууме, равная 300000 км/с;
ng - действительный групповой показатель преломления стекла серцевины.
Общие потери ВОЛП рассчитываются по формуле:
общ |
5 lg |
Pk |
, дБ , |
(3.2) |
|
||||
|
|
Pн |
|
|
где Pk и Pн – уровни оптической мощности на рефлектограмме, соответствующее концу и началу зондируемой ВОЛП, выраженные в мВт или мкВт.
Дальнейшим усовершенствованием методики измерения является калибровка вертикальной шкалы прибора непосредственно в единицах измеряемых потерь. При этом потери 1 2 для любого участка между точками L1 и L2 подсчитываются по формуле:
|
1 2 (L2 ) (L1 ), дБ , |
(3.3) |
где (L2 ) и |
(L1 ) - потери ВОЛП в дБ от начала до координат |
L2 и L1 |
соответственно.
В случае однородного волокна, т.е. когда потери остаются постоянными по всей длине, коэффициент затухания (погонные или километрические потери) рассчитываются по формуле:
53
пог |
|
(L ) (L ) |
|
дБ |
(3.4) |
||
2 |
1 |
, |
|
. |
|||
L2 L1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
км |
|
||
В целях уменьшения влияния собственных шумов на основные метрологические характеристики (погрешность измерения потерь и динамический диапазон) в современных рефлектометрах эффективно используется алгоритм аппроксимации линейной зависимостью (рисунок 3.3):
|
|
|
y a bx |
|
|
|
(3.5) |
|
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y1 |
|
|
y=a+bx |
|
|
|
|
|
Y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
X1 |
X2 |
X3 |
X4 |
X5 |
X6 |
X7 |
X8 |
L X |
Рисунок 3.3 – Линейная аппроксимация рефлектограммы методом наименьших квадратов
Параметры аппроксимации a и b чаще всего определяются методом наименьших квадратов (LSA), то есть с использованием математического аппарата регрессивного анализа. При этом:
|
n |
n |
n |
n |
|
|
|
Yi ( X i )2 |
X i X iYi |
|
|
||
a |
i 1 |
i 1 |
i 1 |
i 1 |
, |
(3.6а) |
|
n |
n |
|
|||
|
|
n ( X i )2 |
( X i )2 |
|
|
|
|
|
i 1 |
i 1 |
|
|
|
|
n |
n |
n |
|
|
b |
n X iYi |
X i Yi |
|
||
i 1 |
i 1 |
i 1 |
|
||
|
|
||||
|
n |
n |
|
, |
(3.6б) |
|
n ( X i )2 ( X i )2 |
|
|||
|
i 1 |
i 1 |
|
|
|
54
где X i - оценка математических ожиданий измеряемых координат Li
Yi - оценка математических ожиданий измеряемых значений потерь в
координатах Li
n – количество отсчетов на участке аппроксимации.
Основными метрологическими характеристиками оптических рефлектометров являются:
-динамический диапазон;
-«мертвые зоны»;
-погрешности измерения расстояния и потерь.
Динамический диапазон. Различают несколько оценок этого параметра. Наиболее широко используется эффективное значение диапазона Dэфф, определяемое как разность между уровнем мощности обратно рассеянного потока в точке ввода оптического излучения в оптическое волокно и уровнем на 0,3 дБ выше максимального уровня шума (рисунок 3.4).
, дБ |
Dэфф |
0,3дБ |
Рисунок 3.4 – Определение эффективного значения динамического |
диапазона |
“Мѐртвые зоны” всегда связаны с наличием отражений и вызваны насыщением приѐмника при поступлении на его вход отраженного сигнала высокого уровня. Как результат, определѐнный сегмент волокна оказывается исключенным из процесса тестирования. Различают два типа “мѐртвых зон” (рисунок 5):
-“мѐртвая зона” по отражению, определяемая расстоянием между началом отражения и точкой с уровнем –1,5дБ от вершины понижающего отрезка кривой отражения, после чего последующие отражательные события могут быть легко идентифицированы;
-“мѐртвая зона” по затуханию, определяемая расстоянием от начала отражения до точки, в которой произошло восстановление чувствительности приѐмника с полем в ±0,5 дБ от установившейся рефлектограммы.
55
Они зависят от длительности зондирующих импульсов, коэффициента отражения, а также длины волны, коэффициента обратного рассеяния и полосы пропускания приѐмника.
дБ
-2.00 1.5 дБ
-4.00
-6.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 дБ |
|
|||
-8.00 |
|
|
|
ETZ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-10.0 |
|
|
|
ADZ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-12.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
|
70 |
||
Рисунок 3.5 – “Мѐртвые зоны” по ослаблению (ADZ) и отражению (ETZ).
6Содержание и оформление отчета
6.1Отчет должен содержать: формулировку цели работы, задание к лабораторной работе, основные формулы, в том числе приведенные в разделе 4, результаты расчетов измерений, выводы по каждому пункту лабораторного задания на основании полученных расчетов и измерений.
6.2В целом отчет по лабораторной работе должен быть оформлен каждым студентом индивидуально с соблюдением требований ГОСТ. В частности:
на графиках отмечаются точки, по которым построены кривые;на осях графиков проставляются масштабы и размерности;
результаты расчетов и измерений следует представлять в виде таблиц;графики и таблицы должны быть пронумерованы;
в заголовках таблиц проставляются рассчитываемые величины и их размерности;
результаты расчетов, не помещенные в таблицы, оформляют отдельно следующим образом: формулы, подставленные числовые значения, результаты вычислений с указанием размерностей;
если на графике имеются несколько кривых, каждая из них должна быть снабжена соответствующими надписями;
56
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4
Измерения потерь оптическим тестером “photom”
1 Цель работы
1.1 Изучить:
- теоретические основы измерений вносимых затуханий методом светопропускания;
- особенности измерений методом светопропускания.
1.2 Получить практические навыки измерений вносимых затуханий с помощью оптического тестера.
2 Программа лабораторной работы
2.1Изучение функционального назначения клавиш оптического лазерного источника излучения Photom 362\363, переменного оптического аттенюатора и измерителя мощности модели Photom 211A.
2.2Исследование стабильности мощности источника излучения от длины
волны( ).
2.3Измерение потерь оптических аттенюаторов №1, №2, …. и №6.
2.4Исследование частотной зависимости затухания, вносимого фиксированным оптическим аттенюатором.
2.5Измерение потерь оптических волокон №1, №2 и №3 в разных окнах прозрачности.
2.6Измерение потерь на изгибах оптического волокна в разных окнах прозрачности.
3 Подготовка к выполнению лабораторной работы (домашнее задание)
К выполнению лабораторной работы допускаются студенты только после самостоятельной подготовки, которая проводится заблаговременно, а не в часы лабораторных занятий. В процессе подготовки студент должен:
3.1Детально изучить вопросы измерений вносимых затуханий методом светопропускания.
3.2Изучить принципы построения оптических тестеров и методики оценки погрешностей измерений.
3.3Знать программу и порядок выполнения лабораторной работы. Сделать заготовку отчета по лабораторной работе (каждый студент индивидуально) в соответствии с требованиями раздела 6 настоящих методических указаний и объемом лабораторного задания. Заготовка должна обязательно содержать наименование лабораторной работы, формулировку цели работы, программу работы.
3.4Подготовить устные ответы на контрольные вопросы :
1.На какой из длин волн затухание в ОВ минимально?
2.Наименьший уровень мощности на входе приемного устройства, при котором коэффициент ошибок ТКС находится в пределах нормы, это…
57
3.Определить абсолютную погрешность измерения потерь, если абсолютная погрешность измерения оптической мощности равна Р = 0,1 дБм.
4.Определит затухание линии связи, если уровень мощности на входе -15 дБм, а уровень мощности на выходе -23 дБм.
5.Сколько дБм имеет мощность 10 мВт?
6.Какой уровень выходной мощности имеет стабилизированный источник оптического излучения в оптическом тестере?
7.Сколько мВт (мкВт) составляет мощность сигнала, уровень которого в относительных единицах равен Р = -10 дБм?
8.Определите уровень мощности на входе приѐмника, если еѐ уровень на выходе передатчика составляет -9 дБм, длина линии 10 км, километрическое затухание линии 0,3 дБ/км.
9.Абсолютная погрешность показаний измерителя оптической мощности составляет Р = 0,01 дБм. Оцените погрешность измерения затухания методом светопропускания.
10.По какой формуле определяется вносимое затухание, если шкала измерителя мощности оптического тестера проградуирована в логарифмических единицах?
11.Определить затухание волоконно-оптической линии, если уровень мощности входного сигнала Рвх= -10 дБм, а уровень мощности выходного сигнала Рвых= -30 дБм.
12.Определить затухание волоконно-оптической линии, если уровень мощности входного сигнала Рвх= -12 дБм, а уровень мощности выходного сигнала Рвых= -24 дБм.
13.Определить затухание волоконно-оптической линии, если уровень мощности входного сигнала Рвх= -15 дБм, а уровень мощности выходного сигнала Рвых= -45 дБм.
14.Определить затухание волоконно-оптической линии, если мощность входного сигнала Рвх= 0,1 мВт, а уровень мощности выходного сигнала Рвых=
-25 дБм.
15.Определить затухание волоконно-оптической линии, если уровень мощности входного сигнала Рвх= -10 дБм, а мощность выходного сигнала Рвых= 10 мкВт.
16.Определить абсолютную погрешность измерения потерь, если абсолютная погрешность измерения оптической мощности равна Р = 0,06 дБм.
17.Определить затухание оптического сигнала, если известно, что уровень мощности входного сигнала Рвх= -19 дБм, а уровень мощности выходного сигнала Рвых= -48 дБм.
18.Определить затухание оптического сигнала, если известно, что уровень мощности входного сигнала Рвх= -19 дБм, а уровень мощности выходного сигнала Рвых= -48 дБм.
19.Как называется максимальный уровень мощности на входе приемного
устройства, при котором коэффициент ошибок находится в пределах нормы? 20. Какой источник излучения применяют в тестере?
58
21.Определить затухание волоконно-оптической линии, если уровень входного сигнала равен -25 дБм, а мощность выходного сигнала 1 мкВт.
22.Определить уровень выходного сигнала, если на входе мощность Рвх =1 мВт, а затухание ВОЛП составляет -15 дБ.
23.Определить мощность входного сигнала, если уровень выходного сигнала равен -40 дБм, а затухание ЛС составляет -20 дБ.
24.Определить погрешность измерения затухания методом светопропускания, если абсолютная погрешность измерения оптической мощности 0.04 дБм.
25.К какой группе измерений относится метод светопропускания?
26.Что необходимо сделать для снижения погрешности измерения методом обрыва, обусловленной плохой обработкой торца волокна?
27.Определить затухание волоконно-оптической линии, если уровень сигнала на входе составляет -30 дБ, а его уровень на выходе составляет -48 дБ.
28.Что необходимо обеспечить при измерении затухания методом обрыва?
29.Если мощность сигнала в относительных единицах составляет -40дБм, то сколько составит мощность этого сигнала в мВт?
30.Измерения каких параметров включают в себя линейные измерения?
31.Определить уровень оптической мощности на выходе линии, если длина линии 200 км, километрические потери 0,2 дБ/км, уровень мощности на входе -
10 дБм.
32. Определить абсолютную погрешность измерения потерь, если абсолютная погрешность измерения оптической мощности Р=0.08 дБм.
33.Определить затухание оптического сигнала, если мощность сигнала на входе волоконно-оптической линии Рвх=1 мВт, а на выходе Рвых=0,03 мВт.
34.Сколько милливатт составляет мощность сигнала, уровень которого в относительных единицах равен Р=10 дБм ?
35.Какой уровень мощности будет на выходе линии передачи, если длина
данной линии l= 10 км, затухание αкм= 0,35 дБ/км, а уровень на выходе передатчика составляет Рвых= -11 дБм?
36.Чему равен уровень перегрузки фотоприемных устройств ?
37.Определить мощность на выходе линии, если длина линии 10 км, километрическое затухание 0,5 дБ/км, а уровень на выходе передатчика -7 дБм.
38.При подключении тестера непосредственно к выходу источника излучения он показал уровень мощности -10 дБм, уровень мощности, измеренный на выходе линии, составил 10 мкВт. Определить затухание, вносимое линией.
39.Тестер измеряет уровень мощности на выходе источника с погрешностью 0,1 дБм, а при измерении уровня выходной мощности погрешность составила 0,2 дБм. Определить абсолютную погрешность измерения затухания.
40.Чем обусловлено дополнительное затухание сигналов в волоконных световодах?
41.При каких измерениях рекомендуется использовать метод обрыва?
59
42.Сколько милливатт или микроватт имеет сигнал, мощность которого в относительных единицах составляет 0 дБм?
43.Увеличиваются, уменьшаются или остаются без изменений затухания в оптическом волокне по мере увеличения частоты сигнала?
44.Для измерения переходного затухания измерители оптической мощности должны позволять измерять оптическую мощность какого порядка?
45.Назовите основные методы увеличения динамического диапазона оптического тестера.
46.Какие измерения позволяет производить оптический тестер?
47.Какой тип шкал используется в приемнике излучения?
48.Зависит ли затухание, вносимое аттенюатором, от длины волны света, проходящего через него?
49.Перечислите недостатки метода светопропускания.
50.Перечислите преимущества метода светопропускания.
51.Чем определяется полное затухание ОК?
52.Какие режимы имеет измеритель оптической мощности?
53.Каким основным фактором ограничен динамический диапазон оптического тестера?
54.Из каких основных устройств состоит оптический тестер?
55.Как в иностранной литературе обозначается анализатор потерь оптической мощности?
56.Что означает английское сокращение OPM?
57.Какое сокращение имеет международный союз электросвязи, секция - телекоммуникация?
58.Из чего состоят потери оптического кабеля?
59.Какие измерения позволяет производить оптический тестер?
60.Какой метод измерения затухания является наиболее простым?
61.В каких единицах измеряется коэффициент затухания?
62.В целях уменьшения случайной составляющей погрешности измерения повторяют не менее скольких раз?
63.С помощью какого устройства при измерениях переходного затухания проводят юстировку входного торца влияющего волокна по максимуму сигнала на выходе приемника излучения?
64.Когда проводятся измерения переходного затухания?
65.Какая длина волны излучения считается наиболее перспективной для целей мониторинга ВОЛП?
66.Как изменяется затухание в ОВ с увеличением частоты оптической несущей?
67.От каких внешних воздействий могут возникнуть приращения затухания волоконно-оптического кабеля?
68.Как влияет осевое смещение торцов ОВ на затухание?
69.При каком методе измерения затухания показаниями измерительного прибора является рефлектограмма?
70.Какие длины световых волн способствуют более эффективному поиску мест изгибов волокна?
60