Ваша заявка принята. В ближайшее время мы с вами свяжемся.


Строй-ТК 

Мы в соцсетях:
пн.-пт. с 9:00 до 19:00
Полезная информация
Глоссарий
Статьи
СКС
ВОЛС
Введение в волоконно-оптические кабели
Оптические рефлектометры. Основные характеристики и принципы работы
Импульсный оптический рефлектометр
Часть 1
Часть 2
Измерение потерь при термическом соединении оптических волокон
Влияние разрешающей способности оптического рефлектометра на точность измерений
Оптоволоконные стыки, показывающие усиление
Значимость установки эффективного группового показателя преломления
Методы измерения параметров оптических компонентов, ВОЛС и ВОСП.
ЦОД
ОПС
Видеонаблюдение
СКУД
Охранная сигнализация
АТС
Обслуживание сетей
Cистемы безопасности
Системы кондиционирования и вентиляции
Системы часофикации
Системы коллективного приема телевидения
Электроснабжение и освещение
Разное интересное и полезное
Мнение экспертов
Вопросы и ответы
Черный список контрагентов - Заказчики
Черный список контрагентов - Поставщики
Расчет стоимости
Заявка на проект
Я зарегистрирован на Портале Поставщиков

Проектирование и монтаж СКС
Монтаж электроснабжения и освещения
Монтаж системы видеонаблюдения
Установка охранно-пожарной сигнализации
Проект ЭОМ

Импульсный оптический рефлектометр. Часть 1

Введение

Импульсные оптические рефлектометры (OTDR - Optical Time Domain Reflectometer) различных типов широко используются практически на всех этапах создания волоконно-оптических систем связи: от производства волокна и оптического кабеля до строительства волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и их эксплуатации. Оптический рефлектометр предоставляет возможность быстрой и удобной диагностики состояния волокон, кабелей и волоконно-оптических линий связи в целом. В частности рефлектометр позволяет:

  • Определять распределение потерь вдоль ВОЛС, выявлять дефектные участки или элементы линии связи.
  • Определять точное расположение обрывов или дефектных участков ВОЛС.
  • Оценивать полные потери в волоконно-оптической линии связи при приемке линии и периодическом тестировании.
  • Измерять средние потери оптического волокна на катушках, равномерность распределения потерь в волокне и выявлять наличие локальных дефектов при производстве волокна.
  • Измерять потери в механических и в сварных соединениях.
  • Измерять коэффициент отражения и коэффициент помех для встречного направления.
  • Обнаруживать постепенное или внезапное ухудшение качества волокна путем сравнения его характеристики с результатами более ранних измерений.

Рефлектометр стал одним из самых распространенных приборов для диагностики ВОЛС, поскольку предоставляет возможность оперативной неразрушающей диагностики инсталлированной линии связи с использованием доступа только к одному концу волокна. При этом, рефлектограмма линии связи является обязательным элементом документации на ВОЛС при ее сдаче в эксплуатацию.

Принцип работы импульсного оптического рефлектометра

Принцип работы импульсного оптического рефлектометра основан на измерении мощности светового излучения, рассеянного или отраженного различными участками волоконно-оптической линии связи при распространении вдоль нее короткого зондирующего светового импульса. Поскольку фотоприемник рефлектометра расположен вблизи того же конца волокна, через который вводится зондирующий световой импульс, то регистрируется только та часть рассеянного (отраженного) излучения, которая «канализируется» волокном и распространяется вдоль него в сердцевине. Анализ временной зависимости рассеянного излучения, попадающего на фотоприемник рефлектометра, позволяет рассчитать целый ряд характеристик волокна и волоконно-оптической линии связи. Если коэффициент рассеяния света в некоторой области волокна известен, то рефлектометр позволяет определить мощность зондирующего сигнала в этой области. Если коэффициент обратного рассеяния не известен, но одинаков в определенных участках ВОЛС, то рефлектометр позволяет определить отношение мощностей сигнала на этих участках и, таким образом, затухание между этими участками.

Основное различие между явлениями отражения и рассеяния света назад в оптическом волокне заключается в том, что отражение – локальное явление, а рассеяние – распределенное. В волокне отражение обычно возникает в местах соединения волокон разного типа, при наличии изломов, трещин и других, крупных по сравнению с длиной световой волны, но малых по сравнению с длительностью светового импульса неоднородностей показателя преломления. Рассеяние происходит на мелких неоднородностях, которые хаотически, но примерно равномерно распределены вдоль всего волокна. Формирование отраженного и рассеянного излучения в оптическом волокне иллюстрирует рис.1.

Световой сигнал, отраженный от неоднородности

А) Световой сигнал, отраженный от неоднородности в точке : форма отраженного сигнала совпадает с формой зондирующего импульса.

Сигнал обратного рассеяния

Б) Сигнал обратного рассеяния от участка волокна с большим коэффициентом рассеяния: длительность сигнала обратного рассеяния равна времени двойного прохода света по этому участку.

Рисунок 1. Формирование отраженного и рассеянного излучения при распространении короткого светового импульса (зондирующего сигнала) в оптическом волокне.

Поскольку отражение происходит от конкретной области волокна с некоторой координатой то формируется отраженный световой сигнал, форма которого совпадает с формой зондирующего сигнала (рис.1а.).

В окнах прозрачности современных одномодовых ОВ, т.е. в спектральных областях вблизи длин волн 1300 нм и 1550 нм, основной причиной затухания света является рассеяние света на неоднородностях малого размера (неоднородности считаются малыми, если их диаметр , λn - длина волны света в волокне), возникшими в силу термодинамических флуктуаций плотности в расплавленном кварце и зафиксированными в нем в процессе затвердевания при вытягивании волокна. Такие неоднородности волокна называются «вмороженными» неоднородностями. Закономерности рассеяния на «вмороженных» неоднородностях очень хорошо совпадают с закономерностями рэлеевского рассеяния, полученными теоретически для рассеяния на сферических неоднородностях малого диаметра. Поэтому такой вид рассеяния света в волокне (когда ) называется рэлеевским рассеянием света.

Величина рэлеевского рассеяния ~

Рэлеевское рассеяние характеризуется сферической симметрией рассеянного излучения (см. рис. 2а), поэтому в однородной среде интенсивность излучения быстро уменьшается из-за расходимости излучения. В оптическом волокне часть рассеянного излучения канализируется сердцевиной и распространяется вдоль волокна с малым затуханием не испытывая дифракционной расходимости (см. рис. 2б) в направлении входного торца ОВ. Именно эта часть рассеянного излучения попадает на фотоприемник, регистрируется и служит источником информации об оптическом волокне.

Рэлеевское рассеяние в однородной среде
А) Рэлеевское рассеяние в однородной среде. Мощность излучения быстро падает с расстоянием из-за расходимости.

 

Рэлеевское рассеяние в ОВ

Б) Рэлеевское рассеяние в ОВ. Часть излучения, попадающая в числовую апертуру, распространяется назад вдоль волокна без расходимости.

Рисунок 2. Рэлеевское рассеяние света в однородной среде (а) и в ОВ (б).

Поскольку рассеивающие центры распределены в среднем равномерно вдоль волокна, то рассеянное разными центрами излучение возвращается к входному торцу волокна в разное время (с разной задержкой) и, поэтому, даже короткий зондирующий импульс формирует непрерывный убывающий по мощности сигнал обратного рассеяния. Зависимость мощности сигнала обратного рассеяния, поступающей на фотоприемник, измеряемая в дБ, от времени приведена на рис. 3.а и соответствующая зависимость затухания в дБ от расстояния на рис. 3.б.

Временная зависимость регистрируемой фотоприемником мощности обратного рассеяния

Временная зависимость регистрируемой фотоприемником мощности обратного рассеяния

Рисунок 3. Временная зависимость регистрируемой фотоприемником мощности обратного рассеяния (а) и соответствующая этой временной зависимости рефлектограмма, полученная переходом к новой горизонтальной и вертикальной шкалам по формулам (4,5).

Мощность сигнала обратного рассеяния в однородном ОВ уменьшается во времени по двум причинам:

  • Уменьшается мощность (энергия) зондирующего сигнала.
  • Рассеянное излучение ослабляется во столько же раз при распространении вдоль волокна в обратном направлении.

Для коротких зондирующих импульсов мощность обратного рассеяния Ps(L,L) от некоторого малого участка с координатой L вблизи этого участка определяется энергией импульса на этом участке W(L) и коэффициентом обратного рассеяния Ks волокна (единица измерения с -1):

Ps(L,L) = W(L)Ks = WоA(L)Ks,     (1)

где Wо - энергия зондирующего импульса на входе в волокно, A(L) - интегральное затухание света на участке от торца волокна до тестируемого участка с координатой L.

Мощность, регистрируемая фотоприемником рефлектометра, меньше приведенной мощности в число раз, равное затуханию света на пути от тестируемого участка до входного торца волокна. Затухание на некотором участке линии связи, построенной из одномодовых волокон, не зависит от направления, следовательно, регистрируемая фотоприемником мощность равна:

Ps(L) = A(L)Ps(L,L) = WoA2(L)Ks = Ps(0)A2(L)     (2),

где Ps(0) = WoKs.

В логарифмических единицах выражение (2) преобразуется к следующему виду:


PSDBm(L) = PSDBm(0) – 2ADB(L)     (3),

где PSDBm(0) = 10log10Ps(0) - уровень мощности сигнала обратного рассеяния вблизи входного торца волокна, ADB(L) - интегральное затухание в логарифмических единицах (децибелах) на пути от входного торца волокна до участка с координатой L.

Зависимость мощности в дБм от времени приведена на рис. 3а. Мощность, регистрируемая в моменты времени tA и tB, определяется удвоенным затуханием света на пути до этих участков. Поскольку задачей измерений является измерение затухания, а не его удвоенного значения, то для удобства работы с рефлектометром прибор пересчитывает измеренную зависимость так, что на вертикальной шкале откладывается значение затухания в дБ, которое вдвое меньше значения разности между уровнем потерь в измеряемой точке и начальным уровнем потерь (рис 3.б):

ADB(L) = 0,5[PSDBm(0) - PSDBm(L)]     (4),

или

ADB(L) = 5log10[Ps(0)/Ps(L)]     (4a).

По горизонтальной шкале отложено расстояние путем пересчета по формуле: L = 0,5tVGR (5)

Где VGR - групповая скорость распространения импульса по световоду.


Структура импульсного оптического рефлектометра и функции его элементов

Блок - схема импульсного оптического рефлектометра приведенная на рис.4. Световые импульсы относительно большой мощности от встроенного в импульсный оптический рефлектометр источника (импульсного лазера) вводятся в тестируемое волокно через ответвитель, а высокочувствительный приемник измеряет временную зависимость мощности светового сигнала, возвращающегося из тестируемого волокна обратно в рефлектометр.

Блок - схема импульсного оптического рефлектометра

Рисунок 4. Блок - схема импульсного оптического рефлектометра

Источниками зондирующих импульсов в подавляющем большинстве рефлектометров являются полупроводниковые лазеры с прямой модуляцией током накачки. Такие лазеры при фиксированном токе накачки генерируют световые импульсы фиксированной мощности и переменной длительности, задаваемой длительностью импульса тока накачки, вырабатываемого блоком управления. Применяются полупроводниковые лазеры, генерирующие импульсы длительностью от 1 нс до 10 мкс.

Блок управления вырабатывает импульсы тока накачки с частотой, задаваемой устанавливаемой вручную или определяемой автоматически максимальной длиной тестируемого участка ВОЛС. Одновременно на блок обработки данных подаются синхронизующие электрические импульсы.

Зондирующий световой импульс попадает в тестируемую ВОЛС через разветвитель с двумя рабочими входными и одним выходным портами (рис.5). Обычно в качестве разветвителей используется устройство, выполняемое на основе четырехполюсника с двумя входными (1, 2) и двумя выходными (3, 4) портами, из которых задействованы только три (1, 2, 3). С двумя входными портами соединены импульсный лазер и приемный преобразователь, а с рабочим выходным портом соединяется тестируемый участок ВОЛС.

Схема оптического разветвителя

Рисунок 5. Схема оптического разветвителя

Четвертый порт разветвителя не используется и закрыт специальным устройством, поглощающим падающее на него излучение без отражения.

С помощью этого же разветвителя сигнал обратного рассеяния от ВОЛС через порт (3) и порт (2) попадает на фотоприемник измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь преобразует оптические сигналы в электрические так, что величина электрического тока преобразователя прямо пропорциональна мощности светового сигнала. В состав измерительного преобразователя наряду с фотоприемником входит смонтированный вместе с ним на одной плате и в одном корпусе предусилитель. Основные требования к приемному преобразователю – высокая чувствительность, малый уровень шумов и широкая полоса частот (последнее требование эквивалентно малой постоянной времени). Наряду с указанными требованиями приемный преобразователь должен иметь максимально возможную линейность преобразования в большом динамическом диапазоне мощностей светового сигнала.

Блок обработки данных – это мозг рефлектометра. В нем происходит обработка электрического сигнала от измерительного преобразователя и строится рефлектограмма, поступающая на дисплей. В этом же блоке осуществляются все виды автоматической обработки рефлектограмм и автоматических измерений.

Одним из основных компонентов блока обработки данных является схема измерения временных задержек. Поскольку расстояние до тестируемого участка ВОЛС определяется путем пересчета измеренной временной задержки соответствующего этому участку рассеянного или отраженного сигнала, то для получения высокой пространственной точности измерений необходимо обеспечить высокую точность измерения временных задержек. Для получения правильного значения расстояния при измерениях рефлектометром важно установить точное значение показателя преломления, т.к. расстояние равно произведению скорости света на групповую скорость, обратно пропорциональную величине показателя преломления волокна.

Показатель преломления волокна зависит от длины волны по двум причинам. Во-первых, из-за того, что показатели преломления сердцевины и кварцевой оболочки зависят от длины волны (материальная дисперсия). Во-вторых, потому что волна распространяется частично в сердцевине, а частично и в оболочке, поэтому показатель преломления волокна принимает некое среднее значение между величиной показателя преломления сердцевины и кварцевой оболочки. При изменении длины волны изменяется глубина проникновения волны в кварцевую оболочку, и, соответственно, величина эффективного показателя преломления (волноводная дисперсия). Скорость перемещения импульса Vr (групповая скорость) принято характеризовать групповым показателем преломления: . Групповой показатель преломления nr связан с фазовым показателем преломления n соотношением . Величина группового показателя преломления обычно приводится в спецификациях на оптический кабель. Если этого не сделано, то в этом случае в рефлектометре можно установить среднее значение группового показателя преломления для одномодового волокна nr = 1,467.

В современных рефлектометрах блок обработки данных состоит из аналогово-цифрового преобразователя и блока цифровой обработки – специализированного компьютера. Для уменьшения уровня шума и следовательно расширения динамического диапазона (подробнее см. раздел. 7) при сохранении пространственного разрешения в блоке цифровой обработки осуществляется накопление данных от большого числа отраженных сигналов. (Уровень шума уменьшается пропорционально корню квадратному из числа сигналов.)

Сформированная блоком обработки данных в электронном виде рефлектограмма подается на дисплей, либо обрабатывается в специальных блоках автоматической обработки и на дисплей подаются результаты обработки. Рефлектограмма может записываться в память рефлектометра, либо может сравниваться с хранящимися в памяти рефлектограммами.

Анализ рефлектограммы

Широкое распространение рефлектометров связано с удобством тестирования ВОЛС и отдельных волокон и кабелей этим прибором. На экране рефлектометра в виде графика наглядно представлено изменение относительной мощности сигнала обратного рассеяния в логарифмических единицах с расстоянием. Такой график называется рефлектограммой и по нему можно качественно судить о состоянии тестируемого участка ВОЛС, а также производить целый ряд количественных измерений.

Типичная рефлектограмма импульсного рефлектометра приведена на рис.6.

Типичная рефлектограмма импульсного рефлектометра

Рисунок 6. Типичная рефлектограмма импульсного рефлектометра

Вертикальная шкала определяет уровень потерь в логарифмических единицах. Горизонтальная ось соответствует расстоянию от рефлектометра до тестируемого участка

В типичной рефлектограмме можно выделить участки двух типов:

  • Участки, свободные от отражающих или поглощающих точечных объектов.
  • Участки, непосредственно примыкающие к сильно отражающим или поглощающим точечным объектам.


Обратите внимание на наши специальные предложения:

  • Замена светильников ЛПО12-2х40 на энергосберегающие светодиодные светильники 55Вт.
  • Техническое обслуживание пожарной сигнализации.
  • Замена люминесцентных светильников на энергосберегающие светодиодные.
  • Замена светильников с КЛЛ на энергосберегающие светодиодные Downlight.


Нам доверяют:

  • Техническое обслуживание электроустановки Потребителя.
  • Акадо Телеком.
  • МФТИ.
  • Хоум Кредит.
  • ФГУП НИИ Аэропроект.
  • АРМО.
  • Авито.
  • ПАО СБЕРБАНК.
  • Е-Сервер.ру.
  • НПФ Благосостояние.
  • Эвалар.
  • Манго Телеком.
  • СКЦ Росатома.
  • J&T Bank.
  • Энвижн Груп.
  • АО ЭНИЦ.
  • Связной Банк.
  • Присско.
  • Сеть гипермаркетов ОКЕЙ.
  • ТЭМБР банк.
  • Компания Р-Стайл.
  • Россельхозбанк.
  • Транскапиталбанк.
  • Аргументы и факты.
  • Ситроникс КАСУ.
  • Банк УРАЛСИБ.
  • Желтые Страницы.
  • Техносерв АС.
  • ПК ХК Электрозавод.
  • ИБ Веста.
  • Юнимакс.
  • Гипермаркет Мосмарт.

Лицензии и сертификаты
Наши клиенты
Новости
Акции
Полезная информация
Новости отраслей
Вакансии
Контакты

© 2008-2017 ГК "Строй-ТК": проектирование, поставка, монтаж и техническое обслуживание инженерных систем объекта. г. Москва, 1-й Варшавский проезд, д. 2К1А
Web-дизайн, разработка сайта - студия Obsudim. Оптимизация, продвижние сайтов и поддержка.
Сайт работает на системе управления сайтом Handy.CMS
Система управления сайтом 
			Handy.CMS         Студия веб-дизайна 'Obsudim'