Метод обратного рассеяния

Отличительным от предыдущих методов измерения затухания является метод обратного рассеяния. Рефлектометр - прибор большой точности с большим динамическим диапазоном, он предназначен для применения во всех системах передачи информации по ВОЛС. Позволяет производить простое измерение затухания линейных кабелей, а также удобно определить места перепадов затухания в точках сварок и на разъёмах соединителей. Прибор является лазерным устройством, в отношении потенциала опасности относится к классу 1, это означает, что лазерное излучение безопасно.

Рефлектор работает по принципу обратного рассеяния. Данный метод измерения параметра оптического волокна нашёл широкое распространение в строительстве и эксплуатации ВОЛС в виду возможности одновременного измерения нескольких параметров оптического волокна (ОВ).

Принцип измерения оптического волокна методом обратного рассеяния основан на наблюдении потока обратного рэлеевского рассеяния, возникающего вследствие отражения от неоднородности.

Принцип измерения основан на наблюдении потока обратного рассеяния в ОВ, возникающего при прохождении по нему зондирующего сигнала вследствие отражения от рассеянных и локальных неоднородностей. Принцип измерения показан на рис. 2.3.

Импульсивный генератор вырабатывает периодические импульсы, которые через схему накачки лазера превращаются в световые импульсы, вводимые в ОВ через оптический ответвитель. Рассеянное назад излучение, возникающее в ОВ вследствие релеевского рассеяния и френелевских отражений, поступает через ответвитель на чувствительный фотодиод, чей выходной сигнал отображается на мониторе.

Кривая обратного рассеяния изображена на рис. 2.4 минимальный интервал измерения ΔL зависит от длительности зондирующего импульса Δt и группового показателя преломления сердцевины (n):

ΔL=c*Δt/(2*n) (2.5)

С помощью этой кривой можно определить место обрыва ОВ (обычно определяется между пиками отражения). При этом коэффициент затухания может быть вычислен:

α =(P1-P2)/(L_ges- L₂) (2.6)

Характерные точки кривой обратного рассеяния оптического волокна:

1. На выходе разъема прибора имеем большое отражение, которое характеризуется мертвой зоной. В свою очередь, мёртвая зона зависит от длительности импульса, чем длиннее импульс, тем шире мёртвая зона.

2. Волокно на однородных участках представляет собой падающую экспоненту.

3. Скачки затухания, вызванные дефектом ОВ или в местах сварки, а также на разъёмах.

4. Маленькие включения инородных примесей в ОВ или пузырьки воздуха вызывают отражение в виде небольших выбросов.

5. При несогласованных разъёмах ОВ или сращивании возникают отражения и скачок затухания.

Рис. 2.3 Принцип действия рефлектометра

Рис. 2.4 Кривая обратного рассеяния

6. В случае сварки волокна с различными потоками обратного рассеяния может возникнуть скачок, который будет положительным при большой величине обратного рассеяния на втором отрезке ОВ по сравнению с первым.

7. При большом затухании сигнал уменьшается на столько, что достигается область шумов.

8. Интенсивный отражённый сигнал возникает у конца волокна. Здесь отражается до 4% световых импульсов.

Проводимые измерения.

К проводимым измерениям относятся входной контроль и измерение сварки. Входной контроль включает в себя измерение длины и километрического затухания. Измерения проводятся в режиме LOSS. Используется два маркера в виде звёздочки, крестика или параллельно вертикальных линий.

Для измерения строительной длины начало отсчёта ведётся от разъёма. Длина волокна зависит от коэффициента преломления. Для кабеля Siemens коэффициент преломления равен 1,4675.

При измерении километрического затухания уходят от мёртвой зоны для более точного определения затухания. На экране монитора появится длина волокна, выделенная маркерами, общее затухание и километрическое затухание.

Измерение сварки проводится в режиме SPLISE. В этом режиме используются 5 маркеров. Центральный ставится на начало сварки, два маркера - для маркировки прямолинейного участка ОВ слева, два для маркировки прямолинейного участка справа. Затухание измеряется вертикальным промежутком между обоими стыками прямых с центральным маркером.

Для оценки потерь, в зависимости от выбранного режима измерения, возможно использование двух методов оценки результатов:

· метод среднеквадратичных отклонений(LSA);

· метод двух точек (2 PA).

LSA: участок между маркерами как бы разбивается на маленькие площади и апроксимируется. Между маркерами устанавливается средняя линия. Учитываются все данны между маркерами.

2 РА: В соответствии маркеров устанавливается прямая. Учитываются только данные позиции маркеров.

Метод LSA целесообразно применять при измерении небольших участков волокна, а метод 2РА при измерении всей линии.

Таким образом, манипулируя усилением регистрируемого сигнала обратного рассеяния и временем генератора развертки ЭО, снимают зависимость излучения обратного рассеяния от расстояния от начала ОВ измеряемого кабеля. Обобщенный вид типичной диаграммы обратнорассеянного излучения показан на рис. 2.4. Начальный выброс интенсивности излучения обусловлен потоком отражения от входного торца ОВ и не идеальностью НО. Отдельные всплески на диаграмме соответствуют отражению светового импульса от локальных неоднородностей. Последний всплеск вызван отражением светового потока от выходного торца ОВ.

По диаграмме обратного рассеяния определяют среднее значение километрического затухания, дБ/км, ОВ на длине L=x₂-x₁:

α =(P1-P2)/2L, (2.7)

где Р₁ и Р₂ — значения мощности обратнорассеянного излучения в точках x₂ и x₁.

Основными недостатками метода обратного рассеяния являются невысокая точность измерений и низкий динамический диапазон. Необходимый динамический диапазон при измерениях методом обратного рассеяния определяется суммой двойного затухания измеряемой линии (2a_L), затуханием потока рэлеевского рассеяния (a_p(x)) ОВ, которое для волокна высокого качества составляет в среднем 40дБ при l=0,85 мкм и возрастает при более длинных волнах пропорционально значению 20lg(l/0,85)⁴. Кроме того, необходимо учитывать потери мощности при вводе зондирующего сигнала в ОВ и выводе обратного излучения а_вв, которое в среднем составляет 6...15 дБ.

Таким образом, при затухании а_L=40дБ на l=0,85 мкм требуемый динамический диапазон измерительной установки, дБ:

а_дд=40+2а_L+а_вв»130. (2.8)

динамический диапазон современных измерительных установок, использующих метод обратного рассеяния, обычно равен 80...90 дБ, что позволяет осуществлять измерения с затухания а_L<(15... 20) дБ.

Указанный метод имеет ряд достоинств: во-первых, это неразрушающий метод, а во-вторых, он позволяет проводить измерения с одного из концов ОВ. Кроме того, при данном методе не требуется знание мощности вводимого в ОВ излучения при каждом измерении, что в рассматриваемых ранее методах являлось важным условием измерений.

На точность измерений данным методом в основном влияют локальное модовое распределение, непостоянство коэффициента обратного рассеяния вдоль ОВ и нестабильность излучателя и фотоприемника.

Недостатками метода являются небольшой динамический диапазон измерений, обусловленный малой мощностью излучения обратного рассеяния, приходящего к фотоприемнику, и необходимость применения сложной высокочувствительной широкополосной электроники для реализации метода.

Дата добавления: 2015-07-11