SER8 (Волоконно-оптическая линия связи)

9. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МЕТОДИК ИЗМЕРЕНИЙ

В процессе строительства ВОСП выполняются ряд измерений для определения состояния кабеля. Такие как : входной контроль оптических волокон, контроль прикладываемых к кабелю механических нагрузок, измерения качества выполнения неразъемных соединений ОВ, измерения затухания ОВ и т.д..

В данном дипломном проекте рассматривается измерения качества выполнения неразъемных соединений ОВ.

Данный вид измерений производится в процессе монтажа ОК при сращивании строительных длин. Измерения рекомендуется проводить оптическим рефлектометром методом обратного рассеяния.

В основе этого метода явление обратного рэлеевского рассеяния. При реализации этого метода измеряемое волокно зондируют оптическими импульсами, вводимыми в ОВ через оптический направленный ответвитель. Из-за флюктуаций показателя преломления сердцевины вдоль волокна, отражений от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине волокна, возникает обратно рассеянный поток. Мощность этого потока, измеренная в точке ввода оптических зондирующих импульсов в волокно с некоторой задержкой t относительно момента посылки зондирующего импульса, пропорциональна мощности, обратнорассеянной в точке кабеля, расположенной на расстоянии

Lx=tv/2 ( 9.1 )

где v - групповая скорость распространения оптического импульса. Соответственно при измерении с конца кабеля зависимости мощности обратного рассеянного потока от времени определяется распределение мощности обратнорассеяного оптического сигнала вдоль кабеля - характеристика обратного рассеяния волокна. По этой характеристике можно определить функцию затухания по длине с конца кабеля, фиксировать местоположения и характер неоднородностей. Как правило, регистрируют отдельные реализации характеристики обратного, а затем их усредняют во времени и уже усредненные значения выводят на устройство отображения.

Для реализации данного метода разработаны специальные приборы - оптические рефлектометры во временной области. Они получили широкое распространение благодаря своей универсальности, так как обеспечивают одновременное определение целого ряда важнейших параметров: степени регулярности кабеля, мест неоднородностей и повреждений, потерь в местах соединений, затухания и др.

Как правило, типичный комплект оптического рефлектометра включает базовый блок и набор сменных блоков, каждый из которых работает на определенных длинах волн ( 0,85, 1,3, 1,55 мкм ) и имеет свои характеристики.

В случае отсутствия локальных неоднородностей, стыков и т.п. характеристика обратного рассеяния ОВ, изменяемая в пределах динамического диапазона рефлектометра, носит монотонный линейный характер. Изменение показателя преломления в значительно большей мере сказываются на обратном потоке, чем на распространяющемся в прямом направлении. Поэтому флюктуация показателя преломления сердцевины волокна приводит к “дрожанию” характеристики. Однако монотонный характер ее среднего значения сохраняется.

Локальные неоднородности, стыки нарушают монотонный характер изменения, рефлектограммы, причем рефлектограмма искажается не только в точке, соответствующей местоположения неоднородности, но и в зоне около нее ( приблизительно 100…200 м. ). Это обусловлено возбуждением на неоднородностях ОВ мод, распространяющихся в обратном направлении, а также излучаемых и оболочечных мод.

При вводе оптического излучения в исследуемое ОВ из-за френелевского отражения на торцах вилочной части разъемного соединителя рефлектограмма в начале имеет выброс, за которым начинаются искажения. Поэтому на начальном участке рефлектограммы измерения проводить нельзя. Конец этой зоны определяется как начало участка характеристики, на котором она принимает монотонный линейный характер.

Типичный вид характеристики обратного рассеяния в месте соединения в месте соединения ОВ приведен на рис.(16).

а ) в)

Рис.(16) Вид характеристики обратного рассеяния.

Если соединение соответствует общепринятым требованиям, то локальные неоднородности в месте стыка отсутствуют и рефлектограмма имеет вид ( ступеньки вверх или вниз ). Изменение обратнорассеянного потока в месте соединения ОВ обусловленно потерями в месте соединения и рэлеевскими отражениями за счет разности показателей преломления сердцевина соединительных волокон.

Результирующие изменения мощности обратнорассеяного потока в месте стыка ОВ, обусловленные потерями отражением, могут отображаться как ступенькой вниз (рис.(16.а)), так и ступенькой вверх (рис.(16в)). При этом если изменение за счет потерь при изменениях с разных концов волокна имеет один и тот же знак, то знак изменения из-за отражения при измерении с разных концов волокна меняется на противоположный. Вид рефлектограммы в месте стыка зависит от соотношения долей вклада потерь на стыке и отражения в результирующие изменения мощности обратнорассеянного потока на стыке волокон. Поскольку мощность оптического сигнала, распространяющегося в прямом направлении, в месте стыка волокон всегда уменьшается, то во всех случаях будут выполняться условия:

1.Если на характеристике обратного рассеяния, регистрируемой с одного конца линии, место стыка ОВ отображается ступенькой вверх, то на характеристике обратного рассеяния, регистрируемой с другого конца волокна, оно всегда отобразится ступенькой вниз.

2.Если на характеристике обратного рассеяния, регестриуемой с одного конца линии, место стыка отображается ступенькой вниз, то на характеристике, регистрируемой с другого конца, оно отображается либо ступенькой вверх, либо вниз.

Измерение затухания на соединениях ОВ, применяется в большинстве рефлектометрах и заключается в следующем. Участки характеристики обратного рассеяния ОВ в строительных длинах до и после стыка аппроксимируются известной зависимостью, например линейной. Затем путем экстрополяции в первом случае вперед, а во втором случае назад оценивают уровни мощности оратнорассеянного потока в ОА в конце первой (р1) и начале второй (р2) сращиваемых строительных длин, т.е. в месте стыка. Затухание на стыке оценивают как разность

ас =р1 - р2 ( 9.2 )

Рефлектометром предусматривается автоматическое измерение затухания ОВ. Наибольшее применение нашел способ пяти точек. Согласно этому способу оператор в режиме “Измерение затухания на стыках ОВ” расставляет пять маркеров рис.(17): два (1,2) - на монотонно падающем участке характеристики одной строительной длины, два маркера (4,5) - на монотонно падающем участке другой строительной длины и один маркер (3) в месте стыка. Важно, чтобы маркеры 1,2 и 4,5 не были установлены на выбросах и провалах характеристики. В режиме линейной аппроксимации через точки 1,2 и 4,5 как бы проводятся прямые линии. Расстояние по оси ординат между этими прямыми в точке установки маркера 3 пропорционально искомому значению потерь в месте стыка.

Весь процесс измерения после расстановки маркеров - автоматический, результат измерения выводится на устройство отображения.

Задача измерителя - правильно расставить маркеры.

* *

1 2 3 4 5

_{* * *}

рис.( 17 ) Метод пяти маркеров

Нормативно-техническая документация регламентирует при оценке затухания, стыков ОВ проведение измерений с двух концов кабеля (А и Б) и определение результатов измерений или среднеалгебраического значения результатов двух измерений в направлениях А-Б и Б-А по формуле:

ас = (аАБ+аБА) / 2 ( 9.3 )

где ас - результат измерения затухания на стыке.

аАБ, аБА - результаты измерения в направлениях А-Б, Б-А.

Значение ас не должно превышать нормируемого для данного типа ОК допустимого значения затухания стыка ОВ. Результаты измерений ОВ заносятся в паспорт на смонтированную муфту.

Паспорта на смонтированные муфты составляют впоследствии по результатам измерений, проведенных в двух направлениях на смонтированном РУ.

Прядок проведения измерений:

1.Оптический рефлектометр (ОР) размещают на РП и, готовят прибор к работе. ОВ монтаж, которого предполагается, подключается к ОР.

Так как кабель ОМ, то оконцованное волокно непосредственно подключают к разъему ОР. При этом предварительно розетку разъема очищают спиртом, а на наконечник вилочной части разъема волокна наносят каплю иммерсионной жидкости ( чистый глицерин ).

2.Если измерения производятся в двух направлениях, то на противоположном конце размещают специальную машину, в которой установлен ОР и, готовят его к работе. Т.к. волокно ОМ то к нему предварительно подваривается отрезок оконцованного волокна, которое непосредственно подключается к рефлектометру.

3.Со стороны РП производят измерение затухания ОВ на строительных длинах с целью оценки состояния ОК после прокладки.

4.Со стороны РП до проведения работ по стыку ОВ с максимально возможной точность определяют ОР расстояние до монтируемой муфты. Это очень важно, поскольку при качественно выполненном соединении визуально определить его на характеристике обратного рассеяния всего РУ практически невозможно.

5.После юстировки и сращивания ОВ в монтируемой муфте по запросу кабельщиков, осуществляющих монтаж муфты, определяется затухание стыка со стороны РУ. Измерения производятся в соответствии с техническим описанием прибора.

6.Если измерения производятся в двух направлениях, то затухание стыка определяют как средне алгебраическое результатов, полученных с противоположных концов.

Для измерений используется рефлектометр MW910C фирмы Anritsu (Япония) - высокоскоростной измерительный прибор, предназначенный для обнаружения и измерения расстояния до места дефектов ОК, измерения потерь в кабеле и соединителях. В состав прибора входят: основной блок и сменные блоки, позволяющие проводить измерения в диапазонах волн 0,85, 1,3, 1,55 мкм. ММ и ОМ кабелей, графопостроитель, встроенный принтер для термочувствительной бумаги и др.

Питанте основного блока осуществляется от сети переменного тока с различными параметрами, в том числе напряжением 220В и частот 50Гц. Рабочий диапазон температуры окружающей Среды -15…55”С. Габаритные размеры блока 177 284 381 мм. Не более 13,7 кг.