Пояснительная записка (1214924), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Учитывая диапазон измерения ХД, первоеусловие, выбираем частоту модуляции, которая является максимальной (f), атакже шаг перестройки длины волны лазеров360 ∙ ∙ ∆ ∙ = ∆ ≈ 360(2.3)Диапазон воспроизведения единицы ХД определяется в результатеисследования средств измерений. Для оптических волокон типа G.652, G.653,G.655, необходимая длина образца оптического волокна меры составляетпорядка12,5км.Новслучае,еслинужноувеличитьдиапазонвоспроизводимых значений ХД, то в этом случае будет противоречие пятомуусловию - минимизации неопределенности результатов измерений ХД. Из-заэтого, длина ОВ не может быть больше такой величины, позволяющаяобеспечить хранение единицы ХД в диапазоне -400÷400 пс/нм, то есть 12,5 км.Из условий (2) - (4) , (6) и (7) видно, чтобы уменьшить неопределенность вклассической схеме необходимо внести такие изменения, которые позволяют свысокой точностью мерить фазу - условие (2) и длину волны оптическогоизлучения - условие (3), обеспечить стабильность частоты модуляции - условие(4), а также стабилизировать температуру измеряемого оптического волокна условие (6) и увеличить шаг перестройки по длине волны лазеров - условие (7).Также шаг перестройки по длине волны не может быть чересчур большим,19для того чтобы не было перескока фазы на 360°, но и также быть таким, чтобыизменение фазы устремлялось к 360°.
Т.к. есть несколько типов ОВ с различнойдисперсионной характеристикой, то можно применять перестраиваемый лазер всхеме измерения ХД. Пользуясь формулой (2.1), вычислим максимальнуючастоту модуляции при шагах перестройки 1, 2, 3, 4, 5 нм и при максимальныхзначениях ХД 40 пс/нм и 400 пс/нм - типичных значениях для волокна G.652 иG.653, G.655 в различных диапазонах оптического спектра. Для этогозададимся условием, что разность фаз равна 360°, тогда и максимальная частотав МГц равна:103=∆ ∙ (2.4)Таблица 2.1 - Максимальная частота модуляции , МГЦ для∆, нм12345D=40пс/нм250001250083306250500D=400 пс/нм25001250833625500Исходя из таблицы 2.1, при шаге перестройки длины волны 1 нм частота(максимальная) составляет 12,5 ГГц.
Одновременно с этим при такомнебольшом шаге происходит увеличение неопределенности результатовизмерений ХД. Но при шаге перестройки длины волны 5 нм, неопределенностьуменьшается в точках измерения, но теряется фрагмент информации о ХДмежду этими точками. Следовательно, необходимо выбирать значение шагаизмерения длин волн в диапазоне от 1 до 5 нм. Чтобы соблюсти баланс междуинформативностьюспектральногораспределенияХДималенькойнеопределенностью измерения ХД можно выбрать шаг 4 нм. Тогда частотумодуляции для измерения ХД вне зоны длины волны нулевой дисперсии можновыбрать 625 МГц, а в случае измерении длины волны нулевой дисперсии инаклона дисперсионной кривой, где маленькая ХД, и в то же время учитывая,20что для более высокоточного измерения нужно, чтобы разность фаз междушагами стремилась к 360°, выберем частоту модуляции - 6250 МГц.Потом сделаем расчет по формуле (2.9) расширенной неопределенностирезультатов измерений ХД, при этом задавая следующие типичные параметрыузлов и блоков, которые входят в структурную схему фазосдвигового методаизмерения ХД.
В этом случае по результатам проведенных исследованийможно положить, что СКО результатов измерений равно 0,1 пс/нм:1) погрешность при измерении длины волны - 2 пм;2) длина ОВ - 12,5 км;3) погрешность при измерении фазы сигнала - 0,3°;4) стабильность температуры - 0,01°С;5) частота модуляции - 6,25 ГГц - для максимальной дисперсии 40 пс/нм,625 МГц для максимальной дисперсии 400 пс/нм и;6) шаг перестройки - 30 нм;7) погрешность установки частоты - 10-6.На графике 2.2 показывается рассчитанная зависимость расширеннойнеопределенности в результатах измерений ХД фазосдвиговым методом отизмеряемой ХД, а также от других различных параметров метода измеренийХД.Рассчитаннаярасширеннаянеопределенностьфазосдвиговогометодаизмерения ХД, где применяется набор лазеров с шагом 30 нм, погрешностьустановки длины волны лазеров составляет 50 пм, погрешность измеренияфазы на частоте 625 МГц - 0,3°, нестабильность температуры равна 0,01°С.Графики, которые приведены на рисунках 2.3-2.7, наглядно могут показатькак изменяется расширенная неопределенность результатов измерений ХД.
Витоге, теперь можно найти уровень влияния параметров на расширеннуюнеопределенность результатов измерений ХД.21Рисунок 2.2 - Расширенная неопределенность в результате измерения ХД фазосдвиговымметодом, где применяются лазеры с шагом 30нм, погрешность установки длины волнылазеров составляет 50 нм, погрешность измерения фазы на частоте 625 МГц - 0.3,нестабильность температуры равна 0.01° С.Смотря на рисунки 2.3 - 2.7, основными параметрами, оказывающиебольшое влияние на неопределенность результатов измерений ХД, являются:частотамодуляции,шагперестройки,погрешностьизмеренияфазы,нестабильность температуры меры в процессе измерения ХД, погрешность приизмерении длины волны.
Погрешность установки частоты модуляциипрактически не влияет на неопределенность результатов измерений ХД.Также стоить заметить, что неопределенность результатов измерений ХД,которая равна 2 пс/нм (см. рисунок 2.2), чересчур высока и необходимо сделатьминимизацию влияния вышеперечисленных параметров. Для этого нужноуменьшить расширенную неопределенность результатов измерения ХД большечем в 3 раза с 2 пс/нм до 0,57 пс/нм (на границе диапазона воспроизведенияХД). Чтобы это сделать нужно выбрать шаг измерения по длине волны,который будет являться оптимальным, а также частоту модуляции.
Далеенужно уменьшить погрешности измерения фазы и длины волны лазеров нанеопределенность результатов измерений ХД, влияние изменения температурымеры.Одновременно с тем, в классической схеме метода измерения ХД, нельзяреализовать изменение частоты модуляции лазерного излучения (из-за22оптимальной работы фазометра лишь на определенной частоте), совершитькомпенсацию влияния температуры меры на неопределенность результатовизмерений ХД (из-за реализации измерения в одном оптическом канале), атакже проделать точную установку длины волны лазеров (из-за нестабильностилазеров по длине волны).В итоге, проделанное исследование помогло определить источникинеопределенности результатов измерений ХД, выявить основные минусыклассического фазосдвигового метода, сделать оценку неопределенностирезультатов измерений ХД, которая показала, что значение оцененнойнеопределенности с применением схемы фазосдвигового метода слишкомвелико.
Все это привело к необходимости в модифицированном фазосдвиговомметоде, лишенного вышеперечисленных недостатков.Рисунок 2.3 - Расширенная неопределенность результатов измерений ХД (Θ1 - графикдля частоты 625 МГц, Θ2 - график для частоты 6250 МГц, шаг 4 нм)23Рисунок 2.4 - Расширенная неопределенность результатов измерений ХД пристабильности температуры 0.001° С. ( - график для частоты 625 МГц, - график длячастоты 6250 МГц)Рисунок 2.5 - Расширенная неопределенность результатов измерений ХД при стабильноститемпературы 0.001° С и погрешности измерения фазы 0.1°.
(Θ5 - график для частоты 625МГц, Θ6 - график для частоты 6250 МГц)24Рисунок 2.6 - Рассчитанная расширенная неопределенность результатов измерений ХД пристабильности температуры, погрешности измерения фазы 0.1, и погрешности измерениядлины волны 1.5 пм. (Θ7 - график для частоты 625 МГц, Θ8 - график для частоты 6250 МГц)Рисунок 2.7 - Расширенная неопределенность результатов измерений ХД при стабильноститемпературы 0.001 С, погрешности измерения фазы 0.1, погрешности измерения длиныволны излучения 1.5 пм и погрешности установки частоты 10. (Θ9 - график для частоты 625МГц, Θ10 - график для частоты 6250 МГц)252.2 Исследование схемы модифицированного метода измеренияхроматической дисперсииРассмотрим модифицированный метод, который позволяет обеспечитьтребуемыеметрологическиехарактеристики,иустраняетнедостаткиклассического метода.
Структурная схема представлена в приложении Б.Данный метод имеет возможность выбора шага измерения и изменениячастоты модуляции интенсивности лазерного излучения. Также уменьшается доминимально возможной степени погрешность измерения длины волны, фазы ивлияния изменения температуры меры при измерении ХД на неопределенностьрезультатов измерений ХД. Выделим некоторые аспекты в модифицированномметоде, позволяющие устранить недостатки:1) Оптимизация шага измеренияШаг перестройки лазеров (Шаг измерения) по длине волны выбирается так,чтобы учитывался компромисс между уменьшением неопределенности врезультатах измерений ХД и повышением информативности спектральногораспределения ХД. Упомянутый компромисс приводится к выбору шагаперестройки лазеров, который равняется 4 нм для измерения ХД.
Чтобыдостичь этого применяются перестраиваемые лазеры или же набор лазеров пришаге 4 нм, чтобы измерить ХД.2) Уменьшение погрешности результатов измерения длины волны лазеровЧтобыоптическогоуменьшитьвлиянияизлученияпогрешностиопорногоиизмерениядлиныперестраиваемоговолнылазеровнанеопределенность результатов измерений ХД, в схему классического методавводится контроль длины волны с минимальной на погрешностью, котораяполучается за счет применения измерителя длины волны, средней мощности,ослабления и длины волны для волоконно-оптических систем связи и передачиинформации (ГЭТ 170-2011).
Расширенная неопределенность результатовизмеренийдлиныволныоптическогоизлученияданнойаппаратуройсоставляет 0,14 пм при коэффициенте охвата 2.263) Снижение погрешности измерения фазы сигналаЭто проявляется за счет зависимости от вида используемой аппаратуры приизмерении фазы. Рассмотрим 2 вида совершенно разных типа аппаратуры дляизмерения фазы сигнала и, следовательно, 2 схемы при построении аппаратурыдля измерения ХД, которые основываются на фазосдвиговом методе. Первый на основе фазометра, суть его состоит в том, что он измеряет разности фаз НЧсигналов (до 1МГц) при погрешности 0,1°- 0,6°, и ВЧ сигналов (1000 МГц) припогрешности 1 ° - 2 ° . Вторая схема - на основе векторного анализатораэлектрических цепей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
