WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

2. С помощью устройства ввода провести юстировку входного торца измеряемого ОВ по максимуму сигнала на выходе измерителя оптической мощности. Фиксируют положение выходного торца ОВ и зарегистрировать значение сигнала на выходе ОВ A0, дБм.

3. Осторожно создать петлю из ОВ и вложить ее в углубление наибольшего радиуса (R=4 см). Зарегистрировать значение сигнала на выходе ОВ A1, дБм. Определить потери на изгиб в ОВ, используя формулу = A1 - A0. (1) 4. Провести аналогичные измерения потерь, используя углубления меньших радиусов (R=3, 2, 1 см). определить потери.

5. Построить зависимость потерь от радиуса изгиба ОВ.

6. Используя полученные экспериментальные данные и взяв среднее арифметическое, определить окончательное значение диаметра сердцевины ОВ из формулы = -10 lg{1 - a /(R)}, (2) где a - диаметр сердцевины ОВ, мкм; R - радиус изгиба ОВ, мкм; = 0,01.

Контрольные вопросы 1. В чем физический смысл моды в ОВ 2. Какие параметры влияют на величину потерь при изгибе ОВ 3. Как физически объясняется увеличение потерь при уменьшении радиуса изгиба ОВ 4. Что такое критический радиус изгиба ОВ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. Оптический рефлектометр во временной области (OTDR) Цель работы: ознакомление с принципом действия импульсного оптического рефлектометра во временной области (OTDR), приобретение навыков практической работы на рефлектометре, измерение затухания волоконнооптического тракта, измерение потерь на отражение и определение места повреждения оптического волокна.

Оптический рефлектометр (ОР) обеспечивает возможность дистанционного мониторинга и быстрой диагностики состояния оптических волокон (ОВ), кабелей и ВОЛС в целом.

Рефлектометр позволяет:

- определять распределение потерь вдоль ВОЛС;

- выявлять дефектные участки или элементы линий связи;

- определять точное расположение обрывов или дефектных участков ВОЛС;

- оценивать полные потери в ВОЛС при приемке ВОЛС и периодическом тестировании;

- измерять потери в разъемных и неразъемных (сварных) соединениях;

- измерять коэффициенты отражения.

Достоинством ОР является возможность оперативной неразрушающей диагностики ВОЛС с использованием доступа только к одному концу ОВ.

Принцип работы ОР основан на реализации метода обратного релеевского рассеяния. Зондирующие импульсы от лазера относительно высокой мощности в водятся в исследуемое ОВ через оптический разветвитель.

Высокочувствительный фотоприемник регистрирует и измеряет временную зависимость той части оптического излучения, которая возвращается из ОВ в результате рассеяния и отражений обратно в рефлектометр. Блок-схема импульсного рефлектометра приведена на рис.1.

Источником зондирующих импульсов является мощный полупроводниковый лазер 1 с прямой модуляцией по току накачки. При фиксированном токе накачки лазер генерирует световые импульсы фиксированной мощности ( Pи ~1мВт) и переменной длительности (и =10 нс … 10 мкс), задаваемой длительностью импульса тока накачки, вырабатываемого блоком управления 7.

Блок управления 7 вырабатывает импульсы тока накачки с частотой, устанавливаемой оператором вручную или определяемой автоматически по установленной максимальной длине тестируемого участка ВОЛС.

Одновременно на блок обработки данных 5 подаются синхронизирующие электрические импульсы.

Зондирующий световой импульс попадает в тестируемую ВОЛС 3 через оптический разветвитель 2. С помощью этого разветвителя сигнал обратного рассеяния от ВОЛС попадает на фотоприемник 4, который преобразует оптические сигналы в электрические таким образом, что величина электрического тока прямо пропорциональна мощности светового сигнала.

Основные требования к фотоприемнику: высокая чувствительность, малый уровень шумов, широкая полоса частот, высокая линейность преобразования в большом динамическом диапазоне мощностей светового сигнала.

Блок обработки данных 5 обеспечивает обработку данных электрических сигналов фотоприемника. В результате математической обработки на экране дисплея 6 формируется изображение, которое носит название рефлектограммы, представляющей собой зависимость уровня принятого сигнала от расстояния вдоль ОВ. В этом же блоке осуществляются все виды автоматической обработки рефлектограмм и автоматических измерений. Блок обработки современных рефлектометров обычно состоит из аналогово-цифрового преобразователя и блока цифровой обработки – специализированного компьютера. Для уменьшения уровня шума и, следовательно, расширения динамического диапазона в блоке цифровой обработки осуществляется накопление данных от большого числа отраженных сигналов.

Рис. 1. Структурная схема оптического рефлектометра: 1 – импульсный лазерный диод, 2 – оптический разветвитель, 3 – тестируемое оптическое волокно, 4 – фотоприемник, 5 – блок обработки данных, 6 – дисплей, 7 – блок управления Типичная рефлектограмма сигнала обратного рассеяния оптического тракта ВОЛС представлена на рис.2. Сигналом обратного рассеяния (СОР) называют совокупность рассеянного и отраженного излучения из исследуемого ОВ, приходящего на вход фотоприемника. Как видно из рис.2., на рефлектограмме можно выделить однородные участки 2 с постоянным коэффициентом затухания, на которых СОР выгладит как прямая линия (в логарифмическом масштабе), наклон которой определяет коэффициент затухания. Наряду с линейным изменением уровня СОР на рефлектограмме имеются особенности, обусловленные различными неоднородностями. Начальный выброс сигнала вызван френелевским отражением от входного торца исследуемого ОВ. Как правило, он вводит фотоприемник в насыщение, а время выхода из него определяет важный параметр рефлектометра – «мертвую зону», т.е. расстояние lm, на котором невозможно обнаружить неоднородности и измерить коэффициент затухания. Выброс сигнала с перепадом затухания 4 возникает при наличии в тракте разъемного соединителя, а также при наличии в ОВ малых включений инородных примесей или пузырьков воздуха. Такие отражения характеризуются возвратными потерями, которые рассчитываются по формуле S = -10lg R, (1) где R - коэффициент френелевского отражения.

Неразъемные соединения (сварные, клеевые и механические сростки ОВ), в которых обычно отсутствуют отражения, отображаются на рефлектометре ступенькой 3. конец тракта ОВ или его обрыв определяется по отраженному от заднего торца импульсу 5 и следующему за ним участку 6 м резкими случайными перепадами уровня регистрируемого сигнала, обусловленными шумами фотоприемника. Пиками характеризуются отражающие элементы.

Мощность отраженного сигнала, а, следовательно, положение вершины пика определяется мощностью зондирующего импульса и коэффициентом отражения, но не зависит от его длительности. Амплитуда пика характеризует качества соединения ОВ. Отсутствие отражения на качественных сварных соединениях связано с отсутствием скачка показателя преломления, т.к.

сколотые торцы ОВ сплавляются друг с другом. Для хорошо сваренного соединения ОВ появляющаяся «ступенька» на рефлектограмме очень мала.

Потери на микроизгибах имеют аналогичные характеристики и их трудно отличить от потерь на сварных или механических соединениях.

Таким образом, рефлектограмма позволяет судить о качестве ВОЛС, дает возможность обнаружить и локализовать подозрительные участки ВОЛС, проводить измерение потерь на соединениях и возвратных потерь на различных неоднородностях.

Структурная схема лабораторной установки приведена на рис.3. В состав оборудования входят: 1 – оптический рефлектометр, 2 – многомодовое оптическое волокно длиной L1, 3 – многомодовое оптическое волокно длиной L2, оптические волокна 2 и 3 соединены при помощи разъемного оптического соединителя 4.

Рис. 2. Пример рефлектограммы Рис.3. Структурная схема измерительной установки: 1 – оптический рефлектометр, 2 – многомодовое оптическое волокно длиной L1, 3 - многомодовое оптическое волокно длиной L2, 4 – волоконно-оптический соединитель Методические указания к выполнению работы 1. Изучить принцип работы ОР.

2. Ознакомиться с руководством пользователя ОР.

3. Вывести на дисплей рефлектограмму двух соединенных ОВ длиной L1 и L2.

Измерить оптическое затухание 1 и 2 в ОВ длиной L1 и L2, а также потери в разъемном оптическом соедининтеле и возвратные потери.

3.1. Измерение расстояния вдоль линейного тракта Расстояние L вдоль линейного тракта определяется из рефлектограммы, на которой с помощью одного или чаще двух курсоров отмечаются хараткерные точки, между которыми необходимо найти расстояние по формуле ct L =, (2) n где t - интервал времени между точками на рфелектограмме, n - коэффициент преломления сердцевины ОВ, c - скорость света в вакууме.

Аналогичным образом по положению на рефлектограмме отраженного имульса можно определить расстояние до места обрыва ОВ или его длину. Мощность отраженного “френелевского” импульса на 3 – 4 порядка больше мощности сигнала обратного сигнала рассеяния, поэтому диапазон измерений и дальность просмотра в режиме измерения места обрыва значительно больше, чем в режиме измерения затухания.

3.2. Измерение затухания между двумя точками и коэффициента затухания однородного участка волоконного тракта Измерение затухания из рефлектограммы основано на том факте, что каждая точка одродного участка ОВ дает один и тот же уровень сигнала обратного рассеяния. Уменьшение уровня сигнала обратного рассеяния, наблюдаемое на рефлектограмме, вызывано общим затуханием в ОВ, а не только рассеянием света.

Затухание сигнала A [дБ] между точками 1 и 2 (см. рис.4) определяется как A = Y1 - Y2, (3) где Y1 и Y2 - уровни сигнала обратного рассеяния [дБ] в точках 1 и 2, соответственно. Средний коэффициент затухания [дБ/км] между точками 1 и 2 ОВ рассчитывается по формуле Y1 - Y =. (4) L2 - LВыбор точек, между которыми определяется затухание, осуществляется с помощью двух курсоров, перемещаемых по экрану дисплея. В современных ОР расстояние между курсорами (L2 - L1), разность уровней (Y1 - Y2) и средний коэффициент затухания постоянно отображаются на дисплее. Если точки 1 и лежат на однородном участке ОВ, то средний коэффициент затухания соответствует коэффициенту затухания ОВ на участке (1 - 2). При измерении затухания между двумя точками неоднородного волоконного тракта возникает методическая погрешность, которую можно исключить, проведя измерения с двух концов волоконного тракта и усреднив результаты измерений.

Рис.4. Измерение затухания между двумя точками однородного участка ОВ, отмеченные курсорами 1 и 3.3. Измерение потерь в разъемном соединении В разъемных (и неразъемных) соединениях ОВ в общем случае возникают вносимые и возвратные потери. Вносимые потери определяются отношением падающей на соединение к прошедшей через него мощности. Возвратные потери определяются отношением падающей на соединение оптической мощности к отраженной от него мощности и могут быть выражены через коэффициент отражения. Наличие возвратных потерь характерно для разъемных соединений, когда между торцами соединяемых ОВ образуется воздушный зазор.

3.3.1. Измерение вносимых потерь Вносимые потери можно определить из рефлектограммы методом трех курсоров. Типичная рефлектограмма для разъемного соединения ОВ приведена на рис.5. Для курсоров 1, 2 и 3 фиксируют соответственно уровни сигналов Y1, Y2, Y3 и расстояния l1, l2, l3. За потери в соединении принимается разность уровней YA = Y1 - YB. Точка A находится в точке начала стыка на расстоянии l1, а точка B находится на пересечении курсора 1 с прямой, аппроксимирующий сигнал обратного рассеяния на участке волоконного тракта после соединения.

Аппроксимация производится по двум точкам, определяемым курсорами 2 и 3.

Курсор 2 следует располагать непосредственно после стыка в точке, которая лежит на линейном участке сигнала обратного рассеяния. Курсор 3 должен лежать как можно дальше от стыка, но на линейном участке сигнала обратного рассеяния. Тогда для вносимых потерь в разъемном соединении будет справедлива формуле l3 - l1 l2 - lc = Y1 - Y2 + Y3. [дБ] (5) l3 - l2 l3 - lСледует отметить, что в первом приближении потери в месте соединения ОВ могут быть определены по разности отсчетов с помощью двух маркеров, установленных непосредственно на краях скачка затухания, c = Y1 - Y2. [дБ] (6) Рис.5. Измерение вносимых потерь оптического соединения методом трех курсоров (1, 2, 3) 3.3.2. Измерение возвратных потерь В разъемных соединениях, а также в некачественных неразъемных соединениях, на локальных дефектах, на концах ОВ возникают френелевские отражения, которые могут оказывать дестабилизирующее действие на источники излучения ВОСП.

Возвратные потери можно определить из рефлектограммы, на которой виден выброс сигнала, обусловленный френелевским отражение в разъемном соединении (рис. 6). Этот выброс не должен вызывать перегрузку фотоприемника. Из рефлектограммы находят уровни сигналов рассеяния YS и YF.

Рис.6. Измерение возвратных потерь в разъемном соединении оптических волокон Для расчета возвратных потерь из рефлектограммы используют выражение YF -YS tи В = -2YS 0 -10lg -10lg(10 -1), [дБ] (7) tbгде YS 0 - относительный уровень сигнала обратного рассеяния в ОВ при длительности зондирующего импульса tи0 (см. Табл.1); tи - длительность зондирующего импульса, при которой была зарегистрирована рефлектограмма.

Табл.Типичные значения относительного уровня сигнала обратного рассеяния при длительности зондирующего импульса 1 нс Тип оптического волокна Рабочая длина волны, мкм YS 0, дБ 0,85 -35,Многомодовое 1,31 -37, 1,31 -39,Одномодовое 1,55 -40,Порядок выполнения работы 1. Собрать измерительную установку согласно схеме, показанной на рис.3.

2. Включить ОР и к выходному разъему присоединить контрольный осциллограф.

3. Включить источник излучения на ОР.

4. Запустить режим вывода рефлектограммы. При этом на дисплее появятся импульсные сигналы от зондирующих импульсов. Процесс определения параметров ОВ происходит путем усреднения результатов измерения по многим (до 216 шт.) зондирующим импульсам. Поэтому после запуска режима вывода рефлектограммы необходимо подождать около 1 – 2 минут для реализации накопления.

5. Выставить в ОР необходимый масштаб рефлектограммы и дождаться ее построения на дисплее. Для вычисления параметров ОВ необходимо ввести показатель преломления сердцевины ОВ на рабочей длине волны.

6. В начале рефлектограммы высвечивается точка маркера для точного измерения параметров ОВ. Установить маркер в удобную для измерений позицию и зафиксировать ее при помощи соответствующих кнопок на ОР.

После этого переместить маркер во вторую требуемую позицию и также зафиксировать ее. Далее при помощи соответствующих управляющих кнопок на ОР из его памяти на дисплей выводятся результаты измерений расстояния вдоль волоконного тракта, потерь и времени задержки.

7. Снять рефлектограмму двух соединенных ОВ длиной L1 и L2, соответственно. Измерить оптическое затухание 1 и 2 в данных ОВ, а также вносимые и возвратные потери разъемного оптического соединителя.

При проведении измерений использовать методические указания 3.1. – 3.3.

Контрольные вопросы 1. Какие характеристики можно измерять при помощи оптического рефлектометра 2. Назовите достоинства оптического рефлектометра как измерительного прибора.

3. В чем заключается принцип действия оптического рефлектометра 4. Какие неоднородности волоконного тракта можно диагностировать по рефлектограмме 5. Как измерить затухание оптического волокна с помощью оптического рефлектометра 6. Как измерить потери соединения двух оптических волокон 7. Как измерить возвратные потери в местах неоднородностей волоконного тракта ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6. Оптический ответвитель Цель работы: Изучение характеристик волоконно-оптического ответвителя, приобретение навыков практического использования ответвителей.

Схема установки для измерения вносимых потерь и коэффициента усиления ответвителя приведена на рис.1.

Рис.1. Структурная схема установки для измерения вносимых потерь и коэффициента оптического усиления оптического ответвителя Схема установки для измерений направленности ответвителя приведена на рис.2.

Рис.2. Структурная схема установки для измерения направленности ответвителя Порядок выполнения работы 1. Собрать установку в соответствии со схемой рис.1. Оптическое излучение от источника падает через катушку ВОК и соединительную втулку на порт О исследуемого оптического ответвителя. К выходному порту 1 присоединен измеритель оптической мощности.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.