CC BY
9
УДК" 671 37л R W» (0\ 314
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРА БРИЛЛ Ю ЭНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ 13 0ШИЧ1_СКИ;К ВОЛОКНАХ 11 НИ ВОЗДЬЙС I НИИ СУ Щ L(_ I ВШМЫ X РАС I ИI ИВАЮЩИХ сил
И П Т»оглчкоч
О^кийгосударстеенныйтехн^.ес^йуниберсгтет, с. Омск, Россия
Аннипипшн - В JIÜINIIH IIJIIIKt-IHHU JIH4y.ll Hl И IM 1kTIIP(IHIUHHI»J№HMt Iflf'C. 1РДС1КМН ни v;iji;iki Pf НИ" I II к
натяжения (механических напряжений] в оптических волокнах при больших продольных растягивающих нагрузках па gciiodc анализа спектра бриллюзновского рассеяния. Рассмотрены возникающие в практических испытанняхпроблемы. Приведены рефлектограммы, полученные в экспериментах Пред-
rTJRTfHM грлфпчегКНР ЧЛНИГПМОГТИ OpiI.XTK>Wf»RfKOrn с.ттшгл частоты W НЛТЯЖРН11Я ОПТ1ТЧРСКСТТ волокон
при различных продольных растягивающих силах. В результате проведенного исследования удалось получить рефлектограммы более высокого качества при больших растягивающих нагрузках.
Ключевые слове, орнллюэновская рефлектометрня, оптоволокно, ранняя диагностика, натяжение, брнл.ио шов скип рефлектометр.
I. Введение
Для оценки надежности волоконно-оптических пинии связи (ЗОЛС) необходимо иметь достоверною информацию о фпзкческом состоянии (натяжении) оптических волокон (ОВ) в проложенных оптических кабелях (ОК)
Различною üji_j¿- деформации ipyHiл noiyi вь-^алхь иомклекисг механичсс1_их наири^енин в ОВ. неш-
чнхельные подвижки слосв грунта могут прнвсстн к локальным деформациям ОВ в ОК н оказаться фатальными для целостности ОВ в ОК.
При проклл.гткг ПОЛС с игпольго1*лкигтд готттк-.-кой технологии также «онткяп- проолтгмл, гяя-дннл? г г>6-ледепепием открытых участков ОК в зимний период. Под Бесом льда некоторые участки ОК motvt деформиро ваться. что приведет к появлению повышенных натяжений в ОВ, которые могут значительно сократить срок службы ОВ. Долговечность ОВ зависит от степени его натажовия1.1 3J.
Обычные оптические импульсные рефлектометры не в состоянии отрезе лить участки ОВ. имеющие опасное илтяжгниг Дтгя (¿нлртппиг мжляшпти рлпр«тгснтгьгс учлгпгоя ПО.ЯС (нигтяжгния OTV) ттримгкяю-гя брилг-люмювекне оптические рефлектометры (BOTDR).
Д. 'ГЛОРИЯ
Одним из эффективных методов определения степени натяжения ОВ является метод брнллюэновскои ре-
фПГКТПМСТрИН [ I —R ОГНО№ КОТЮрПГО ЛГ-/КГГГ р-ТИГЦ-Л'ТИЯ И ПОГЛГД^ТОТТХИЙ ЛНЛ.ТПП гпгктрт вынужденного рлг-
сеяппя Мандельштама - Брнллюэиа d ОВ (далее БР - бриллгозповское pacceainie)
Известно [1-7], что обусловленные БР спектральные кохшонекты обладают тем важным для практических применении свойством, что нх частота сменено на величину. пропорциональную степени натяжения волокна. Продольная растягивающая сила, приложенная к ОВ. изменяет его модуль Юнга, который в свою очередь
КЛИИП ЧИ ихмен-ниг : K0JKM"IV! I ИНГ-рЛКуПИЧЛ кОИ полны
Зондирл'я ОВ короткими импульсами и сканируя несущую частоту этих импульсов, можно паши распреде ление спектра брнллюэнсвского рассеяния (СБР) вдоль ОВ Анализируя картину распределения СВР в ОВ (значения максимумов СБ!1). можно определить величину брнллюэновского сдвига частоты (^)вдоль ОВ. обнаружить местоположение распределенных нерегулярностен в ОВ и определить степень натяжения ОВ
В ¡JhÍkII/IX [ 1 —?] 1>Ы1Н ]К1( гмшргны КШЦХК'М ШК:'1]Ж)ГНИЯ М»|ГМгИН*Ч |ИХ МО.'(Г ЛГИ БР К ОВ И ИГГЛГДОКИНИИ
блияш1я параметров патяжешея ОВ на его спектр.
Ш. 1 .ОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
С не лью уточнения моделей, рассмотренных в [1-3], н уточнения результатов ранее проведенных эксперимент* [4-^]бы.1И 1фОКГДГНЫ НМ-|1ГрИМГН1Я.1!КНЫГ ИГСЛГДОКЛНИИ ОВ 11])И (>1 ). : KIII ИХ ]S1(' 1 H I И К.1 H )1 (И X ИНфуЧИЛХ с
BOTDR. <(Ando AQ 8603>» при содействии ЗАО «Москабель Фуджикура».
IV. I РЕЗУЛЬТАТЫ зкстЕтимаггоБ Для экспериментальных исследовании световод был составлен и; ОВ нормализующей кат,тики (OBI, G.652 D, дпини иричтрно 14 км) гняргнжмti с ;qi)iHM OR (ofin OR мшшкггси одноио/юкмии) Ня шмнни ? м егг места сзарки па OBI было сформировало место растяжешм.
Участок OBI длиной 3 м был закреплен на блоке так. чтобы растягивающая сила действовала на OBI только в продельном направлении, причем были приняты меры для предотвращения появления изгибов в месте крепления грузов.
ТГ-1К (ггиечинх h при инилшг рг.<улн1итон Гм>лгг ]мнних «кенгримгншк [4—6] мри тчгчном ^пик-нии ipy-üi при воздеиствзш продольной растягивающей силы 3 К и более за местом растяжепия существегаю падала мощ ность сигнала. Хотя «проблемный» участок обнаруживался, точность определения характеристик натяжения падала, причем падение мощности сигнала ja местом приложения точечной Нстгрузки делало невозможным по-лученне достоверных рефлектограмм для участков ОВ. находящихся за «проблемным» участком [4-6].
Для устранения указанной проблемы место крепления.на которое подвещнвались гири, было сделано рас-пределешилм (около 1 м по обе стороны блока) с равномерным сцеплением с ОВ растягиваемого участка.
В результате ОВ получало равномерное натяжение, что позволило получить достоверные результаты даже при существенных растягивающих нагрузках 'более! кг - сила 10.5 II).
Ни риг 1 11}к*д1Т1|1нлгни mjiivH.-i рж ■пх'лгмг-нии ПБР к OR (}D-iJrc[uit*h амрнммл) при ки^^йпкни ржтгм! икающей сiijil: в f H (три массой в 5L0 г) при оохраиешш небольшого поперечного воздействия в месте намотки 0D1 на катушку
На рис 2 показана аналогичная картина после з'странеиня этого мешающего эффекта.
натяж^нный
1.30420 km
0.00255 кж/
Frequency Start: 10. 650«l(z Stop ¡11.630CH2 т/ Sweep : 20MHz
f2
200.0000 MHz/
Риг 1 Knpi ИИЛ ржирг.цглгни* ГТ»Р Ч OR 1фИ КОЧДРНГ1НИ И Jfcll 1 HI ИНИ K'll .ГЙ ГИЛЫ к 5 H к прояЕлеинн асимметрии в месте намотки OBI на катушку
1.30420 km
0.00255 km/
1.40952 km
srjitt-.: loftsogm*
Stop : 11.63081(7. Sweep ; 20MHz
F2 200.0000
Phc. 2. Картина распределения СБР з OB при воздействии растягивающей силы в 5 H послс устранения поперечного смещения ОБ
NORM
натяжсннъс]
OB 1 ссэ нагрузки
Анализ рисунков показывает, что во втором случае рефдектограмма получается значительно более четой, падешю шгтепсивиости сигнала незначительно, и рефлектометр успешно исследует участки ОВ. находящиеся за растягиваемым местом Например, на рефлектограмме (рис. 2) ^проявляются;- место стыка волокон OBI-OR? и конец линии (kíihc-ii OR?)
На рнс. 3 н рис. 4 представлены соответствующие мультирефлектсграммы (зависимости по длине световода натяжения (Ыпнн), СЫ1, ширины СЫ5 (В S.W) н летерь (Loss)). Очевидно, что за рис. 4 всс зависимости nojrv-чнлнсь чёткими по сравнению с рис. 3 (расширение CUP (B.S.W) н узелпчение потерь существенно снижают точность анализа [1,2]).
Смещение шп:а СБР if¿) прн растяжешш ОВ показа:ю стрелкой.
Следует ответить, что в данном эксперименте удалось добиться практически ровного графика в месте рас--тарния в то время клг в подобных графиках полученных r других ^кгп^рич'ентау [4- J, наблюдается îaver-ные неравномерности и колебания в растягиваемых местах (подобно графику натяжения на рис. 3).
БтггаЛп
|вг±11ои1п Хрегг-ги1п|
0.2
100. о МКг/
О. 2
хии.о МИ г/
г > V ,
---;—-_' . . . <>я\ЧГу«<<. . .
5 . 0 6В/
В . 5 . ЦЫсДЫь
__ДА
7.0 ОВ/
Рис. 3. Мультирефлектограмма 00 при воздействии растягивающей силы в 5 II и проявлении асимметрии в месте намотки ОВ1 на катушку
Г \
5.0 ав/
Вг1 11ои1п Ьрее^гит
. . Смещение плко С№
.. : ^ №) • • • •
...... угГ . .
1. о
сШ/
........"Г -г
■
Рис. 4 Мультиреолектограмма ОВ при воздействии растягивающей силы в 5 Н после устранения поперечного смешения ОВ
При дальнейшем увеличении нагрузки удалось получить характеристики ОВ даже при растягивающей силе е 10.5 II.
На рис. 5 представлена картина распределения СБР в ОВ при воздействии продольной растягивающей силы в 10.5 Н.
На рис. 6 приведена соответствующая мультирефлектогрямма. а на рис. 7 - развёрнутая рефлектограмыа натяжения в области «проблемной» секции.
В дали ом эксперименте при пзмепешш продольной растягивающей силы от 0 до 10.5 Н наблюдалось сме шснис пика СБР от 10.83 ГГп до 11.40 ГТи
Наблюдалась линейная зависимость.
Соответственно, натяжение изменилось от-С.062% до 1.02%, при этом ОВ удлинялось па 53 мм (при растя I ИК/1Н)Ш.ГЙ гилг н10.5 Н)
1 п п
ли/
Охи1*псс: 1. 3971/ кп Г1:
Рл е^шпиу : 10.830<»)<х Г2: И.бЗООН.
Я1гт ГОК • 1. Л69Ю
Н . . I Юп*
дже. : 2Л14 не». : о. 70ш
ГАс^икмиу
КЬагИ Ю . <5 ?ОС1«в Калчао! 50/50 5 Юр : И.бЗОСНз : 20МН-л
О.ОМЬЬ кл/
1. Ш41»и кл
К л»
Ю, ООООИй ЗЪор ^ 11. бОФОНс
аоо. оооо миг/
лоси
Рнс. 5. Картина распределения СБР в ОВ при воздействии продольной растягивающей силы в 10.5 Н
о. а
То/
г»
а. о
с1в/
ППИшип ХрягГшт
л-
хг\ ...... .
100 . О 1-1112/
В. Я.
1 :
.......
1. О сШ /
Рис. 6 Мультнрсфлскгограмма 03 при воздействии продольной растягивающей силы в 10.5 Н
а
л., эоаоо кл1
О.ОО^З» Клу/ I
1. Ю9 32 Кто
»1 — < .»I
I X. 306*7« кя
I ХО.«О©ООНи
К!.;«!..,
Б .О I
1.0004 "К. « . ВО
Магкес Х~2
о. ооооа ||» О . ООН % (АУЕ) -о.оозз у, (мдх) -0.062« % (М1И) О.ОбЭО «К,
Мягккг 3-4
О.ООЗЗС 1о. О . 03.35 V-(мук) х.эх«э % (ИАХ) 1.9252 К (ИИ) 1. ООП7 -V.
М
гквг 3—в
О.ООЮС I». 0.0015 % (АУБ) "0.0349 Тв
(МЛ*} О.Ф53Э %
(М(М) -0.05В0 Г.
1114 (М1>
г^№
MAi.13.2010 10:4В:09
Рис. 7. Зависимость натяжгнияОВ в области растягиваемого участхд (сила в 10.5 II).
Превышение потенциально опасного уровня натяжения в 0,2% наблюдалось при растягивающей силе в 3 Н.
V. ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные результаты подтвердили возможность обнаружения механически напряженных участков н оценки степени натяжения ОВ на основании анализа СБР при различных растягивающих нагрузках.
В результате проведённых исследований были получены уточнённые характеристики натяжения ОВ при больших растягивающих нагрузках. Устранение влияния асимметричных (поперечных) воздействий позволяет улучшить качество рефлектограмм за местом крепления растягиваюппк грузов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богачков И. В.. Горлов Н. И Проектирование, строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий передачи: учеб. пособие: в 5 ч. Ч. 5. Техническая эксплуатация волоконно-оптических линий передачи. Омск: ОмГТУ, 2015. 208 с.
2. Bogachkov L V., Ovchmmkov S. V.. Maistreuko V. A. Applying of Brilloiun Scattering Spectrum Analysis for Detection of Distributed Irregularities in Optic Fibers and. Estimation of Irregularitie s Parameters H International Siberian Conference oil Control and Communications (SIBCON) 2013. Proceedings. Krasnoyarsk: Siberian Federal University. 2013 P. 1-3.
3. Bogachkov 1V Maistrenko V. A. The Modeling of the Brillouin Backscatteriug for Searching of Mechanical Strained Placesin Optical Fibers // International Siberian Conference on Control and Сошшишсations (SIBCON). 2015. P. 1-5.
4. Bogachkov IV. Researching of Influence of the Strain Degree of Optical Fibers on the Brillouin Backscatteriug Characteristics // International Siberian Conference on Control and Conimnni¡:atioils (SIBCON) Omsk. 2015. P. 1—6.
5. Bogachkov I. V., Gorlov N. I. Experimental Examination of the Strain Characteristics of Optical Fibers // IEEE 2014 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings. 2014 V. 1. P. 223-227.
6. Bogachkov I. V., Maistreuko V. A Experimental examinations of changes influence of the Brilloum backscatter-ltig spectrum in optical fibers on their characteristics //Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines, Dynamics 2014 - Proceedings 2014 P 1-10.
7. Акопов С. Г., Васильев Н. А . Поляков М. А Использование брилюзновского рефлектометра при испытаниях оптического кабеля на растяжение Н Lightwave. 2006 №1. С. 23—25.
