CC BY
35
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ «МЕРТВОЙ ЗОНЫ» ОПТИЧЕСКОГО
РЕФЛЕКТОМЕТРА
Горлов Николай Ильич
Доктор тех. наук, профессор, СибГУТИ, заведующий кафедры «Линии связи», г. Новосибирск.
Алькина Алия Даулетхановна Магистр «Инфокоммуникации», старший преподаватель, КарГТУ, г. Караганда
Ковтун Александр Анатольевич
Магистрант, СибГУТИ, кафедра «Линии связи», г. Новосибирск
Обычно импульсы у оптических рефлектометров имеют длительность от 3 до 20 000 нс. При переводе в расстояние это означает от 60 см до почти 2 км. Поэтому, если необходимо получить характеристику той части волокна, которая находится рядом с ближним концом или если необходимо измерить два события (неоднородности) на рефлектограмме, находящиеся друг от друга на расстоянии менее 30 м, то необходимо выбрать самую короткую из возможных длительностей импульса, при которой вы сможете добраться до той точки, которую необходимо измерить. Рассчитаем зависимость «мертвой зоны» от длительности зондирующего импульса при разных значениях коэффициента преломления [1].
С
0 _
скорость света в свободном пространстве;
где:
^ - длительность зондирующего импульса, излучаемого лазером;
П1 - действительный показатель преломления ОВ.
Пример расчета «мертвой зоны» при значении коэффициента преломления 1,5 и длительности зондирующего импульса 20 нс:
1МЗ -
2,998 -108 • 20 -10"9 2 -1,5
-1,999 - 2 м
1 _ С0 1МЗ -
Результаты расчета «мертвой зоны» при длительности зондирующего импульса 20 нс при разных значениях коэффициента преломления сведены в таблицу 1
2п1
(1)
Результаты расчета «мертвой зоны» при длительности импульса 20 нс
Таблица 1
Коэффициент преломления 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 1,99
Величина «мертвой зоны», м 3,00 2,73 2,50 2,31 2,14 2,00 1,87 1,76 1,67 1,58 1,51
Результаты расчета «мертвой зоны» при длительности зондирующего импульса 100 нс при разных значениях коэффициента преломления сведены в таблицу 2 Таблица 2 Результаты расчета «мертвой зоны» при длительности импульса 100 нс
Коэффициент преломления 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 1,99
Величина «мертвой зоны», м 14,99 13,63 12,49 11,53 10,71 9,99 9,37 8,82 8,33 7,89 7,53
Результаты расчетов «мертвой зоны» соответствуют ожидаемым, и наглядно доказывают, увеличение длительности импульса значительно увеличивает величину «мертвой зоны». Данные расчеты также указывают о необходимости установки как можно более точного
значения показателя преломления ОВ, которое приводится в справочных данных оптических кабелей. Установлено среднее значение группового показателя преломле-
п -1.467
ния одномодового волокна:
£
■ Л1-20 нс ' Д1=100нс
Рисунок 1. Зависимости «мертвой зоны» от длительности зондирующего импульса при разных значениях
коэффициента преломления
Рассматриваемые «мертвые зоны» представлены графически на рисунках 2 и 3. Коэффициент отражения оказывает существенное влияние на «мертвую зону». Обычно, чем меньше отражение, тем меньше значение
«мертвой зоны». Поэтому при увеличении динамического диапазона прибора увеличивается значение «мертвой зоны» [2].
Мертвая зона события
1,5дБ в низ от пика
Рисунок 2. «Мертвая зона» события («мертвая зона» отражения)
Рисунок 3. «Мертвая зона» затухания
Это объясняется тем, что для обеспечения большего динамического диапазона при тестировании длинных линий, требуется более широкий световой импульс. Увеличение длительности импульса влечет за собой увеличение «мертвой зоны». Рефлектометры для коротких дистанций никогда не обладают широким динамическим диапазоном [1, с 58]. Сравнивая различные типы рефлек-
тометров, важно знать, какое значение коэффициента отражения использовалось для оценки «мертвой зоны». Большинство поставщиков используют значение коэффициента отражения -55 дБ на одномодовом волокне. Взаимосвязь между динамическим диапазоном и «мертвой зоной» прямопропорциональна. При тестировании и поиске повреждений локальных оптических сетей малое значение «мертвой зоны» имеет куда более важное значение по
сравнению с динамическим диапазоном. Дистанции достаточно короткие, поэтому нет необходимости большого запаса динамического диапазона. С другой стороны, эти же самые короткие дистанции требуют минимизации «мертвой зоны» для корректного определения патчкордов и измерения затуханий на каждом из его концов.
Имеются две разновидности разрешающей способности: пространственная (расстояние) и по потерям (уровень). Разрешающая способность по потерям (по затуханию) - это способность измерителя различать воспринимаемые им уровни мощности. Большинство рефлектометров могут выводить на экран дисплея разность между уровнями обратного рассеяния вплоть до 0,001 дБ. По мере распространения лазерного импульса по волокну соответствующие сигналы обратного рассеяния становятся все слабее, а разница между уровнями обратного рассеяния в двух смежных точках измерения становятся все больше. Таким образом, чем дальше импульс распространяется по волокну от рефлектометра, тем относительно больше (по сравнению с частью волокна, примыкающей к рефлектометру) становится расстояние по вертикали между точками с результатами измерений, образующими рефлектограмму. Это приводит к тому, что ближе к концу всего волокна рефлектограмма становится зашумленной и для своего выравнивания нуждается в усреднении множества результатов измерения импульсов. Шум на рефлектограмме может лишить возможности обнаруживать или измерять оптоволоконные соединения и дефекты с низкими потерями. Пространственная разрешающая способность (разрешение по расстоянию) - это параметр, определяющий, насколько близко друг к другу по времени (и, соответственно, по расстоянию) находятся отдельные точки с результатами измерений, образующие рефлектограмму. Эта способность выражается в единицах расстояния [1, с 59]
Пространственная разрешающая способность в некоторых местах уменьшается из-за наличия «мертвой зоны». Достоверные измерения затухания в волокне - это те, которые сделаны между двумя уровнями обратного рассеяния. Для измерения потерь нельзя использовать те точки измерений, которые были получены в то время, когда измеритель был в состоянии насыщения из-за френе-левского отражения. Это связано с тем, что в то время измеритель не мог точно измерять уровни. Поэтому пространственная разрешающая способность в районе вокруг френелевского отражения - хуже (более низкая) из-за того, что единственные точки измерений, которые можно использовать, находятся до и после «мертвой зоны» по обе стороны оптоволоконного соединения.
В первом приближении пространственная разрешающая способность А1 зависит от длительности импульса Аи, излучаемого лазером, и ширины полосы пропускания усилителя А/ [2]
С.
А1 = (а )2 + (1/А/ )2,
2п (2) где: ^ - скорость распространения световой волны в волокне;
п - коэффициент преломления; М - длительность импульса в тракте;
М - ширина полосы пропускания усилителя. В стандартА/ ~3 МГц 0
ном режиме . В режиме максимального
А/ ~30 МГц
разрешения
[1, с 55].
При расчетах следует учесть влияние дисперсии на ширину импульса. Ширина импульса в тракте вычисляется по формуле:
и
и вых
-4
2 2 и2 + т
и вх
(3)
^и вх
где: - длительность импульса, излучаемого лазером;
т
результирующая дисперсия.
Согласно рекомендации G.652 [1, с 62] коэффициент дисперсии в интервале длин волн (1525-1575) нм составляет не более 18 пс/нм км.
Результирующая дисперсия вычисляется в форме
т-т
уд
(АЛ)-1,
(4)
где: уд - паспортное значение дисперсии, пс/нмкм;
АЛ - ширина спектральной линии источника излучения, в расчетах принята равной 0,5 нм;
1 - длина оптического тракта, км.
Произведем расчет результирующей дисперсии по формуле 4
т-18 - 0,5 - 80 - 720 пс
Пример расчета ширины импульса в тракте при длительности зондирующего импульса 100 нс:
и вых
-д/(10"7^+(7,2 -10"10^ -100,00259нс
Пример расчета пространственной разрешающей способности при длительности зондирующего импульса 100
нс:
А! -
2,998 -108 2 -1,467
00259 -10
)2
+ 1
.3-106
- 35,56м - 0,0356км
2
1
■9
Результаты расчета пространственной разрешающей способности в зависимости от длины оптического тракта, в расчетах принятой 80 км при разных длительностях зондирующего импульса сведены в таблицу 3.
Таблица 3
Результаты расчета пространственной разрешающей способности_
Длительность зондирующего импульса, излучаемого лазером, нс 100 1000 10000 20000
Разрешение по расстоянию, м 35,56 107,71 1022,38 2043,91
Результаты расчета доказывают, чем меньше длительность зондирующего импульса, тем точнее результаты измерений. С приведенными в расчетах длительностями зондирующих импульсов разрешающая способность по расстоянию низкая.
Разрешающая способность по расстоянию оказывает влияние на способность рефлектометра определять местонахождение конца всего волокна: если точки измерений находятся друг от друга на расстоянии 8 м, то конец волокна может быть определен лишь с точностью ±8 м.
Список литературы
1. Горлов Н.И., Мехтиев А.Д., Эйрих В.И., Алдошина О.В., Кшалова А.А. Методы и средства измерения параметров волоконно-оптических линий: учебник. Караганда.: КарГТУ, 2014. - 293 с.
2. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи измерения - М: Компания САЙРУС - СИСТЕМС, 1999г. - 672с.: ил.
ЗАВИСИМОСТЬ « МЕРТВЫХ ЗОН» ОПТИЧЕСКОГО РЕФЛЕКТОМЕТРА ОТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЗОНДИРУЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ
Горлов Николай Ильич
Доктор тех. наук, профессор, СибГУТИ, заведующий кафедры «Линии связи», г. Новосибирск.
Алькина Алия Даулетхановна Магистр «Инфокоммуникации», старший преподаватель, КарГТУ, г. Караганда
Ковтун Александр Анатольевич
Магистрант, СибГУТИ, кафедра «Линии связи», г. Новосибирск
Мертвые зоны можно разделить на две категории: «мертвые зоны» события (неоднородности) и «мертвые зоны» затухания. «Мертвая зона» события (называемая также мертвой зоной отражения) - это расстояние от одного френелевского отражения до другого френелевского отражения, которое можно обнаружить. Такая «мертвая зона» говорит о том, когда после какого-либо отражения (обычно от разъема у рефлектометра) можно обнаружить отражение от обрыва или от оптоволоконного соединения. Наличие «короткой мертвой» зоны события означает, что после первого оптоволоконного соединения можно увидеть второе. Мертвая зона затухания - это расстояние от какого-либо френелевского отражения до того места, где можно обнаружить обратное рассеяние. В этом случае можно получить информацию о том, как скоро после отражения можно измерить второе событие, такую, как сварное соединение (оптоволоконный стык) или дефект волокна [1]. Чтобы осуществлять какие-либо измерения потерь в волокне, необходимо увидеть обратное рассеяние по обе стороны от оптоволоконного соединения. Это означает, что рефлектограмма должна опуститься со своего пика у отражения до уровня обратного рассеяния. Мертвые зоны затухания всегда длиннее, чем мертвые зоны события, поскольку для обнаружения уровня обратного рассеяния детектор должен полностью восстановить свою чувствительность. Коэффициент отражения оказывает существенное влияние на «мертвую зону». Обычно, чем меньше отражение, тем меньше значение «мертвой зоны». Сравнивая различные типы рефлектометров, важно знать, какое значение коэффициента отражения использовалось для оценки «мертвой зоны». Большинство поставщиков используют значение коэффициента отражения -55 дБ на одномодовом волокне.
Взаимосвязь между динамическим диапазоном и «мертвой зоной» прямопропорциональна. При увеличе-
нии динамического диапазона прибора увеличивается значение «мертвой зоны». Это объясняется тем, что для обеспечения большего динамического диапазона при тестировании длинных линий, требуется более широкий световой импульс. Увеличение длительности импульса влечет за собой увеличение «мертвой зоны». Рефлектометры для коротких дистанций никогда не обладают широким динамическим диапазоном.
При тестировании и поиске повреждений локальных оптических сетей малое значение «мертвой зоны» имеет куда более важное значение по сравнению с динамическим диапазоном. Дистанции достаточно короткие, поэтому нет необходимости большого запаса динамического диапазона. С другой стороны, эти же самые короткие дистанции требуют минимизации «мертвой зоны» для корректного определения патч-кордов и измерения затуханий на каждом из его концов. Считается, что мертвые зоны, обнаруживаемые на рефлектограмме, зависят от одного основного фактора — длительности импульса светового излучения, проходящего по волокну, а так как она может быть выбрана, то каждому ее значению будет соответствовать определенная мертвая зона. В связи с этим можно констатировать, что, чем больше длительность импульса в секундах, тем больше мертвая зона в метрах (рисунок 1).
Однако после установления предпочтительной длительности импульса для просмотра того или иного волокна становятся очевидными другие факторы. В частности, при выбранной длительности импульса мы можем столкнуться с различными мертвыми зонами для отражательных событий, причем зависящими от расстояния и интенсивности (амплитуды) отражательного события. Чтобы понять это, необходимо уточнить, что детектор OTDR ежеминутно измеряет уровни возвращенного света очень слабой интенсивности, в связи с чем он должен обладать очень высокой чувствительностью [1].
