CC BY
121
Закирова Э.А.
ТЕСТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ
Оптические кабели находят все более широкое применение - от магистральных линий и корпоративных систем передачи данных до локальных компьютерных сетей. Преимущество волоконной оптики несомненно: реализуемые в оптических каналах скорости передачи информации пока недостижимы для медных кабелей.
Немаловажно и то преимущество, что тестировать оптический кабель проще. Измерению подлежит меньшее число параметров, в большинстве случаев - только потери в кабеле, так как перекрестных помех в оптике нет. Кроме того, приборы для тестирования оптических каналов дешевле, чем для медных.
Несмотря на возрастающее разнообразие измерительных приборов, основным "помощником" специалиста по установке и эксплуатации волоконно-оптических систем служит оптический тестер - без преувеличения, самое распространенное рабочее средство измерения. Тестер используется при входном контроле параметров оптического кабеля, его монтаже, приемосдаточных испытаниях кабельной системы, контроле выходных параметров активного оборудования и обслуживании действующей линии. Преимущества этого скромного прибора - простота использования, малые габариты и масса, автономное питание и сравнительно низкая стоимость. Тестер обеспечивает достаточно высокую точность измерений, стабильность параметров в течение всего времени измерения, удобен в обращении, компактен и экономичен.
Для достоверного тестирования оптических волокон тестер следует подбирать в соответствии с активным оборудованием компьютерной сети. Так, например, если для передачи данных используется одномодовое активное оборудование и соответственно одномодовый кабель, то измерительный генератор также должен быть одномодовым. Кроме того, тестирование должно проводиться на длине волны передачи. Для того чтобы понять, что стоит за сухими цифрами и рекомендациями стандартов, рассмотрим подробнее "начинку" приборов.
Оптический тестер как средство измерения излучаемой мощности
Тестер применяется для измерения мощности оптического излучения и определения потерь в волоконно-оптических световодах и кабелях. Исходя из этого, оптический тестер должен обеспечивать:
большой динамический диапазон, достаточный для тестирования участков кабеля между усилителями;
требуемую точность измерения в соответствующем спектральном диапазоне;
возможность измерений в широком спектральном диапазоне;
долговременную стабильность параметров;
малое энергопотребление, обеспечивающее длительную работу от одного комплекта батарей.
По конструктивному исполнению тестеры подразделяются на два типа: комплекты из двух приборов -источника и измерителя и совмещающие в одном корпусе источник и измеритель. Тестеры в виде комплекта более универсальны, так как позволяют применять большее число методов измерений.
Основные требования к генераторам излучения - обеспечение требуемой мощности в волоконном световоде и долговременной стабильности параметров излучения. Излучение может быть как непрерывным, так и модулированным последовательностью импульсов в виде меандра, следующих с частотой 27 0 Гц, 1 или 2 кГц. Обычно в качестве источников для тестеров используются полупроводниковые лазерные диоды или светодиоды; первые применяются в основном в одномодовых системах, а вторые - в многомодовых линиях связи небольшой протяженности. Лазерные диоды мощнее, и угловая апертура их излучения меньше, поэтому мощность в волоконном световоде выше, чем в случае светодиода. Однако стоимость лазеров выше, а обеспечить их стабильную работу довольно сложно.
Входящие в состав тестера измерители должны обеспечивать низкий порог чувствительности, широкий спектральный диапазон измерений, равномерную чувствительность в заданном спектральном диапазоне или на длинах волн калибровки.
Основной элемент измерителя - это фотодиод. Его базовая характеристика - чувствительность R, которая определяется как отношение фототока к падающей оптической мощности и измеряется в А/Вт. Спектральные зависимости чувствительности для некоторых типов фотодиодов представлены на рис. 1.
▲
R. АФт
1.0
0.8
0.6
Si
0.4
0.2 ^
0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 ^
Рис.1. Спектральная зависимость чувствительности фотоприемников на основе Sir Ge и InGaAs
Основное назначение тестера - измерение мощности оптического излучения на выходе волоконнооптической системы, определения затухания в ней и на отдельных компонентах кабельной системы и их соединениях. В настоящее время на российском рынке представлены измерительные приборы для волоконной оптики от десятков производителей; большинство из них иностранного производства.
Для работы в диапазонах 8 00, 1300, 17 00 нм подходят тестеры с приемниками на основе InGaAs.
Они более чувствительны, чем германиевые фотоприемники, и, как правило, обеспечивают большой динамический диапазон. Дополнительное преимущество фотоприемников на тройных структурах в том, что у них более гладкая спектральная зависимость чувствительности, и их можно использовать во всем спектральном диапазоне, а не только на длинах калибровки. Это свойство приобретает особую актуальность в связи с развитием систем со спектральным уплотнением.
Немаловажную роль играют схемные решения в приборах. Наибольшую точность измерений обеспечивают приемники с цифровой обработкой сигнала. Это, как правило, приборы, разработанные недавно. Современная электронная "начинка" обеспечивает уменьшение их габаритов и снижение энергопотребления.
В отдельный класс можно выделить приемники для измерения мощных оптических сигналов. Основные сферы их применения - системы кабельного телевидения (CATV), линии с оптическими усилителями на активных волокнах. Динамический диапазон таких приемников смещен в сторону больших мощностей (обычно на 20 дБ).
Приборы российского производства ПТ2000 и ПТ2010 ("Перспективные технологии") и комплект Ал-маз21 (ЛОНИИР) по своим параметрам не уступают зарубежным образцам, имеют все необходимые сертификаты и, что немаловажно для эксплуатации, техническую и гарантийную поддержку непосредственно от производителя. Измеритель ПТ2010 (рис. 2) позволяет проводить измерения в спектральных интервалах 800-900 нм, 1250-1350 нм и 1500-1650 нм с шагом 5 нм в каждом интервале. Цифровая обработка, во-первых, позволяет компенсировать неравномерность чувствительности фотодиода и повысить точность измерений, а во-вторых, обеспечивает стыковку прибора с компьютером.
Рис.2. Тестер ПТ2010: источник и измеритель
Метод вносимых потерь (замещения) применяется для определения потерь на разъемном соединении (рис. 3) ив оптическом кабеле.
Рис.3. Измерение потерь методом вносимых потерь (замещения)
Тестирование соединительных шнуров и входной контроль кабеля проводятся по данному методу с помощью одного тестера или мультиметра, в то время как для измерений потерь в линии необходимо два тестера или мультиметра, по одному с каждой стороны.
Методы измерения прямых потерь:
метод обрыва;
метод сравнения (сличения);
метод сопряжения волокон;
Уровень возвратных потерь на разъемных соединениях кабелей начинает играть все большую роль с повышением дальности передачи в магистральных линиях связи, развитием сетей кабельного телевидения и т. д. Обратные отражения попадают на источник (передатчик) сигнала, накапливаются при многократных стыковках и выступают как помеха по отношению к полезному сигналу.
Так как возвратные потери во много раз меньше прямого сигнала, для их измерений необходим тестер с большим динамическим диапазоном (не менее 60 дБ). Для повышения точности измерения обратных потерь должны выполняться два условия: во-первых, измеритель должен быть откалиброван по
известному отражению; во-вторых, должны быть измерены фоновые излучения (фоновые обратные потери - паразитные отражения), которые необходимо вычесть из результатов измерения.
Величину обратных потерь измеряют по методике, называемой в зарубежных источниках OCWR (Optical Continious Wave Reflectometer) - рефлектометрия непрерывным излучением. Тестируемый кабель подключается к излучателю через равноплечный ответвитель. Другой выход ответвителя подключается к измерителю, с помощью которого регистрируется уровень оптического излучения, отраженного от соединения ответвителя и тестируемого кабеля. Для того чтобы определить обратные потери на входном конце кабеля, соединенном с ответвителем, необходимо исключить из результатов измерения отражение света от дальнего конца кабеля. Для этого применяются три метода: метод микроизгиба
волокна, иммерсионный метод, метод экспресс-контроля (рис. 4).
И знай шал и у
Экслресс-метод
Рис.4. Измерение обратных потерь
методами:
(АРС - устройство подавления отражений)
Оптические тестеры обязательно должны проходить
изгиба волокна, иммерсионным и экспресс-методом
проверку на точность измерений. Параметры и
периодичность измерений определяются стандартами. Для поверки используются рабочие эталоны второго порядка (образцовые средства измерений).
Поскольку оптические тестеры - это основной прибор для измерения параметров волоконнооптического кабеля, то наиболее распространенный комплект рабочего эталона представляет собой пару: источник - измеритель с соответствующими соединительными шнурами и аксессуарами, плюс образцовый аттенюатор. Дополнительно поставляется устройство для определения обратных потерь.
Методы тестирования кабелей и соединительных шнуров с помощью рабочего эталона аналогичны тестированию с помощью тестера, но точность при этом значительно выше. Для улучшения условий проведения поверочных и измерительных работ часто предусматривается дистанционное управление процессом с помощью компьютера. Он позволяет проводить измерения по алгоритмам, обеспечивающим наилучшую математическую обработку результатов.
В настоящее время инсталляторы и пользователи волоконной оптики имеют широкий выбор приборов, пригодных как для работы в полевых условиях, так и для прецизионных измерений. В то же время совокупность технических и нормативных требований, включающих сертификацию приборов в России, весьма сужает этот выбор. Приборы, разработанные в России, удовлетворяют всем этим требованиям.
