Создание измерительного комплекса для оптоволоконной сети связи

Содержание:
   Введение	2
   Цель дипломного проекта	5
   Список нормативных документов	6

1. Разновидности эксплуатационных измерений в ВОЛС	8
  1.1. Измерения уровня оптической мощности и измерения затухания	9
  1.2. Определение места и характера повреждения 
оптоволоконного кабеля	17
  1.3. Стрессовое тестирование аппаратуры ВОЛС	22
  1.4. Промышленный анализ оптоволоконных кабелей	23

2. Измерительная аппаратура для эксплуатационного 
    тестирования ВОЛС	27
 2.1. Визуальные дефектоскопы                                                                       27
 2.2. Источники стабилизированного оптического излучения                     29
 2.3. Оптические измерители мощности                                                         31
 2.4. Анализаторы затухания в оптическом кабеле                                        34
 2.5. Перенастраиваемые оптические аттенюаторы                                       35
 2.6. Идентификаторы активных волокон                                                       37
 2.7. Оптические переговорные устройства                                                    38
 2.8. Рефлектометры                                                                                          40
 
3. Формирование измерительного комплекса для ВОЛС                        44
3.1. Выбор рефлектометра                                                                                 44
3.2. Выбор измерителя мощности                                                                     48
3.3. Выбор источника оптического излучения                                                 53
3.4. Выбор оптического аттенюатора                                                                57
3.5. Выбор дефектоскопа                                                                                    58
3.6. Выбор переговорного устройства                                                               62
3.7. Итоговый вид измерительного комплекса ВОЛС                                     66
	
Заключение	 67
Список литературы                                                                                              68










Введение
Внедрение на сетях связи новейших телекоммуникационных технологий ведет за собой повышение роли и значения работы по систематизации и стандартизации измерений в отрасли. В настоящее время точность измерений достигает границ, которые способны обеспечить рабочие эталоны.

Современная промышленность выпускает сотни тысяч единиц средств измерения (СИ) и контроля, способных обеспечивать заданную точность измерений. Сформирована постоянно развивающаяся техническая и нормативная базы метрологического обеспечения, регулирующих проблемы испытаний и эксплуатации современных средств связи. Ведется разработка новых измерительных средств, способных увеличить точность измерений и способных передавать размеры единиц величин от эталонов до технических средств связи – объектов контроля.

Предпринимаются шаги по оптимизации системы метрологического обеспечения отрасли для повышения эффективности и экономического удешевления процессов функционирования, направленных на повышение качества выполнения основной задачи отрасли – обеспечения единства и качества измерений в отрасли связи.
Характеристика состояния метрологического обеспечения средств и услуг связи
 Под метрологическим обеспечением подразумевается комплекс научно-технических мероприятий, проводимых службой по обеспечению единства и требуемой точности измерений в отрасли.

Таким образом, основа метрологического обеспечения составляет организационная, техническая и нормативная составляющие.
Организационная основа метрологического обеспечения
В настоящее время главой метрологического обеспечения в отрасли является метрологическая служба Министерства связи Российской федерации.

Положение о данном органе управления метрологического обеспечения отрасли было введено в действие с 01.07.94. В данном приказе сформирована основная структура организационной основы метрологического обеспечения. Она включает в себя такие звенья, как: 

 - должностное лицо (структурное подразделение) Минсвязи России, осуществляющее общее руководство всеми работами по метрологическому обеспечению министерства - главный метролог Минсвязи России (служба главного метролога);
 - головная организация метрологической службы;
 - базовые организации метрологической службы;
 - метрологические службы акционерных обществ, ассоциаций, организаций и предприятий, осуществляющих свою деятельность в области электрической связи на основании административного подчинения или лицензий Минсвязи России;
 - метрологические службы предприятий, входящих в состав объединений, административно подчиненных Минсвязи России или имеющих лицензию на свою деятельность от Минсвязи России.
Техническая основа метрологического обеспечения
Техническая основа метрологического обеспечения включает в себя совокупность средств измерений и измерительные комплексы, предназначенные для оценки основных параметров и контроля каналов, трактов, линий и других элементов связи. Современный парк измерительных устройств насчитывает около 350 тысяч единиц.

Большинство средств измерений параметров каналов и трактов связи сертифицированы и зарегистрированы в ГосРеестре средств измерений России.

В настоящее время заметен существенный уровень (75%) укомплектованности средствами измерений операторов связи. Однако, в основном, на эксплуатации стоят приборы устаревших типов, со сроком службы 20 и более лет. Внедрение современных средств измерений, способных проводить измерения с точностью, соответствующей современным стандартам, идет очень медленно. Особенно на это влияет структурная сложность и комплексность современных сетей, в связи с чем остро стоит вопрос о необходимости разработки новых, современных систем средств измерений или систем метрологического обеспечения. 
Нормативная основа метрологического обеспечения
Разработка нормативных документов происходит в процессе научно-исследовательских работ, проводимых головной и базовыми организациями метрологической службы.

В настоящий момент, фонд нормативных документов состоит более чем из 178 документов, разработанных по заказу Минсвязи России. Такой объем обусловлен количеством и многообразием современных систем измерений.

Качественный состав фонда позволяет регулировать процессы единства измерений на требуемом уровне.




Цель дипломного проекта
Целью данного дипломного проекта является создание измерительного комплекса для оптоволоконной сети связи.

Для этого необходимо обозначить тип и количество параметров, измерение которых необходимо проводить во время ее эксплуатации. Важно отметить, что в данной работе будут рассмотрены только эксплуатационные параметры ОВ системы связи, связанных с приемной и передающей часть волоконно-оптических линий и некоторые параметры самого оптического волокна. Измерения, относящиеся к лабораторным, такие как хроматическая и поляризационная дисперсия и спектральный анализ коэффициента передачи кабеля, в этой работе рассматриваться не будут.

Комплекс измерительных средств будет основан на нормах измеряемых параметров, так же приведенных в дипломном проекте. Для каждого параметра будет рассмотрен процесс его измерения и приведены образцы существующих типов измерительного оборудования.

В конце будет сформирован комплекс измерительной аппаратуры для ВОЛС.









Список нормативных документов, регламентирующих основные измеряемые параметры
Здесь даны основные рекомендации Международного Консультативного Комитета по Телеграфии и Телефонии МККТТ (МСЭ-Т). Названия и расшифровка рекомендаций представлены на английском языке.
Таблица 1. Основные рекомендации МККТТ (МСЭ-Т)
Наименование стандарта
Обозначение стандарта
INTERNATIONAL TELEPHONE CONNECTIONS AND CIRCUITS
G.100–G.199
INTERNATIONAL ANALOGUE CARRIER SYSTEM
GENERAL CHARACTERISTICS COMMON TO ALL ANALOGUE CARRIER-TRANSMISSION SYSTEMS
G.200–G.299
INDIVIDUAL CHARACTERISTICS OF INTERNATIONAL CARRIER TELEPHONE SYSTEMS ON METALLIC LINES
G.300–G.399
GENERAL CHARACTERISTICS OF INTERNATIONAL CARRIER TELEPHONE SYSTEMS ON RADIO-RELAY OR SATELLITE LINKS AND INTERCONNECTION WITH METALLIC LINES
G.400–G.449
COORDINATION OF RADIOTELEPHONY AND LINE TELEPHONY
G.450–G.499
TRANSMISSION MEDIA CHARACTERISTICS
General
G.600–G.609


Продолжение таблицы 1.
Symmetric cable pairs
G.610–G.619
Land coaxial cable pairs
G.620–G.629
Submarine cables
G.630–G.649
Optical fibre cables
G.650–G.659
Characteristics of optical components and sub-systems
G.660–G.699
DIGITAL TRANSMISSION SYSTEMS

TERMINAL EQUIPMENTS
G.700–G.799
DIGITAL NETWORKS
G.800–G.899
DIGITAL SECTIONS AND DIGITAL LINE SYSTEM
G.900–G.999











1. Разновидности эксплуатационных измерений в ВОЛС
К эксплуатационным измерениям относятся:
 - измерение уровней оптической мощности и затухания
 - измерение возвратных потерь
 - локализация места повреждения кабеля и характера этого повреждения
 - стрессовое тестирование аппаратуры ВОСП
Так же, к эксплуатационным измерениям можно отнести анализ дисперсии ВОСП и измерения спектральных характеристик источника, но в настоящее время их редко проводят в полевых условиях и все чаще относят к лабораторным и системным измерениям.
Для проведения этих измерений применяются измерительные средства, перечисленные в таблице 2.








Таблица 2. Основные параметры и способы их измерения.
№
Параметр тестирования
Необходимое измерительное оборудование
1
Оптическая мощность (выход источников, уровень принимаемого сигнала)
ОРМ, OLTS
2
Затухание в кабеле, интерфейсах и волокнах
ОРМ, SLS, OLTS
3
Уровень возвратных потерь
Анализатор ORL, OTDR
4
Определение места и характера повреждения оптоволоконного кабеля
Визуальный дефектоскоп, OTDR
5
Стрессовое тестирование ВОСП
Перестраиваемые аттенюаторы, ОРМ, SLS, OLTS

1.1. Измерения уровней оптической мощности и измерения затухания
В любой системе передачи измерение затухание производится через определение уровня сигнала на входе и выходе. Однако, в оптической системе передачи большое влияние оказывают параметры оптического интерфейса генератора тестового оптического сигнала. Так же, большое влияние оказывает согласованность источника сигнала с волокном. Совокупность этих требований порождает огромное количество технических решений по измерению затухания в оптическом кабеле. 





Метод прямого измерения затухания, вносимого оптическим кабелем

Принцип такого измерения показан на рис. 1 и представляет из себя стандартную схему измерения «точка-точка», когда генератор и тестер расположены на противоположных концах линии.
 

Рис. 1. Типовая схема измерения затухания в оптическом кабеле

По определению затухание в линии определяется выражением:

Однако на практике, чаше всего, измеряют не затухания в оптическом кабеле, а сумму затухания линии и потери мощности на оптических элементах передающей и принимающей стороны. А все модификации и различные технические решения связаны с измерением и уменьшением потерь на оптических элементах приборов. Влияние оптических интерфейсов обязательно учитывается при приёмосдаточных измерениях.




Разделяют два типа измерений затухания:

 - измерения затухания без разрушения кабеля
 - измерения затухания с разрушением кабеля

Измерение затухания без разрушения кабеля

Принцип этого метода изображен на рис. 1, где генератор и анализатор расположены на противоположных концах измеряемого участка. Используется на узлах ВОСП, там, где возможно пошаговое подключение и измерение. Измерения снимаются по несколько раз, заносятся в таблицы и усредняются. Так же, для увеличения точности измерений их повторяют после разрушения нескольких сантиметров кабеля. Обязательно согласовывают по спектру сигнала источник и приемник.

Так же, необходимо учитывать, что в зависимости от направления измерения кабеля, значения могут изменяться. Это связано с неоднородностями кабеля. Поэтому, для измерений часто используют не только пару OPM-SLS, но и два прибора OLTS, которые позволяют учитывать фактор направления кабеля при измерениях. В этом случае в первом опыте производят измерения с источником в точке А, а во втором опыте с источником в точке В. Результаты усредняются.

Измерение затухания с разрушением кабеля 

Для лабораторного анализа кабеля используется метод измерения затухания с разрушением кабеля. Для это сначала производят измерение всей длины кабеля. Полученный результат помечают как PL. Затем обламывают волокно на расстоянии нескольких метров от входного конца и производят еще одно измерение короткого отрезка. Это значение отмечают как P0. Величина затухания кабеля определяется разностью этих двух значений. Для увеличения точности производят несколько дополнительных измерений с обломом волокна по несколько сантиметров. Полученные значения усредняются. Так как этот метод приводит к разрушению волокна, то он не имеет особой эксплуатационной ценности и в полевых условиях применяется исчезающе редко.

Метод обратного рассеяния для измерения затухания

     В настоящее время самым распространенным является метод обратного рассеяния. Для его реализации используются оптические рефлектометры. В основе метода лежит принцип обратного реелевского рассеяния. В ходе измерений исследуемое волокно зондируют мощными оптическими импульсами. При движении вдоль волокна сигнал сталкивается с неоднородностями, которые вызывают поток встречного рассеяния. Это встречный поток фиксируется прибором на входном конце. Основным плюсом этого метода является необходимость подключения измеряемого волокна только одним концом.

Результатом работы прибора является рефлектограмма, на которой фиксируется зависимость отраженного от неоднородностей сигнала от длины линии.

При наличии в волокне двух неоднородностей А и В на рефлектограмме будут видны следующие изменения отраженного сигнала:

 - отражения от А
 - отражения от В
 - интермодуляционные отражения высших порядков (В-А-В и т.д.)

Интермодуляционные отражения обычно малы по своей амплитуде и воспринимаются как шум.

От угла наклона кривой рефлектограммы зависит значение удельного затухания оптического сигнала в линии.

Метод обратного рассеяния получил такое распространение именно из-за возможности измерения с одного конца. Это быстро, удобно, можно измерять уже уложенные кабели. Дополнительным плюсом является визуализация результата в виде графика. 


Рис. 2. Пример рефлектограммы

Наглядный пример рефлектограммы приведен на рис. 2. По характеру отражения от каждой из неоднородностей можно определить её характер и расстояние от начала волокна. 
Начальный скачек обусловлен френелевский отражением в разъеме, который соединяет рефлектометр и измеряемое волокно. При отстутствии отражения эта точка вносит только затухание, уровень которого определяется падением уровня в этой точке. Так же, френелевское отражение вызывает скачок на конце или в месте обрыва волокна. Отажение в местах повреждения кабеля зависит от характера повреждения. Например, при сколе волокна в наклонной к оси плоскости, отражение наблюдаться не будет, и место повреждение будет вызывать только падение уровня сигнала.

Диапазон измерения затухания рефлектометром с одно стороны обычно ограничен 15-20 дБ. Поэтому, при измерении больших значений затухание, измерения производятся с двух сторон. На малых длинах кабеля это позволяет существенно повысить точность.

К основным минусам данного метода можно отнести:

 - малый динамический диапазон измерений, связанный с малой мощностью обратного отражения;
 - дороговизна рефлектометра, ввиду сложности его производства.

При измерения затухания с помощью рефлектометра следует учитывать, что результаты измерения сильно зависят от таких параметров, как:

 - скорость распространения оптического сигнала в кабеле
 - длина оптического волокна в кабеле

Скорость распространения оптического сигнала в кабеле сильно зависит от коэффициента преломления стекла, который может находится в диапазоне нескольких процентов для разных кабелей. Данный параметр можно компенсировать, измерив кабель такого же типа известной длины.

Вторым фактором является длина оптического волокна в кабеле. Для повышения конструктивной прочности кабеля и защиты от изгибов и растяжений производители закладывают избыток волокна в кабель. На длину строительной величины кабеля этот запас может составлять 1-2% от длины кабеля. При измерении затухания рефлектометром, который оперирует длиной волокна, а не кабеля, следует учитывать этот фактор. В среднем километру кабеля будет соответствовать погрешность измерений в 10-20 м. 

При использовании рефлектометра возникают вполне закономерные вопросы: почему различаются значения, полученные методом OLTS и OTDR, и почему различаются значения, полученные при измерении с помощью OTDR с разных концов.

Эти различия обусловлены принципом работы рефлектометра, при котором волокно зондируется мощным оптическим импульсом. При движении вдоль оси волокна на импульс оказывают влияние три фактора:
 - затухание сигнала при движении до неоднородности
 - отражение сигнала
 - затухание сигнала при движении от неоднородности до анализатора

Если предположить, что коэффициент отражения постоянно, можно автокалибровать рефлектометр. Однако, любое изменение диаметра сердцевины волокна приводит к ощутимому изменению коэффициента отражения, которое приводит к изменению значения измеряемого затухания (порядка 0,1 дБ). Это приводит к разнице между значениями затухания при измерении с разных концов волокна.

Важно понимать специфики измерения затухания на месте сварки двух волокон. В этом случае возможны три варианта:

 - Волокна идентичны – значение затухания при измерении с обоих сторон кабеля будут совпадать;

- Принимаемое волокно имеет меньший коэффициент отражения – отраженная мощность после шва будет меньше, а рефлектометр покажет большее затухание, чем действительности;

 - Принимаемое волокно имеет больший коэффициент отражения – отраженная мощность, наоборот, будет больше, и рефлектометр покажет «усиление» сигнала после места соединения.

Самым простым и доступным решение всех перечисленных выше проблем является способ измерения волокна с двух сторон, с последующим усреднением полученных результатов. Этим способом можно достигнуть достаточной точности измерений (до 0,01 дБ). В то же время, такой способ измерения нивелирует основное преимущество способа измерения с помощью OTDR – возможность измерения с одной стороны кабеля.















1.2. Определение места и характера повреждения оптоволоконного кабеля



Рис. 3. Алгоритм поиска неисправностей в ВОЛС

Поиска неисправностей начинается с определения, на какой части оборудования, оптической или электрической, проявилась неисправность. Для этого производится замер уровня оптической мощности с помощью ОРМ и результаты сравниваются с нормами. Если уровень сигнала в норме, значит проблема связана с электрической частью оборудования. Если же уровень сигнала слишком низкий, значить неисправность связана с передатчиком или волоконно-оптической линией. Далее измеряют уровень выходной мощности передатчика. Если он низкий, значит предстоит ремонт самого передатчика. Если же уровень в пределах нормы, значит проблема в волоконном кабеле.

Причинами неисправностями в кабеле могут быть коннекторы, некачественные места сварок, частичное или полное разрушение участка кабеля. Для диагностики этих проблем используются визуальные дефектоскопы или OTDR. Для проверки коннекторов используются микроскопы. 

Основные виды неисправностей в ВОСП, их причины и методы устранения приведены в табл. 2.















Таблица 3. Основные виды неисправностей в ВОСП 
Неисправность
Причина
Оборудование диагностики
Процедура устранения
Коннектор
Пыль или загрязнение
Микроскоп
Очищение, полировка, обновление
Кабель pigtail
Перекручивание кабеля
Визуальный дефектоскоп
Устранение перекручивания
Локальный всплеск затухания в кабеле
Перекручивание кабеля
OTDR
Устранение перекручивания
Распределенное увеличение затухания в кабеле
Некачественный кабель
OTDR
Замена участка кабеля
Потери в сварочном узле
Некачественная сварка

Потери, связанные с близким расположением волокон в сварочном узле
OTDR

Визуальный дефектоскоп
Вскрытие узла и проведение сварки заново
Обрыв кабеля
Внешние воздействия
OTDR, визуальный дефектоскоп
Ремонт/замена

Поиск неисправностей в оптических коннекторах

Самым простым способом поиска неисправности в оптических коннекторах является использование специализированного микроскопа. Важно правильно подбирать кратность увеличения такого прибора. Слишком маленькая кратность приведет к невозможности обнаружения малозаметных дефектов, а слишком большая кратность будет искажать реальную картину повреждения. 
На практике чаще всего используют микроскопы с параметром усиления в пределах 30-100 кратного увеличения.

Применяют три основных способа анализа состояния коннектора:

 - прямое наблюдение торца коннектора с подсветкой
 - прямое наблюдение торца коннектора с подсветкой и наличием сигнала в волокне 
 - наблюдение под углом


Рис. 4. Поиск неисправностей в коннекторах с использованием микроскопа

Следует помнить, что визуальный анализ коннектора с помощью микроскопа носит очень субъективный характер. Например, повреждения оболочки волокна почти не влияют на прохождение сигнала. Именно повреждение сердцевины наиболее пагубно влияет на уровень сигнала в коннекторе.

Метод прямого наблюдения с подсветкой позволяет увидеть только самые глубокие царапины и трещины. И так же проверить центрирование и количество связующего вещества. Подача сигнала на анализируемое волокно позволяет дополнительно увидеть трещины и сколы, вызываемые нагревом и давлением, возникающим в процессе полировки.

Метод наблюдения под углом позволяет улучшить детальность анализа за счет наблюдения теней от царапин и сколов.

Локализация обрывов и определение характера повреждений в оптическом кабеле

С течением времени, под влиянием огромного числа факторов, уровень сигнала в любой ВОСП начинает падать. Это падение обычно бывает вызвано разрушением участков кабеля, попаданием под оболочки воды, физическими воздействиями, повлекшими за собой изменение радиуса угла сгиба кабеля и т.д. Для определения месторасположения и характера подобного повреждения в настоящее время применяют рефлектометры.

По характеру рефлектограммы можно сделать вывод о том, какая именно неисправность вызвала деградацию уровня сигнала на данном участке. Так например место сварки на рефлектограмме будет выглядеть как точки увеличения затухания без всплеска мощности отраженного сигнала. Это вызвано тем, что эти точки являются точками релеевского рассеяния без френелевского отражения. А вот всплески мощности обратного отражения будут свидетельствовать о наличии на линии обрыва или серьезного повреждения кабеля.

В отличие от электрических кабелей, в оптических кабелях вид отраженного сигнала будет зависеть от типа повреждения кабеля. При растягивающих воздействиях будут возникать продольные сколы, а при поперечных ударах – поперечные сколы. Все эти типы повреждений будут существенно отличаться друг от друга не рефлектограмме.
 
1.3. Стрессовое тестирование аппаратуры ВОСП 

     В настоящее время, при производстве любой завод производитель проводит лабораторный анализ аппаратуры и устанавливает эксплуатационные параметры для каждого из изделий. Эти параметры заносятся в паспорт изделия. 

     При построении ВОЛС параметры задаются параметрами каналообразующей аппаратурой, а не возможностями кабеля. Поэтому, что бы передача велась на необходимом уровне качества, дли кабельной части линии устанавливается ограничение по затуханию на километр. Для каждого набора каналообразующей аппаратуры это значение индивидуально и как раз и отображено в паспорте изделия. Очевидно, что для правильного функционирования передача должна вестись в пределах допустимого затухания, с учетом все ОРП и НРП. 

     Однако, превышение этого порога не всегда ведет к критическому ухудшению уровня сигнала. Дело в том, что на заводе указывается не физический предел, а рекомендуемый нормальный режим работы. Самим заводом производителем в аппаратуру закладывается запас мощности, который увеличивает возможный уровень передачи при высоком затухании. Этот запас позволяет расширить возможности эксплуатации линии, без необходимости менять структурное состояние ВОЛС.
     
     Важной задачей является определение этого порода, до которого аппаратура способна продолжать передачу информации на необходимом уровне. Для этого проводят стрессовое тестирование оборудования, которое подразумевает вывод аппаратуры за пределы рекомендуемого на заводе уровня затухания. Это делается с помощью подключения аппаратуры к линии через аттенюаторы. При этом фиксируется параметр ошибки в линии в зависимости от уровня вносимого затухания. Затухание увеличивают до тех пор, пока не будет достигнуть предел функционирования по ТУ. 
     
     То предельное значение вносимого затухания будет определять запас ВОЛС по мощности. 
     
     Некоторые изготовители проводят такое испытание сразу после выпуска продукции и заносят результаты в паспорт.
     
1.4.  Промышленный анализ оптоволоконных кабелей.
     Промышленный анализ включает в себя измерения:
 - погонного затухания в оптическом волокне
 - полосы пропускания и дисперсии
 - длины волны отсечки
 - профиля показателя преломления
 - числовой апертуры
 - диаметра модового поля
 - геометрических и механических характеристик оптоволоконного кабеля
 - энергетического потенциала и чувствительности фотоприемного устройства
 - уровней оптической мощности устройств
Измерения погонного затухания в оптическом кабеле выполняется аналогично, как как описывалось выше, по прямому методу, с использованием высокоточных анализаторов затухания.

Измерения полосы затухания и дисперсии волокна. Используется частотный или импульсный методы. При частотном методе производят анализ амплитудно-частотной модуляционной характеристики, из которой определяют полосу пропускания. Для проведения измерений при помощи генератора и фотоприемника с гармонической модуляцией интенсивности получают зависимость уровня мощности на выходе кабеля от частоты модуляции. При импульсном методе последовательно регистрируют импульсы оптического излучения на выходе кабеля и на выходе короткой части, появившейся из-за облома кабеля вначале. Форму последнего сопоставляют с формой импульса на входе. Полоса пропускания определяется по амплитудным спектрам импульсов и АЧМХ измеряемого кабеля.

Для определения хроматической дисперсии существует два метода: измерение во временной области (метод временной задержки) и измерение в частотной области (фазовый метод). Оба эти способа обеспечивают необходимую точность, но метод временной задержки является более сложным для исполнения, поэтому на практике его используют реже.

Фазовый метод основан на зондировании кабеля на различных длинах волн и последующего анализа фазового сдвига этого сигнала, модулированного по интенсивности с частотой 30…100 МГц. Это измерение позволяет найти зависимость между длиной волны и временной задержкой сигнала. А последующее дифференцирование этой задержки позволяет найти хроматическую дисперсию.

Измерения длины волны отсечки производят методами изгиба, диаметра модового поля и передаваемой мощности.

Этот метод основан на зависимость длины распространяющегося излучения и его потерь при изгибе волокна. Волокно изгибают и возбуждают при помощи источника с перенастраиваемой длинной волны.

Метод передаваемой мощности опирается на зависимость мощности излучения и длины волны

Самым сложным из перечисленных является метод диаметра модового поля. В нем используется зависимость длины волны и диаметра поля излучения. Измерения диаметра поля проводят на конце волокна на различных длинах волн.

Измерение профиля показателя преломления. Это основной параметр широкополосности оптических кабелей. Его измерение проводят с помощью различных высокочастотных методов: лучевых, рассеяния, интерферомическими, сканирования от торца, пространственного распределения излучений и др. 

Измерение числовой апертуры. Этот параметр важен для разработки соответствующего оборудования ввода-вывода и устройств сочленения. Правильный расчет позволяет существенно сократить потери при передаче в таких метах. Числовую апертуру определяют по апертурному углу. Для этого у торца волокна устанавливают градуированный экран, на котором, при подаче сигнала в волокно, появляется световое пятно. По положению этого пятна и определяют искомый угол.

Измерение диаметра модового поля. Этот основной параметр для определения ширины диаграммы направленности. Так же, с помощью него определяется величина потерь на микроизгибах. Существует два метода измерений: метод ближнего поля и поперечного смещения.

Метод ближнего поля основан на измерении с помощью микроскопа распределение мощности излучения по торцу. Метод поперечного смещения основан на на измерении мощности излучения в двух одномодовых волокнах, при смещении их последовательного соединения.

Измерения геометрических и механических характеристик кабеля. Эти измерения проводятся на предприятиях по специальным процедурам.

Измерение чувствительности фотоприемных устройств и уровней оптической мощности передатчиков оптического сигнала. Дли измерения этих параметров применяют высокочастотные измерители оптической мощности и стабилизированные источники сигнала. Особенности описывались выше.












2. Измерительная аппаратура для эксплуатационного тестирования ВОЛС.

     В современном мире существует огромное количество разных производителе всевозможного измерительного оборудования. В этой главе ВКР приведен перечень наиболее распространенных и востребованных метрологических приборов с конкретными примерами и наименованиями фирм изготовителей. 
     Важно отметить, что здесь, в основном, будут приведены приборы для эксплуатационных измерений. Громоздкие стационарные аппараты, используемые для промышленных высокоточных измерений в этой главе рассмотрены не будут, так как не соответствуют тематике ВКР.
     
2.1. Визуальные дефектоскопы.
     
     
     Рис. 5. Источник видимого оптического излучения Grandway VLS-8-30
     
     Самое простое из устройство для измерений из всех представленных на современном рынке измерительных приборов в сфере оптических систем связи. Иногда обозначается как источник видимого оптического излучения.  Представляет собой источник красного света (650 нм). Основная цель данного прибора – визуальный анализ волокна на наличие повреждений. Излучение прибора вводится в волокно. На месте трещин, сколов, чрезмерных изгибов и прочих повреждений будет наблюдаться яркое свечение, заметное невооруженным взглядом даже при солнечном свете.
     
     Рис. 6. Демонстрация работы визуального дефектоскопа
     Основными плюсами этого прибора являются:
      - низкая стоимость;
      - простота в использовании;
      - максимальная допустимая длина анализируемого волокна до 15 км (зависит от мощности прибора)
     Однако, использование источника видимого оптического излучения требует визуального осмотра волокна, что подразумевает под собой невозможность анализа волокон в проложенных кабелях. Поэтому, данный прибор чаще всего используют при анализе пигтэйлов в помещениях кросса, при анализе волокон при разводке муфт и при монтаже СКС внутри помещений.


Рис. 7. Миниатюрный источник видимого оптического излучения FOD 113

     2.2. Источники стабилизированного оптического излучения
     
     Источники стабилизированного оптического излучения (Stabilized Light Source - SLS) нужны для введения в линию оптического сигнала с определенными параметрами, для последующего анализа при помощи анализатора оптической мощности. 
     
Рис. 8. Структурная схема SLS

Структурная схема SLS приведена на рис. 8. Основным элементом такого прибора является излучатель – источник оптического излучения. Для обеспечения стабильности исходящего сигнала используется  метод регулирования тока по сигналу рассогласования источника опорного напряжения и напряжения эталонного фотоприемника. Для этого часть излучаемой мощности через ответвитель подается на эталонный фотоприемник. Далее, в компараторе происходит стабилизация рабочей точки излучателя. Температурный контроль осуществляется при помощи термостабилизатора. Если прибор имеет функцию генерации модулированных сигналов, то в его состав входит коммутатор, в котором и происходит модуляция оптического сигнала за счет управления током, подаваемым на излучатель, подаваемого внешним или внутренним генератором. 

Различают три типа используемых излучателей:
 - лазерные источники;
 - светодиодные источники (LED);
 - источники белого света с вольфрамовой лампой.

Эти источники различаются характеристикой добротности источника – шириной полосы излучения. Ниже приведена приблизительная характеристика данных источников.

Рис. 9. Спектральная характеристика лазерного и светодиодного источников

     Обычно, выходной порт имеет адаптер FC/UPC.
     Некоторые модели имею функцию генерации видимого оптического сигнала (отдельным разъемом), которая аналогична основной функции источника видимого оптического излучения, который рассматривался выше.

Рис. 10. Источник оптического излучения ТОПАЗ-7105-A(П)

2.3. Оптические измерители мощности

     Оптические измерители мощности (Optical Power Meter - ОРМ) предназначены для измерения оптической мощности сигнала и анализа затухания в кабеле. Этот прибор является самым распространенным среди всех метрологических приспособлений, используемых при эксплуатационных измерениях ВОЛС.

Рис. 11. Измеритель оптической мощности Greenlee GT-560XL

     Основной элемент OPM это оптический детектор. Он состоит из твердотельного фотодиода, который принимает входящий оптический сигнал и преобразует его в электрический сигнал с заданной частотой. Далее, полученный сигнал преобразуется в АЦП и попадает на сигнальный процессор, где из полученного сигнала формируется числовое значение в единицах измерений (дБм или Вт).  
     Основным вопросом при выборе OPM является выбор материала фотодетектора, от которого зависит диапазон измеряемых длин волн  и мощность измеряемого сигнала. В настоящее время наиболее распространены три конструкции фотодиода: кремниевого (Si) , германиевого (Ge) и на основе сплава арсенида галлия (InGaAs). 

Рис. 12. Характеристики зависимости выходного сигнала фотодиода от длины волны принимаемого сигнала

     В зависимости от используемого фотодиода, можно получать детекторы, отличающиеся по диапазону измеряемых длин волн. В настоящее время сильнее всего распространены германиевые детекторы или фотодиоды на основе сплава InGaAs. OPM, на основе Ge калиброваны в диапазонах от 780 до 1600 нм, а для детекторов на основе InGaAs в диапазонах 800.......................