42192

Моделирование процесса измерения основных параметров волоконно-оптических трасс по рефлектометрическим данным

Лабораторная работа

Физика

Если среда в которой распространяется импульс в данном случае оптическое волокно содержит неоднородности то на рефлектограмме появятся изломы и всплески. Как было сказано выше если неоднородности в волокне отсутствуют то рефлектограмма будет представлять из себя прямую с некоторым наклоном. Ступеньки говорит о наличии неоднородности на которой происходит поглощение мощности светового импульса1. Обычно такие неоднородности наблюдаются в местах сварки оптических волокон.

Русский

2013-10-27

291.5 KB

7 чел.

  1.  Цель работы

Целью работы является моделирование  процесса измерения  основных параметров волоконно-оптических трасс по рефлектометрическим данным.

  1.  Краткие теоретические сведения

В настоящее время все большее количество измерений в ВОЛС делается с помощью рефлектометра. В силу этого приобретает актуальность проблема правильной обработки результатов рефлектометрических измерений (рефлектограмм). Суть рефлектометрического метода состоит в том, что в исследуемое волокно запускается короткий световой импульс. При прохождении через волокно свет рассеивается во всех направлениях, в том числе и в обратном. В силу того, что свет распространяется с конечной скоростью, на тот конец световода, откуда был введен импульс, свет, рассеянный из разных мест волокна, приходит в разное время. Уровень пришедшего (рассеянного) сигнала измеряется через определенные равные промежутки времени. Оптическая длина световода до того места, откуда был рассеян сигнал, зарегистрированный в момент времени t (время измеряется от момента ввода импульса в волокно), определяется по формуле:

                                                     (1)

где с – скорость света, n – коэффициент преломления материала световода.

Уровень рассеянного сигнала принято выражать в децибелах (дБ):

                                                 (2)

где D – уровень сигнала в децибелах, P – мощность принятого сигнала,

P0 – мощность исходного импульса.

Надо отметить, что обычно интересуются не абсолютным уровнем сигнала, а относительным, поэтому к значению, полученному по формуле (2) прибавляют константу, подобранную таким образом, чтобы все значения уровня на исследуемом отрезке были больше нуля, а минимальное значение было равно нулю. Удобство подобного представления состоит в том, что при распространении света в однородной среде, затухание импульса происходит по экспоненциальному закону, поэтому после логарифмирования получается прямая пропорциональность, то есть график имеет вид прямой линии. Если среда, в которой распространяется импульс, в данном случае оптическое волокно, содержит неоднородности, то на рефлектограмме появятся изломы и всплески. Типичный вид рефлектограммы для световода, представлен на рис.1.

Таким образом, рефлектограмма – есть уровень сигнала обратного рассеяния по длине волокна, выраженный в децибелах. Она несет в себе большое количество информации как о локальных, так и об интегральных параметрах световода. Большое значение имеет правильная обработка рефлектограмм. Вот основные задачи, которые решаются при обработке рефлектограмм:

  1.   Нахождение оптической длины волокна;
  2.   Нахождение полного затухания и километрического затухания (затухание на единицу длины) на различных участках в волокне;
  3.   Нахождение неоднородностей и измерение их параметров.

Для решения первой задачи необходимо правильно установить коэффициент преломления для световода и определить где находится его конец. Если измерение сделано корректно, то конец волокна легко находится: это обычно довольно большой всплеск или впадина на рефлектограмме, за которой следует участок с шумом довольно большого уровня (рис.1). Однако, если волокно слишком длинное, то измерительный импульс не будет проходить его целиком. В этом случае мы увидим, что рефлектограмма становится пологой и к концу становится сильно зашумленной - «сигнал тонет в шуме». В этом случае надо провести переизмерение данного волокна.

Рис.1.

Для решения второй и третьей задач применяются маркеры. Маркерами помечаются отдельные точки рефлектограмм и каждый маркер в отдельности не несет большого смысла. Гораздо большее значение имеют участки рефлектограммы между маркерами. После того, как мы поставим два маркера, маркер 1 и маркер 2 (рис.2), мы определяем оптическую длину волокна L между ними, затухание D – разность значений уровня сигнала и километрическое затухание – затухание, поделенное на расстояние между маркерами D/L.

Перейдем теперь к рассмотрению неоднородностей. Как было сказано выше, если неоднородности в волокне отсутствуют, то рефлектограмма будет представлять из себя прямую с некоторым наклоном. Наличие неоднородностей приводит к появлению на этой прямой ступенек и всплесков. Ступеньки говорит о наличии неоднородности, на которой происходит поглощение мощности светового импульса1. Обычно такие неоднородности наблюдаются в местах сварки оптических волокон. Отражения света на такой неоднородности не происходит, поэтому неоднородности такого типа называются не отражающими неоднородностями. Всплеск вверх2 говорит о наличии отражения в данном месте оптической трассы, поэтому неоднородности такого типа называются отражающими неоднородностями. Отражение возникает обычно при соединении оптических волокон через оптические разъемы. На отражающей неоднородности также происходит потеря мощности светового импульса. Поиск неоднородностей заключается в поиске всех ступеней и всплесков на графике рефлектограммы.

После того, как неоднородности найдены, необходимо измерить их параметры – потери и отражение, если неоднородность отражающая. Для измерения потерь на неоднородности обычно применяется 4х-маркерный метод (рис.3). Маркер 2 ставится непосредственно перед неоднородностью, маркер 1 –  перед маркером 2, но после предыдущей неоднородности. Маркер Y ставится сразу после неоднородности, а маркер 3 – после маркера Y как можно дальше на линейном участке. Для нахождения потерь проводится аппроксимирующая прямая между маркерами 1 и 2 и вычисляется ее значение в точке маркера 2, назовем его К1. Далее проводится аппроксимирующая прямая между маркерами Y1 и 3, которая экстраполируется в точку, где стоит маркер 2 и вычисляется ее значение в этой точке, назовем его К2. После этого потери на неоднородности в децибелах выражаются по формуле:

К = К1-К2                                          (3)

Здесь большую роль играет метод проведения аппроксимирующих прямых. Применяется два метода – двухточечный (ДТМ или, по-английски TPATwo Point Approximation) и аппроксимация по методу наименьших квадратов (АПР – аппроксимация, или, по-английски LSALeast Square Approximation). Двухточечный метод сильно чувствителен к шуму, то есть при наличии шума небольшое изменение положения любого маркера, кроме маркера 1, существенно меняет результат. При аппроксимации по методу наименьших квадратов можно менять положения маркеров в довольно широких пределах, не изменяя существенно результата, но наличие шума может привести к тому, что проведенная прямая будет иметь наклон сильно отличный от реального. При необходимости нужно изменить используемый метод аппроксимации.

Для нахождения отражения находим максимум между маркерами 2 и Y, вычисляем разность значений в максимуме и точке маркера 2, назовем эту разность P, после чего отражение в децибелах вычисляется по формуле:

                                      (4)

где D – ширина импульса, использованного при измерении в микросекундах, а В – уровень рассеяния при ширине импульса 1мкс, равный 50 на длине волны 1.31мкм и 52 на длине волны 1.55мкм. Как видим, для нахождения отражения нет необходимости расставлять все маркеры, достаточно знать только высоту пика, поэтому, если необходимо измерить только отражение, то можно просто поставить маркер 1 непосредственно перед началом всплеска, а маркер 2 на пик, после чего вычислить отражение по формуле (4). При нахождении отражения следует иметь в виду, что если пик острый, то отражение будет найдено правильно. Если же пик срезан, то скорее всего это означает, что отражение от неоднородности настолько большое, что фотоприемник рефлектометра пришел в насыщение, в этом случае найденное значение отражения будет заниженным.

Для промышленного использования в производстве кабеля обычно используются волокна длиной не менее 4км, без отражающих неоднородностей и с максимальными потерями на точечной неоднородности не более 0.2дБ.

3. Средства для выполнения лабораторной работы

Для выполнения данной лабораторной работы необходим IBM совместимый персональный компьютер с процессором Intel P-233 или выше под управлением операционной системы Microsoft Windows  с установленным на нем программным обеспечением АРМ 2.0 light и примерами рефлектограмм реальных оптических трасс.

  1.  Порядок выполнения работы

  1.  Запустить программу WorkPlaceLab («Измеритель параметров оптического кабеля»).
  2.  Открыть указанный преподавателем файл рефлектограммы.  
  3.  С помощью окна определить длину волны, на которой было сделано измерение, а также ширину зондирующего импульса.
  4.  Измерить протяженность мертвой зоны. Для этого находим начало линейного участка рефлектограммы и помещаем в это место курсор. После установки курсора на панели параметров высвечивается оптическая длина трассы до него.
  5.  Найти на рефлектограмме неоднородности. Для лучшего просмотра отдельных частей трассы использовать увеличенный просмотр.
  6.  Измерить параметры всех обнаруженных неоднородностей, установив для каждой из них соответствующим образом маркеры. Параметры измерений контролируем на панели параметров. Отражение, где необходимо, вычислить по формуле (4). При необходимости изменить способ аппроксимации с помощью щелчка мыши на соответствующем параметре на панели параметров. Результаты измерений заносим в таблицу:

Тип неоднородности

Расстояние, м

Потери, дБ

Отражение, дБ

  1.  Измерить оптическую длину волокна путем установки курсора в соответствующую точку.

  1.  Пример выполнения работы.

Открыта программа («Измеритель параметров оптического кабеля»). Загружен файл 001.tra.

На панели в левом нижнем углу показаны характеристики рефлектограммы – длина волны, диапазон длин волокна, в котором проводилось измерение, а также ширина зондирующего импульса. Необходимо помнить, что в действительности важную роль играет и показатель преломления волокна, но он определяется при реальных измерениях, и сейчас без него можно обойтись.

Таким образом, необходимые характеристики составляют:

длина волны 1.55 мкм;

ширина импульса 100 нс.

Далее необходимо измерить протяжённость мёртвой зоны. Для этого маркер 1 активируется и устанавливается на точку окончания мёртвой зоны (при необходимости меняется масштаб), и в окне «Расстояние» можно получить необходимую цифру:

протяжённость мёртвой зоны 0.03 км, то есть 30 метров.

1 Если ступень вверх, то формально происходит увеличение мощности света, что на самом деле означает возбуждение дополнительных световых мод и говорит о плохом качестве используемого волокна или о неправильно сделанной сварке. Далее мы не будем рассматривать неоднородности такого типа

2 Всплеск вниз не имеет физического смысла, за исключением случаев маскирования, поэтому на реальных рефлектограмах он не встречается и здесь не рассматривается


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79721. Зарождение и развитие идеи правового государства 52 KB
  Признаки правового государства. К концу XX века человечество приблизилось к реальному воплощению выработанной веками идеи правового государства. У ее истоков стояли древние философы Платон и Аристотель но наиболее полное отражение концепция правового государства получили в работах Ш.
79722. Понятие гражданства и подданства. Категории физических лиц по их отношению к гражданству, их правовой статус 79 KB
  Гражданство - устойчивая правовая связь человека с государством, выражающаяся в совокупности их взаимных прав, обязанностей и ответственности, основанная на признании и уважении достоинства, основных прав и свобод человека.
79723. Понятие правового статуса личности и его структура. Основные международные документы о правах человек и их содержание 89.5 KB
  Правовой статус (положение) человека - это совокупность его прав и обязанностей. Права и обязанности закрепляются многочисленными законами и иными нормативно-правовыми актами, но особое значение в определении правового статуса личности имеет конституция государства.
79724. Понятие социальной нормы. Право и мораль. Право и другие социальные нормы 162 KB
  Право и другие социальные нормы. Значение любой нормы состоит в том что она указывает на те границы пределы в которых существует то или иное явление или объект сохраняя при этом свое качество и не утрачивая своей сущности.
79725. Теории происхождения права (основные направления учения о праве) 80 KB
  Некоторые из теорий происхождения права носят аналогичные названия теориям происхождения государств: теологическая, естественно-правовая, теория насилия, марксистская.
79726. Право и государство, их соотношение и взаимодействие. Понятие источников (форм) права 58 KB
  Какое выражение вам кажется более правильным: «Где общество, там и право» или «Где государство, там и право?». Сделаем вывод, что право существует далеко не во всяком обществе, в то время как ни одно государство не может существовать без установленных им правовых норм
79727. Реализация продукции 86 KB
  Реализация продукции Учет реализации продукции по мере оплаты Учет реализации продукции по мере отгрузкиУчет реализации по договору мены Учет реализации продукции ниже себестоимости Реализация продукции осуществляется в соответствии с заключенными с покупателями договорами в которых указан ассортимент срок отгрузки количество и качество продукции цена форма расчетов. Целью отражения хозяйственных операций по реализации продукции на счетах бухгалтерского учета является выявление финансового результата от реализации продукции. Расчет...
79728. Розничная торговля 63.5 KB
  Розничная торговля Поступление товаров на предприятие розничной торговли Бухгалтерский учет скидок на предприятии розничной торговлиСинтетический и аналитический учет реализации в розницу Расчет торговой наценки Учет продажи населению товаров в кредит Поступление товаров на предприятие розничной торговли Учет товаров разрешается вести по покупным или продажным ценам. Так как в розничной торговле нет возможности вести учет по конкретному ассортименту и количеству проданного товара то целесообразно применять способ учета товаров по...
79729. Учет валютных операций 113 KB
  В соответствии с ПБУ 3 95 валютные операции отражаются в учете в двух оценках: в валюте расчетов; в рублях. Технически это достигается разными способами: составлением двух комплектов учетных регистров один в валюте другой в рублях; указанием каждой суммы дробью: в числителе указывается валюта а в знаменателе рубли и др. Пересчет иностранной валюты в рубли осуществляется на основании соответствующих валютных курсов: официального котируемого Центральным банком Российской Федерации валютных бирж коммерческих банков и др....