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

52270. Правила дорожнього руху 204 KB
  ТЕМА УРОКУ: Заборонні знаки. Які у вас існують асоціації спочатку діти висловлюють найстійкіші асоціації Закон України Про дорожній рух Учасники дорожнього руху правила дорожнього руху дорожні знаки а потім – другорядні попереджувальні пріоритету забороні. Яку тему ми розпочали вивчати на минулому уроці Прогнозована відповідь: Забороні дорожні знаки. Кожен з вас обирає цифру під якою ховається запитання з теми Забороні дорожні знаки і надає усну відповідь.
52271. Азбука юного гражданина. Своя игра 45 KB
  Оборудование: иллюстративный материал видеофильм Народні свята Гимн Украины выставка книг по теме таблица экран флажки разных стран. Едины мы в своем стремленьи: Пусть это будет на века Трезубец в гербе Украины – Страны любимой нашей лик. Беседа Что мы называем домом для народа Как называется наше государство Назовите столицу Украины. Можно включить фонограмму 50 Когда была принята Конституция Украины 28 июня 1996г.
52272. Азбука міста 75.5 KB
  Ведучий Дорогі діти сьогодні ви побуваєте на веселому святі де будемо вивчати дорожні знаки та правила вуличного руху. Діти Устає над містом сонце Будить все довкола Зазирає у віконце Кличе нас до школи. У зал заходить Баба Яга Баба Яга Фу фу фу Нас учили в школі Потягується ліниво Не спішіть ніко о о о ли Діти діти айайай Добрий день вам зазвичай Та чому смієтесь ви Не впізнали ви Яги Я колись була весела А тепер ось не до сміху Бо не можу вже вільно літати Знаки на моїй дорозі стали пропадати. Нову...
52273. Профессиональная азбука духовности 81 KB
  Установочномотивационный этап 5 мин Осмысление поставленных задач формирование установки на сотрудничество. Ситуация для группы Мир Труд не позорит человека: к несчастью иногда попадают люди позорящие работу. Вспомните и запишите поговорки пословицы о труде и изобразите их в виде рисунка. Бенчли Великая радость – работа В полях за станком за столом Работай до жаркого пота Работай без лишнего счета Все счастье земли – за трудом В.
52274. Азбуку міста вивчай до ладу, щоб не потрапити раптом в біду 285.5 KB
  Приспів: На дорозі не спіши Щоб не трапилось біди. Світлофор не спить і не дріма До порядку на дорозі всіх нас кличе. На дорозі зупинись Вліво вправо подивись Чемним будь ти у автобусі й трамваї. Я друзі гарно прогулявся Там де машини так награвся Я немаленький вже на зріст До того ж маю гарний хвіст Нікого слухать не збираюсь Бо я дорослий і на дорозі часто граюсь.
52275. Весела нотна азбука 247.5 KB
  Вміння співати по нотах сприяє розвитку музичних здібностей дітей. Навчання молодших школярів музичної грамоти передбачає такі завдання: – розвинути музичні здібності дітей: ладове чуття музичнослухові уявлення музичноритмічне чуття чуття цілого форми; – дати основи нотної грамоти яка є складовою музичної грамоти навчити дітей розуміти нотний запис і сформувати вміння співати по нотах; – сформувати уявлення про елементи музичної мови засоби музичної виразності та музичні явища; – навчити розуміти ідейнохудожній зміст музичних...
52276. Повторювально-узагальнюючий урок за темою: «Передня Азія» 40 KB
  Назвати річки що протікають через Межерічча. Назвати та показати місто яке називали Ворота Божі. Назвати військову державу що розташована у верхній течії р. Назвати столицю Ассирійської імперії яку називали містом крові.
52277. Уроки державної мови 5.42 MB
  Ось що радить доктор філологічних наук Світлана Єрмоленко. У мовній практиці часом використовують ці лексеми як взаємозамінні. Але взаємозамінність у термінологічних висловах – річ небажана, і зрештою в кожному конкретному звороті утворюється якесь одне термінологічне слово, а інші, якщо вони не мають додаткових значеннєвих відтінків, виходять із літературно-нормативного вжитку.
52278. Бабуся – берегиня нашого роду 117 KB
  Та запросили у гості сьогодні тих людей яких обєднує не вік а високе почесне звання бабуся Ми зібралися великою родиною щоб вітати й вшановувати найрідніших найближчих нам людей. Що в мене є бабуся. Учитель: Так кого ж ми називаємо таким теплим іменем бабуся Діти відповідають а вчитель їх підводить до висновку що це мати мами або...