Учебное пособие 2147

кабелей к укладке для определения соответствия характеристик кабеля заданным нормам (анализ кабелей в бухтах). Параметры и характеристики оптических кабелей и аппаратуры линейного тракта, поставляемых предприятиямиизготовителями, измеряют в производственных условиях и оформляют в виде паспортных данных которые должны соответствовать действующим нормам ГОСТов и ТУ.

Спецификация промышленного анализа кабелей включает измерения следующих параметров: 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.

Учитывая требования высокой точности и автоматизации этого класса измерений, они выполняются системным измерительным оборудованием.

Эксплуатационный анализ оптических кабелей и узлов включает измерения в процессе прокладки кабеля и измерения на этапе эксплуатации. При прокладке кабелей необходимы пошаговые измерения участков кабелей, характеристик участков сварок и сопряжения кабельных сетей, а также окончательные измерения развернутой кабельной сети на этапе приемосдаточных испытаний и паспортизации кабельного хозяйства и ВОСП. При этом измеряют затухание, вносимое сростками кабелей, затухание оптических волокон, а также уровни мощности оптического излучения на выходах передающих и входах приемных оптоэлектронных модулей.

Измерения затухания оптических волокон выполняют в обоих направлениях передачи участков регенерации, что позволяет учесть различия значений измеряемых величин, обусловленные неоднородностями, и выбрать оптимальный вариант использования волокон кабеля. Кроме того, определяют функцию распределения неоднородностей по

131

длине участка регенерации. Данные по распределению неоднородностей оформляют в виде графика и заносят в соответствующий паспорт. Паспорт участка регенерации должен иметь схему соединения волокон в каждой соединительной муфте, где производилось их группирование; измеренные значения уровней оптической мощности на оптических входах и выходах блоков линейных регенераторов, коэффициентов ошибок, а также затухания в обоих направлениях передачи.

Эксплуатационные измерения делятся на профилактические, аварийные и контрольные. Аварийные измерения включают в себя быструю локализацию точек деградации качества кабельной сети. Например, в случае обрыва кабеля необходимо с высокой степенью точности и оперативности локализовать точку обрыва, произвести расконсервацию кабеля, заменить поврежденный участок, произвести сварку и затем полностью измерить характеристики полученного сварочного стыка и восстановленного кабеля. Задачи профилактических и контрольных измерений могут выполняться с помощью специально встроенных в аппаратуру линейного тракта контрольно-измерительных устройств.

Спецификация эксплуатационных измерений кабелей включает в себя:

•измерение уровней оптической мощности,

•измерение переходного затухания,

•определение места и характера повреждения оптоволоконного кабеля,

•стрессовое тестирование аппаратуры ВОСП.

Задачи эксплуатационного анализа выполняются эксплуатационным измерительным оборудованием.

Отдельно от задач промышленного и эксплуатационного анализа стоят задачи калибровки и поверки эксплуатационного измерительного оборудования. Учитывая широкое распространение эксплуатационного измерительного оборудования, его необходимо регулярно калибровать и пове-

132

рять. Эта задача требует применения системного измерительного оборудования, сходного по характеристикам с оборудованием промышленного анализа.

Прежде чем описывать принципиальные схемы проведения измерений, необходимо дать общую характеристику измерительной техники, применяемой при анализе оптоволоконных кабелей.

Ниже будут даны характеристики, в первую очередь, эксплуатационного измерительного оборудования. Системное измерительное оборудование будет рассмотрено отдельно, поскольку вопросы промышленного анализа оптоволоконных кабелей в настоящее время не столь часто встречаются.

4.2. Измерительная техника для эксплуатационных измерений ВОСП

Для анализа волоконно-оптической среды передачи применяется следующая измерительная техника: оптические измерители мощности; стабилизированные источники сигнала; визуальные дефектоскопы; измерители потерь в оптической линии; перестраиваемые оптические аттенюаторы; оптические рефлектометры; анализаторы возвратных потерь; переговорные устройства; кабельные идентификаторы; микроскопы.

Дополнительно в системном оборудовании тестирования оптических кабелей используются перестраиваемые оптические рефлекторы и оптические переключатели.

Системное и эксплуатационное оборудование для анализа оптических кабелей отличается, главным образом, точностью измерений и техническими характеристиками (например, портативностью). Функциональность оборудования при этом одинакова.

Оптические измерители мощности

Оптические измерители мощности (Optical Power Meter - ОРМ) используются для измерения оптической мощности

133

сигнала, а также для измерения затухания в кабеле. Эти измерители являются столь же распространенным прибором для инженеров, связанных с оптоволоконными системами, как мультиметр для инженеров-электронщиков.

Оптические измерители мощности обеспечивают как измерение кабельных линий, так и анализ работы терминального оборудования, передающего сигнал в оптическую линию. В паре со стабилизированным источником сигнала ОРМ обеспечивает измерение затухания - основного параметра качества оптической линии. Особенно важным классом измерений для ОРМ является измерение параметров узлов оптической линии (участков кабеля, интерфейсов, сварочных узлов, аттенюаторов и т.д.).

Основными параметрами ОРМ являются: тип детектора, линейность усилителя, точность и график необходимой калибровки, динамический диапазон, точность и линейность работы; возможность поддержки различных оптических интерфейсов.

Наиболее важным элементом оптического измерителя мощности является оптический детектор, который определяет характеристики самого прибора.

Оптический детектор представляет собой твердотельный фотодиод, который принимает входной оптический сигнал и преобразует его в электрический сигнал заданной интенсивности.

Полученный электрический сигнал идет через АЦП на сигнальный процессор, где производится пересчет полученного электрического сигнала в соответствии с характеристикой твердотельного фотодиода в единицы измерений (дБм или Вт), представляемые затем на экране прибора (рис. 4.2).

134

и InGaAs имеют сходную полосу пропускания, возникает закономерный вопрос о преимуществах и недостатках того или другого фотодиода. Из рисунка видно, что детекторы на основе InGaAs имеют более широкий спектр измерения по длинам волн, что позволяет создавать универсальные ОРМ, калиброванные на все три длины волны: 850, 1310 и 1550 нм.

Важным параметром ОРМ является устойчивость его работы при различных уровнях шумов. Основные источники шумов в оптических детекторах - квантовый шум, остаточный ток и поверхностный ток утечки. Квантовый шум обусловлен статистической конверсией фотонов в электроны на поверхности детектора. Остаточным током называется поток заряженных частиц при отсутствии светового сигнала. Ток утечки зависит от наличия дефектов на поверхности детектора, чистоты поверхности и напряжения смещения. У детекторов на основе сплава InGaAs остаточный ток намного меньше, чем у детекторов на основе Ge. Дополнительным фактором увеличения уровня шумов является температура (температурный шум). Так, например, остаточный ток детекторов на основе Ge значительно зависит от температуры,

вто время как для детекторов InGaAs он практически не зависит от нее. Таким образом, ОРМ на основе детекторов InGaAs могут устойчиво работать в широком диапазоне температур без необходимости дополнительной стабилизации. В то же время детекторы на основе InGaAs являются довольно дорогими, что обеспечило высокое распространение ОРМ на основе Ge при прокладке и эксплуатации оптических кабелей

вполевых условиях, поскольку такие ОРМ имеют эффективное соотношение цена/качество. ОРМ на основе InGaAs используются в основном в лабораториях для проведения измерений с высокой точностью, но могут успешно использоваться и при эксплуатации.

Другим важным параметром ОРМ является принцип работы усилителя электрического сигнала детектора, который оказывает влияние на линейность работы ОРМ, его чувствительность и функциональность. В практике

137

современной техники усиления используются два основных принципа усиления: логарифмическое и линейное. Использование логарифмического усиления не обеспечивает должной точности измерений и характеризуется рядом недостатков. Обычно ОРМ представляет результаты измерений в дБм или в Вт, приборы с логарифмическим усилителем не позволяют представлять результаты измерений

вВт, а технология логарифмического усиления, использующая обычно транзисторный р-п переход, приводит к дополнительной зависимости работы усилителя от температуры. Для проведения измерений на нескольких длинах волн логарифмические усилители требуют до 4-6 потенциометров, что также приводит к нежелательным последствиям в результате окисления потенциометров. Таким образом, использование принципов логарифмического усилителя приводит к низкой точности ОРМ и необходимости частой калибровки прибора. Всех перечисленных недостатков практически лишены усилители, построенные на основе линейного усиления. Обычно они хорошо стабилизированы, что дает возможность компенсировать как ошибки начального сдвига, так и сдвиг сигнала в процессе измерений из-за климатических и прочих причин. Современные ОРМ содержат специально калиброванные данные в EEPROM, которые используются в режиме автокалибровки линейных усилителей

впроцессе измерений.

Точность измерений и график калибровки для оптических измерителей мощности является еще одним важным параметром, поскольку в зависимости от точности изготовления детектора и параметров работы усилителя его характеристики могут изменяться. Этот параметр определяет стабильность работы прибора в процессе эксплуатации. Как уже отмечалось выше, приборы имеющие линейный усилитель и систему автокалибровки, являются предпочтительными еще и потому, что не требуют частой поверки.

138

Наиболее существенными характеристиками ОРМ, которые необходимо учитывать при выборе приборов, являются динамический диапазон, разрешающая способность и линейность работы. Все перечисленные параметры напрямую связаны с описанными выше параметрами элементов ОРМ и особенно важны при выборе оборудования. Самым важным критерием выбора ОРМ являются линейность его работы и точность. Под точностью понимается метрологическая точность, т.е. соответствие между измеренным значением параметра и значением, измеренным эталонным калиброванным прибором. Линейность прибора определяется стабильностью результатов измерений в зависимости от уровня сигнала, температуры, разрешения по длине волны и т.д.

Возможность поддержки различных оптических интерфейсов в современных оптических системах передачи также является важным условием выбора прибора. Современные оптоволоконные сети используют различные оптические интерфейсы. Наиболее распространенные типы оптических интерфейсов представлены на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Наиболее распространенные типы оптических интерфейсов

Все перечисленные параметры определяют характеристики оптических измерителей мощности, представленных на отечественном рынке. Краткая сравнительная характеристика наиболее

139

многофункциональных моделей представлена в табл. 4.2. Учитывая, что здесь описывается эксплуатационное измерительное оборудование, в сравнительную таблицу включены чисто эксплуатационные параметры (вес, габариты, условия работы).

140