Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы и средства измерений параметров направляющих сред оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие
.pdf
11
• общие вопросы измерений параметров волоконно-оптических линий связи;
• измерения параметров линий методами на принципе обратного рассеяния Рэ-
лея;
• мониторинг на принципе рассеяния Мандельштама – Бриллюэна;
• методы измерения параметров направляющих сред пассивных оптических
сетей.
На самом деле, эти разделы тесно связаны между собой, так как обеспечивают комплексное понимание задач и предмета измерений параметров направ-
ляющих сред оптических телекоммуникационных систем.
12
1 Общие вопросы измерений
параметров волоконно-оптических линий связи
1.1 Назначение и виды измерений
В соответствии с нормативной документацией к волоконно-оптическим
системам предъявляются высокие требования к качественным показателям передачи информации. В этой связи точные измерения эксплуатационных параметров оптических линий связи являются сегодня весьма актуальными. Эти измерения проводят для определения общего состояния кабельной системы, проверки качества работы оптических трансиверов, выявления неоднородностей,
предупреждения неисправностей, нахождения мест повреждений, накопления
данных с целью разработки комплекса мер по повышению уровня надежности
связи и решения многих других задач. При этом область измерений оптического кабеля условно можно разделить на два класса: измерения при промышлен-
ном анализе и измерения при эксплуатационном анализе.
При измерениях параметров оптического кабеля при промышленном анализе решаются следующие задачи:
• производство оптоволокна;
• разработка нового оборудования;
• выявления соответствия технических параметров оптических кабелей опре-
деленным нормам.
Технические характеристики и рабочие параметры оптических кабелей из-
меряют в условиях производства. Результаты этих измерений заносят в паспортные данные испытываемого оборудования, которые должны соответствовать всем требованиям и нормам действующих технических условий и ГОСТов.
Промышленные анализ сопровождается следующими измерениями пара-
метров оптического кабеля:
• погонное затухание в оптоволокне;
• геометрические параметры;
• механические характеристики;
• диаметр модового поля;
• полосы пропускания и дисперсии;
• профиль показателя преломления;
• длина волны отсечки.
К установлению величин данного класса предъявляются требования авто-
матизации процесса измерений и высочайшей точности, поэтому они выполня-
ются только на специальном системном измерительном оборудовании.
На этапе строительства ВОЛС проводят измерения следующих парамет-
ров:
• коэффициента затухания;
• затухания:
- строительных длин;
- оптических сростков;
- участка регенерации;
13
• расстояния до места повреждения;
• герметичность.
Измерения при эксплуатационном анализе выполняются с целью проверки
технического состояния линий связи и оборудования, профилактики возникновения повреждений и их оперативного устранения. Для проведения таких изме-
рений используются встроенные программно-аппаратные компьютерные тесты
и специальная контрольно-измерительная аппаратура. Эксплуатационные измерения параметров оптического кабеля подразделяются на следующие четыре
вида:
• профилактические;
• аварийные;
• контрольные;
• специальные.
Профилактические измерения. Цель таких измерений – осуществление
контроля над техническим состоянием волоконно-оптической линии связи.
Объем, состав и периодичность профилактических замеров зависит от самых
разных факторов: технического состояния объектов контролируемой системы,
условий ее эксплуатации и многих других. Нормативными документами опре-
делена следующая периодичность планово-профилактического обслуживания:
• кабели в канализации и в коллекторах…..…….………..…. один раз в 3 года;
• кабели в помещениях ввода и станционных колодцах…….один раз в год;
• подвесные кабели………………………………………….один раз в 2 года;
• кабели на мостах и на берегах водных преград…..………...один раз в год;
• контроль электрического сопротивления изоляции изолирующих шлангов
кабеля ………………………………. один раз в год (весной или осенью);
• целостность подземных грозозащитных тросов и переходное сопротивле-
ние "трос-земля"………………….………………….... один раз в 2-3 года;
• измерение оптических параметров кабеля связи на регенерационном
участке………………………………………….……………..один раз в год;
• измерение параметров защиты кабелей от внешних электромагнитных
влияний и ударов молнии:
- определение целостности горизонтального троса…… один раз в 2-3 года;
- измерение удельного сопротивления грунта и сопротивления заземления:
а) рабочего и защитного ……………………………………..один раз в год;
б) линейно-защитного ……………………..………………….один раз в год.
Аварийные измерения проводят для быстрого определения местонахождения повреждения оптоволоконной линии, а также для оперативного установле-
ния причины возникновения неисправности. При этом:
• измеряют затухание и электрические параметры (если оптические кабели
имеют металлическую броню) кабеля для идентификации характера поврежде-
ния;
• устанавливают конкретные координаты повреждения;
• измерения проводят в обе стороны от места повреждения.
Контрольные измерения предназначены для определения качества ремонт-
но-восстановительных работ по завершении их выполнения. Если в процессе
14
контрольных измерений хотя бы один измеренный параметр не удовлетворяет
норме, то работы по устранению повреждения должны быть продолжены. По-
сле завершения ремонтно-восстановительных работ контрольные измерения
проводят повторно в полном объеме.
Специальные измерения проводят в период опытной эксплуатации ВОЛС
и ее элементов.
Измеренные параметры и характеристики ВОЛС должны соответствовать
действующим нормам, ГОСТам и техническим условиям. Весь спектр перечисленных выше измерений должен осуществляться при постоянном условии согласования измерительного оборудования с оптическим волокном. Основные
метрологические характеристики измерительных приборов представлены в
таблицах 1.1-1.3.
1.2 Измерения затухания методом светопропускания
Затухание оптического сигнала является энергетическим параметром и
определяется выражением
12
10lg(P / P ),
=
(1.2.1)
где: α – величина измеряемого затухания, дБ;
Р1 – мощность сигнала в точке 1, мкВт, мВт или Вт;
P2 – мощность сигнала в точке 2, мкВт, мВт или Вт.
Если шкала измерителя мощности проградуирована в логарифмических
единицах, определяемых по формуле:
дБм
0
P,мВт
p 10lg ,
P1мВт
=
=
(1.2.2)
то измеряемое затухание сигнала определяется соотношением:
1дБм 2дБм,
pp
=−
дБ. (1.2.3)
Коэффициент затухания рассчитывается по формуле:
12
пог.
,
L
−
=
дБ/ед. длины, (1.2.4)
где: α – затухание на однородном участке оптического волокна;
L – длина однородного участка оптического волокна.
Из формул (1.2.1) и (1.2.3) следует, что измерение методом светопропускания является косвенным. В этой связи оценку погрешностей измерения следует
производить по методике, изложенной в [1], используя соотношение:
2
12
вых вых
( p ) ( p ),
PP
= +
VV
(1.2.5)
где: Δα – абсолютная погрешность измерения затухания;
15
– частные производные от выражения (1.2.3);
Δρ1 и Δρ
2
– абсолютные погрешности измерения уровней мощности.
Составляющими затухания являются:
• собственные затухания в оптическом волокне, обусловленные эффекта-
ми рассеяния Рэлея и отражения по Френелю;
• затухания на изгибах волокна;
• затухания на сварных соединениях;
• затухания на коннекторах;
• затухания на сплиттерах, фильтрах, аттенюаторах и т. п.).
В соответствии с требованиями международных рекомендаций ITU-T
G.651 и G.652, а также ГОСТ 26814-86 различают две основных методики из-
мерений, реализуемые с помощью оптического тестера (Optical Loss Test Set OLTS):
• метод обрыва волокна;
• метод вносимых потерь.
Оптический тестер состоит из источника оптического излучения и измери-
теля оптической мощности. К источнику предъявляются следующие требова-
ния:
• излучение должно быть стабильным по уровню;
• он должен работать на фиксированных длинах волн;
• должен иметь режим внутренней амплитудной модуляции.
Измеритель мощности, как правило, имеет две шкалы: линейную и лога-
рифмическую.
Схемная реализация измерения по методу обрыва представлена на рис. 1.1.
Рисунок 1.1 – Схема измерения по методу обрыва волокна
Подключение к источнику оптического излучения производится с помо-
щью оптического пигтейла, противоположный конец которого приваривается к
16
измеряемой линии. Измеритель оптической мощности подключается к концу
измеряемой линии. Он регистрирует уровень оптической мощности, выражен-
ный в дБм, на конце линии (P
2
). Затем пиктейл на расстоянии порядка 2 м от
источника обрывается. К нему с помощью адаптера подключается измеритель
оптической мощности. Он регистрирует уровень (P
1
) на выходе пиктейла. Он
является уровнем мощности тестового сигнала, подаваемого на вход линии.
Измеренное значение затухания, выраженное в дБ, находится как разность
между P
1 и P2.
Для достижения наивысшей точности измерения этим методом необходимо обеспечивать постоянство вносимых коннектором затуханий. Рассматриваемый метод предполагает подключение к неоконеченному волокну. В этой связи для введенных в эксплуатацию ВОЛС он не актуален. Поэтому на практике
применяют альтернативный метод вносимых потерь. Он, в свою очередь, имеет
несколько разновидностей. Одна из них представлена на рис. 1.2.
Рисунок 1.2 – Метод вносимых потерь с двумя перемычками
Первоначально источник оптического излучения и измеритель оптической
мощности соединяются посредством двух патч-кордов, используя при этом оптическую розетку. Измеритель оптической мощности регистрирует уровень p1.
Для измеряемой линии это будет уровень входного сигнала. Затем в разрыв
между двумя патч-кордами включается измеряемая линия. Для этого потребуется еще одна розетка. Измеряется уровень мощности p1 прошедшего через ли-
нию сигнала. Как и в предыдущей методике, значение измеряемого затухания
определяется как разность между p
1 и p2
. На погрешность измерения в этом методе влияют различия затуханий в коннекторах при изменении схемы измерения. Тем не менее, этот метод также обладает достаточно высокой точностью
при измерении затуханий в ВОЛС.
Стандарт TIA-568-С.3 рекомендует методику с одной эталонной перемычкой,
реализуемую по схеме рис. 1.3.
17
Рисунок 1.3 – Схема измерения с одной перемычкой
Опорный уровень p1 измеряется на выходе первого патч-корда. Далее к
измерителю оптической мощности подключается второй патч-корд. В разрыв
между патч-кордами включается измеряемая линия. Измерителем оптической
мощности регистрируется уровень p
2
. В этой методике достигается компенса-
ция влияния затуханий в коннекторах на погрешность измерения. Из-за разли-
чия условий распространения оптических сигналов в каждом направлении из-
меряемой линии измерения рекомендуется проводить с обоих концов.
Основные преимущества методов светопропускания:
• широкий диапазон измеряемых затуханий (до 70 дБ);
• высокая точность измерения;
• низкая стоимость технической реализации.
Недостатки методов:
• необходимость подключения к обоим концам измеряемой линии;
• неспособность проводить измерения затуханий и координат неоднород-
ностей оптического волокна.
1.3 Приборы для измерения затухания методом светопропускания
В конструктивном отношении оптические тестеры могут быть выполнены
в одном или в двух корпусах. В первом случае предполагается проводить измерения в дуплексном режиме. Он позволяет дополнительно измерить длину
ВОЛС. Второй вариант конструкции является более практичным. Источники
оптического излучения функционируют на фиксированных длинах волн. Фотодетекторы измерителей оптической мощности могут работать в широкой области длин волн. По причине зависимости чувствительности фотодетекторов от
длины волны измерители мощности градуируют на фиксированных длинах
волн, соответствующих окнам прозрачности кривой затухания оптического волокна. Это обстоятельство обязывает оператора устанавливать длину волны на
измерителе мощности, соответствующую длине волны источника излучения.
18
В таблицах 1.1-1.3 представлены основные метрологические характеристики измерителей оптической мощности и источников оптического излучения.
Таблица 1.1 – Характеристики оптических измерителей мощности
Модель
Производи-
тель
Диапазон,
дБм
Погреш-
ность
измерений
Длина
волны,
нм
Условия
работы, С
0
1
2 3 4 5 6
FOD 1201
КБ Волоконно-
оптических
приборов
-80…+3
<3%
850…1600
+10…+35
FOD 1202
КБ Волоконно-
оптических
приборов
-60…+3
±0,25 дБ
850/1300/1550
+10…+35
FOD 1204
КБ
волоконно-
оптических
приборов
-80…+8
<1,5%
850/980/1300/148
0/1550
-10...+40
АЛМАЗ-21
ЛОНИОР
Россия
-60…+3
±0,1 дБ
850/1300/1550
-10...+40
ОТУ-30-А
НПФ
«Оптические
Телекоммуни-
кации»
-55…+3
±0,2 дБ
850/1300/1550
-10...+40
ПТ 2000
«Перспектив-
ные
технологии»
-60…+3
±0,2 дБ
850/1300/1550
-10...+40
17XTA
3M Photodine
-60…+5
0,25 дБ
850…1550
-5...+50
17XTF
3M Photodine
-73…+5
±0,25 дБ
400…1150
17XTI
3M Photodine
-73…+5
0,25 дБ
780/820/850/980/
1300/1480/1550
-5...+50
N3970A
AGLET
Tecnologies
-70…+5
±0,13 дБ
850…1650
-10…+55
AQ-2105B
ANDO Electric
Co.,
Япония
-90…+10
±5%
400…1700
-5...+50
ML9001A
ANRITSU
Япония
-99…+10
±5%
380…1800
-10...+50
FOT-02
EXFO
Канада
-50…+6
0,25 дБ
850/1300/1550
-10...+50
FOT-10A
EXFO
Канада
23
±5%
650…910
-20…+40
FOT-11A/21A/31A
EXFO
Канада
-60…+6
0,20 дБ
650/780/820/850/
910
-10...+50
FOT-12A/22A/32A
EXFO
Канада
-60…+6
0,20 дБ
780/850/1300/131
0/1550
-10...+50
19
Продолжение таблицы 1.1.
1
2 3 4 5 6
FOT-12A/22A/32A-
X
EXFO
Канада
-50…+6
0,20 дБ
780/850/1300
/1310/1550
-10...+50
FOT-20A
EXFO
Канада
66
±5%
650/780/820/850
/1300/1310/1550
-20…+40
FOT-91A
EXFO
Канада
-73…+3
0,20 дБ
450…1050
-10...+50
FOT-92XA
EXFO
Канада
-60…+18
0,20 дБ
780…1600
-10...+50
FOT-93A
EXFO
Канада
-73…+3
0,20 дБ
850…1600
-10...+50
FOT-902X
EXFO
Канада
-55…+23
0,20 дБ
850…1800
-10...+50
Photom211A
Haktronics Co.
Япония
-65…+5
0,20 дБ
850/1310/1550
-20…+50
E5970A
Hewlett-
Packard США
-70…+11
0,13 дБ
800…1600
-10...+55
81401A
Hewlett-
Packard США
-70…+3
±0,20 дБ
750…1700
-20…+50
K16000
Kingfisher
-65…+5
±0,13 дБ
1200…1600
-20…+50
GN-6025
GN Nettest Inc.,
США
-70…+3
±0,1 дБ
850/1300/1310
/1550/1625
-18...+50
GN-6025C
GN Nettest Inc.,
США
-60…+20
±0,1 дБ
850/1300/1310
/1550/1625
-18...+50
4500
GN Nettest Inc.,
США
-70…+6
±0,2 дБ
1200…1600
-15...+55
OLTS3
NOYES
-70…+5
±0,25 дБ
780…1600
-18...+50
230
PHOTOM
-70…+4
±0,2 дБ
850/850/1310/1550
0...+40
553B
RIFOCS
-60…+3
0,25 дБ
630/780/850
-15...+55
555B
RIFOCS
-60…+3
0,25 дБ
850/1300/1550
-15...+55
555/8B
RIFOCS
-60…+3
0,25 дБ
850/1300/1550
-10...+40
557B
RIFOCS
-60…+3
0,25 дБ
630/780/850
-15...+55
558B
RIFOCS
-40…+20
0,25 дБ
850/980/1300
/1480/1550
-15...+55
K2410
SIEMENS
Германия
-60…+20
±0,22 дБ
850/1300/1550
-10...+40
20
Продолжение таблицы 1.1.
1 2 3 4 5
6
TFC200
Tektronix
-70…+10
0,13 дБ
750…1700
-5...+45
TOP200
Tektronix
-60…+3
0,25 дБ
850/1300/1550
-15...+55
OLP-1
W&G
Германия
-60…+3
±0,25 дБ
800…1600
0…+50
OLP-16
W&G
Германия
-75…+15
0,13 дБ
850/1300/1310/155
0
-10...+55
OLP-18
W&G
Германия
-60…+26
0,13 дБ
850/980/1300/1480
/1550
-10...+55
OLP-25
W&G
Германия
-75…+5
0,1 дБ
850/1300/1550
-10...+50
7940
Wavetek
Австрия
-65…+5
±0,20 дБ
800…1600
-10...+55
SI7745
Wavetek
Австрия
-70…+3
±5%
850…1500
-10...+55
FM8515B
WILCOM
-60…+5
0,20 дБ
850/1300/1550
0...+50
T339-02
WILCOM
-60…0
0,20 дБ
1300/1550
-10...+40
Таблица 1.2 – Характеристики лазерных источников сигналов
Модель
Производи-
тель
Длина волны,
нм
Спектраль
ная
ширина,
нм
Выходной
уровень,
дБм
Условия работы,
С
0
1 2 3
4 8 9
FOD2107
КБ волоконно-
оптических
приборов
650/850/
1310/1550
<5 0 -10…+40
FOD2108
КБ волоконно-
оптических
приборов
650/850/
1310/1550
<5 0 -10…+40
FOD2109
КБ волоконно-
оптических
приборов
1310
<5 0 -10…+50
FOD2110
КБ волоконно-
оптических
приборов
650/850/
1310/1550
<5 0 -10…+40
АЛМАЗ-11
ФУП
«ЛОНИИР»
Россия
850/1310/1550
<5
-3
-10…+40
N3974A
Agilent Tech-
nologiec
1310/1550
<3
-6
-10…+55
OLS-5
Acterna Eningen
GmbH
Германия
850/1300
<7
-40…-13
-10…+55
AQ-4137B
ANDO Electric
Co.,
Япония
1300/1550
25…250
-50…-3
-10…+55
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]