|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Вимірювання у волоконно-оптичних системах передачі інформації. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка Сучасні волоконно-оптичні системи передачі мають великі швидкісні можливості і широкосмугові, стабільність і надійність, високий рівень достовірності передачі інформації. Щоб відповідати цим якостям, усі їх елементи мають функціонувати у строгих технічних рамках. Але як проконтролювати численні параметри оптичного кабелю, оптичних ниток, у яких носієм інформації є потік фотонів, а чи не електронів, як у лініях електричного зв'язку? Тут традиційні вимірювальні пристрої не придатні. Про методи та прилади, що застосовуються при вимірюванні та контролі параметрів у таких лініях зв'язку, і розповідається в статті, що публікується. Для волоконно-оптичної системи передачі (ВОСП), як і для будь-якої кабельної системи (на коаксіальних або симетричних кабелях), існують загальні параметри, вимірювати які необхідно при будівництві, пуско-налагоджувальних роботах, сертифікаційних та пускових випробуваннях, а також у процесі експлуатації при проведення профілактичних робіт. Водночас ВОСП притаманні суттєві особливості, зумовлені тим, що носієм інформації є потік фотонів. Для роботи в оптичному діапазоні застосовуються оптичні квантові генератори (лазери), що генерують когерентне випромінювання, квантові фотоприймачі (фотодіоди та фототранзистори), саме оптичне волокно та ряд інших елементів. На них створено не тільки кінцеве обладнання для ВОСП, а й вимірювальні прилади. На ВОСП необхідно вимірювати такі узагальнені параметри: 1) середню відносну потужність оптичного випромінювання, що вводиться в лінію, в дБм (дБ щодо 1 мВт); 2) згасання оптичного сигналу лінії в дБ; 3) чутливість системи передачі у дБм при заданому коефіцієнті помилок у тракті передачі; 4) довжину хвилі оптичного випромінювання в мкм чи нм; 5) ширину спектральної лінії випромінювання, нм; 6) дисперсію оптичного імпульсу в оптичному тракті, пс/нм*км. Крім вимірювання цих параметрів, у системі контролюється автоматичне відключення лазера при аварії (наприклад, обрив оптичного кабелю), а також періодичність та тривалість його тимчасового включення при тестуванні відновленої лінії. Специфічними особливостями мають також вимірювані характеристики квантових та оптичних елементів ВОСП, особливо параметри випромінювача - напівпровідникового лазера: довжина хвилі випромінювання lізл (мкм або нм), ширина спектральної лінії Dl (нм), середня потужність випромінювання Ро(мВт) та ін. Важливо знати параметри фотоприймачів: спектральний діапазон чутливості фотоприймача (мкм), чутливість (А/Вт), величину темнового струму (нА), власну ємність фотодіода (пФ), розмір (діаметр) фоточутливого майданчика (мкм), квантову ефективність (h) . В оптичному волокні та кабелі вимірюють наступні параметри: кілометрове згасання ОВ або ОК, що вноситься на довжині 1 км, дБ/км; дисперсію оптичного імпульсу, пс/нм · км; вид профілю показника заломлення; діаметр ОВ із захисною оболонкою та при необхідності без неї, в мкм; для багатомодових ОВ – числову апертуру. Ті параметри, які в цій статті названі узагальненими, є основними та підлягають вимірам на різних етапах проектування, будівництва та експлуатації ВОСП. Вимірювання середньої оптичної потужності Ро. Для виміру цього параметра необхідний датчик, чутливий до оптичного випромінювання у спектральному діапазоні хвиль. У нашому випадку це три діапазони (за прийнятою термінологією - три вікна прозорості): I ОП - Dl1 = 0,82 ... 0,86 мкм; II ВП - Dl2 = 1,31 ... 1,35 мкм; III ВП - Dl3 = 1,53 ... 1,56 мкм. Для вимірювання середньої потужності оптичного випромінювання використовуються спеціально розроблені для цього фотодіоди. До приладу можуть підключатися оптичні волокна як одномодові, так і багатомодові, діаметр яких може доходити до 500 мкм. Вимір оптичної потужності за допомогою фотодіода засноване на співвідношенні фотоструму I ФД, викликаного оптичним випромінюванням, який пропорційний середній потужності оптичного випромінювання і обернено пропорційний довжині хвилі. Відповідно до цього шкала вимірювача потужності градуюється в міліватах (мВт) або в дБм для відповідного вікна прозорості. В даний час вимірники середньої оптичної потужності випускаються вітчизняною промисловістю та низкою зарубіжних фірм. Майже всі такі прилади мають малі габарити, вагу, автономне харчування і можуть бути використані як у лабораторних або заводських умовах, так і при будівництві, пуско-налагоджувальних роботах, а також у процесі експлуатації ВОСП. Табло приладів виконано на основі цифрових індикаторів, найчастіше рідкокристалічних. Вони мають перемикачі діапазонів вимірювань для трьох вікон прозорості – 0,85 мкм, 1,3 мкм та 1,55 мкм, перемикачі градуювання мВт/дБм, а також лімб установки нуля. Оптичне випромінювання, що вимірюється, подається за допомогою оптичного волокна, оконцированного оптичним роз'ємом (найчастіше типу FC або РС), для чого на одній з бічних стінок приладів встановлені розетки (гнізда) оптичного роз'єму. Оптичні параметри, габарити, вага та умови експлуатації приладів представлені в таблиці, а загальний вигляд деяких з них – на рис. 1 та 2.
Вимірювання згасання в ОК та лінії. Згасання (або втрати) енергії оптичного сигналу в оптичному волокні (ОВ) та в оптичному кабелі (ОК) обумовлено поглинанням, розсіюванням світла на локальних неоднорідностях та релеївським (молекулярним) розсіюванням світла на молекулах матеріалу. Крім того, при підвищених рівнях потужності, що вводиться в ВВ (більше 13 дБм), до факторів, що визначають втрати, додаються такі фізичні явища, як, наприклад, вимушене зване комбінаційне розсіювання. Згасання за рахунок поглинання через дефекти матеріалів стали настільки малими, що вони важко піддаються вимірюванням і при потужності оптичного сигналу менше 10 мВт, втрати в ВВ визначаються головним чином релеєвським розсіюванням. Цей тип розсіювання відбувається на молекулах кварцу SiO2. Його потужність обернено пропорційна четвертому ступеню довжини хвилі, тобто зі зростанням довжини хвилі такі втрати швидко зменшуються. Додаткові втрати виникають у ОК при зрощуванні будівельних довжин. Вони проявляються на локальних неоднорідностях, місцях зварювання чи склеювання торців оптичних волокон. До локальних неоднорідностей відносяться і плоскі торці на кінцях ОВ, від яких відбивається енергія в зворотну (внутрішню) сторону. Для кварцового ВВ ці втрати становлять приблизно 4% (або -14 дБ) від потужності, що падає. Існує кілька методів вимірювання згасання оптичного випромінювання при його поширенні в ВВ: двоточковий, заміщення, зворотного релеївського розсіювання в часовій області, витяжки ВВ. З перерахованих методів найбільш простим та достовірним, який застосовується у будівництві, налагодженні та експлуатації, є двоточковий. Він, у свою чергу, підрозділяється на три різновиди: метод обламування, безобривний та метод каліброваного розсіювання. Найбільшого поширення у будівельній, а також дослідницькій практиці набув метод обламування волокна. У вхідний торець ВВ (який має бути плоским і перпендикулярним до осі ВВ) вводиться оптичне випромінювання. При цьому джерело випромінювання та вхідний кінець ОВ жорстко фіксуються так, щоб у процесі вимірювань умови введення енергії ОВ не порушувалися. Береться ВВ відомої довжини L0. Вихідний торець вводиться в приймальний вузол вимірювача і жорстко фіксується. Після цього вимірюється величина оптичної потужності Р1, що виходить із вихідного торця ВВ. Ця величина записується. Далі від ВВ методів сколювання відокремлюється волокно довжиною L1. Вихідний торець волокна, що залишився, довжиною L2= L0- L1 також повинен бути плоским і перпендикулярним осі ОВ, що контролюється спеціальним мікроскопом. Якщо якість вихідного торця незадовільна, повторно сколюють і контролюють волокно. Після отримання торця потрібної якості він знову вводиться у приймальний вузол вимірювача оптичної потужності та фіксується оптична потужність Р2. Таким чином, визначено величини оптичної потужності Р1 на виході волокна довжиною L1 та на його вході P2. Згасання у волокні довжиною L1 визначається за формулою до=Р2/Р1 (раз) або a=10lgP2/P1 (дБ). Достоїнство цього методу полягає в тому, що він не вимагає спеціальних приладів, так як для його здійснення підходять будь-які стандартні пристрої, що реєструють. Але цей метод має і істотний недолік: він відноситься до "руйнівних" видів і має низьку оперативність. У практиці найчастіше застосовують другий різновид двоточкового методу - неруйнівний вимір. При цьому методі джерело оптичного випромінювання на заданій довжині хвилі забезпечують вихідним одноволоконним оптичним кабелем, кінець якого заправлений в оптичний роз'єм. Так як сучасні оптичні волокна та оптичні роз'єми мають дуже малі розкиди геометричних і оптичних параметрів, то розкид величин загасань при підключенні одного оптичного роз'єму до іншого не перевищує 0,1 дБ. Зі сказаного слід, коректними є вимірювання згасання в 0В або ОК, що проводяться за наступною схемою. До вихідного роз'єму випромінювача підключають вимірювач оптичної потужності та записують отримані дані. Потім вихідний роз'єм підключають до вхідного торця 0В (яке є складовою ОК), також заробленого в ОР, а його вихідного торця - вимірювач потужності. За виміряним значенням потужності обчислюється згасання за наведеною вище формулою. Для виміру згасання описаним методом промисловість випускає оптичні тестери. Такі прилади в одному корпусі містять стабільне каліброване джерело випромінювання та вимірювач оптичної потужності. Деякі фірми виробляють оптичні тестери, що складаються з двох роздільних блоків – випромінювача та вимірювача потужності. Оптичний тестер, що складається з двох окремих блоків, у ряді випадків виявляється більш зручним, оскільки дозволяє вимірювати на різних кінцях лінії. Обидва типи тестерів виготовляє, наприклад, фірма SIMENS. До другого типу тестерів належать вітчизняні прилади типу "Діамант". Цей прилад дозволяє проводити вимірювання потужності оптичного сигналу та загасання в ОК на одній із п'яти довжин хвилі: 850, 1310, 1540, 1550 та 1560 нм. Діапазон вимірюваних величин -50...+3 дБ за абсолютної похибки не вище +0,2 дБ.
Найбільше застосування в оцінці рівня згасання в сучасних ВОЛЗ знайшов метод рефлектометрії, заснований на вимірі зворотного релеєвського розсіювання у часовій області. Для цього в оптичне волокно вводиться періодична послідовність оптичних імпульсів тривалістю t і періодом прямування Ті. До вхідного торця повертатимуться імпульси енергії. Їхня амплітуда пропорційна потужності оптичних імпульсів, що віддаляються від вхідного імпульсу (опорного) на час, що дорівнює часу пробігу імпульсу в прямому та зворотному напрямках. Якщо ці сигнали дивитися на екрані осцилографа, побачимо деяку криву, заповнену шумом, середнє значення якого зменшується експоненційно за шкалою часу. Така крива не дозволяє робити точний відлік показань і незручна для користування. Однак періодичне повторення кривої дає можливість багаторазового накопичення результатів, завдяки чому вдається отримати чисту лінію залежності загасання від довжини волокна, що вимірювається. Оскільки в техніці зв'язку всі відносні параметри вимірюються в дБ, цю криву в кожній її вертикальній координаті логарифмують, завдяки чому вона набуває вигляду похилої прямої. Описана залежність величини загасання від довжини волокна називається оптичною рефлектограмою. Очевидно, що по рефлектограмі можна визначити не тільки загасання, а й довжину оптичного волокна, відстань до локальних неоднорідностей, у тому числі до місця ушкодження 0 В.
Метод рефлектометрії має цілу низку переваг у порівнянні з іншими способами вимірювання згасання: вимір проводиться на одному кінці лінії або з одного кінця оптичного кабелю або волокна; оперативність; можливість визначення довжини 0В або ОК, місця розташування локальної неоднорідності (наприклад, тріщини 0В або згин малого радіусу); можливість постійного контролю всієї траси та її діагностування. Оптичні рефлектометри (рис. 3 та 4) виробляються різними фірмами світу (табл. 2).
Вимірювання чутливості сучасних систем передачі. Основний параметр, що визначає якість передачі, - ймовірність помилки під час передачі цифрової інформації. В даний час нормою вважається ймовірність помилки для заданого числа символів, що передаються (нулів і одиниць), рівна 10-9 ... 10-12 (залежно від швидкості передачі). Під чутливістю цифрової системи передачі розуміється та мінімальна потужність сигналу прийомі, коли він дотримується зазначена величина ймовірності помилки. Для волоконно-оптичних систем передачі вимірювання чутливості проводиться за допомогою оптичних змінних атенюаторів. Вони працюють за наступною схемою (рис. 5).
На електричний вхід цифрового групового сигналу апаратури STM від вимірювача коефіцієнта помилки (ІКО) подається псевдовипадкова послідовність цифрового сигналу в коді, відповідному тому, що передається в реальній лінії. В апаратурі STM цей сигнал перетворюється на цифровий, який надходить на оптичний роз'єм блоку передачі. апаратури STM. З електричного виходу приймального тракту прийнятий цифровий сигнал підключається до входу ІКО. Перед початком вимірювань за допомогою вимірювача оптичної потужності на вході приймального тракту встановлюється максимально допустимий рівень оптичної потужності для типу обладнання STM. Робиться це шляхом зменшення загасання, що вноситься в лінію змінним атенюатором, що калібрується. У цьому фіксуються показання АТТ. Потім лінійний кабель відключається від вимірювача потужності ІМ та підключається на оптичний вхід приймального тракту STM. Після вимірювання коефіцієнта помилки в цьому режимі, результат якого запам'ятовується, атенюатором АТТ в оптичний тракт вводиться згасання доти, поки коефіцієнт помилок (його ще називають ймовірністю помилки) не зросте до величини Pош>10-9 (10-10). лінійний оптичний кабель відключається від оптичного входу приймального тракту STM і знову підключається до вимірювача потужності ІМ. Ця потужність і буде величиною, що визначає чутливість системи. Запам'ятовують також величину згасання, що вноситься АТТ в оптичний тракт. Промисловість виготовляє змінні калібровані атенюатори для вимірювань на ВОЛЗ. Як приклад, можна назвати змінний оптичний атенюатор типу OLA-15 Е-0004 фірми HEWLET PACKARD. Атенюатор цього може вносити згасання у ВОЛЗ від -3 до -60 дБ. Відлік величини загасання відображається у цифровому вигляді. Зміна згасання у вказаному діапазоні проводиться плавно з кроком 0,1 дБ. Вітчизняна промисловість також випускає такі атенюатори, наприклад типу НТГВ243. Діапазон внесення загасання -1 до -45 дБ. Відлік показань – ноніусний. Вимірювання довжини хвилі та спектральної смуги оптичного випромінювання. Відомо, що в зонових та місцевих мережах ВОЛЗ використовуються 0В, що в основному мають друге вікно прозорості, у магістральних - третє. У різних системах ВОЛЗ можуть застосовуватися волоконно-оптичні підсилювачі тієї чи іншої довжини хвилі, що не збігається з вікном прозорості. Це може бути причиною того, що система, що будується або ремонтується, працювати не буде. Тому зрозуміла важливість виміру довжини хвилі випромінювання. Крім довжини хвилі, важливо знати і ширину спектральної лінії (тобто ширину смуги оптичного випромінювання). Невідповідність різних ділянок ВОЛЗ цьому параметру призводить до дисперсії (тобто розширення) оптичних імпульсів при їх поширенні в оптичній лінії. Невідповідність ширини спектральної лінії особливо сильно впливає якісну роботу в системах передачі STM-4, STM-16, STM-64 і т. д. Довжина хвилі оптичного випромінювання та ширина спектральної лінії вимірюється за допомогою спеціального приладу - оптичного аналізатора спектра. Ці прилади серійно виробляються зарубіжними фірмами, наприклад, HEWLET PACKARD. Вимірюють дисперсію оптичних імпульсів також при виробництві та заводських випробуваннях оптичного волокна та оптичного кабелю. Промисловість випускає спеціальні прилади для вимірювання дисперсії оптичних імпульсів у ВОЛЗ. До таких приладів належить, наприклад, прилад типу ІД-3, що випускається Дослідницьким інститутом теплообміну (м. Мінськ). Тут було названо лише ряд параметрів, що вимірюються в системах ВОЛЗ, на практиці ж вимірюються й інші характеристики, притаманні також звичайним системам зв'язку. Автор: О.Скляров, канд. техн. наук, м.Москва
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Твердотільний накопичувач WD Blue SN500 NVMe ▪ Занедбана шахта та парниковий ефект
▪ розділ сайту Паліндроми. Добірка статей ▪ стаття Білизняний ліфт. Поради домашньому майстру ▪ стаття Що таке Великдень? Детальна відповідь ▪ стаття Бузина смердюча. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Детектори для приймачів із ФАПЧ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Перелітаючий наперсток. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page