Устройство и принцип работы рефлектометра

4.1. Устройство рефлектометра

Рефлектометр состоит из базового блока, сменных оптических боков, ПЭВМ типа notebook, источника питания и соединительных кабелей.

Базовый блок выполнен в прямоугольном пластмассовом корпусе настольно-переносного типа фирмы «Bopla».

В базовом блоке расположены аккумулятор, импульсный преобразователь напряжения и электронные узлы для управления процессом измерения и накопления информации, а также сменный оптический блок.

Для удобства извлечения сменного оптического блока на его передней панели имеется специальный ключ.

Сменный оптический блок включает в себя оптическое приемное устройство, оптическое передающее устройство и оптический разветвитель; на передней панели сменного оптического блока установлен оптический разъем для подключения измеряемого ВС.

Источник питания от сети 220 В ИП-2-1 выполнен в прямоугольном пластмассовом корпусе настольно-переносного типа фирмы «Bopla».

Конструкция ПЭВМ типа notebook стандартная, принятая повсеместно для подобных ПЭВМ.

4.2. Принцип работы рефлектометра

Принцип работы оптического рефлектометра основан на измерении сигнала обратного рэлеевского рассеяния при прохождении по ВС мощного одиночного оптического импульса. Слабый сигнал обратного рассеяния регистрируется чувствительным оптическим приемником, преобразуется в цифровую форму и многократно усредняется для уменьшения влияния шумов аппаратуры.

Структурная схема рефлектометра приведена на рис. 1.

Рефлектометр содержит:

блок управления БУ для получения сигналов управления устройством формирования лазерного импульса и аналого-цифровым преобразователем;

формирователь Ф для формирования сигнала запуска оптического передающего устройства;

блок накопления БН для считывания данных с выхода аналого-цифрового преобразователя, их запоминания и суммирования;

аналого-цифровой преобразователь АЦП для преобразования сигнала с выхода согласующего усилителя в цифровую форму;

согласующий усилитель СУ для согласования уровней сигналов оптического приемного устройства и АЦП;

запоминающее устройство ЗУ для запоминания и предварительной обработки данных после нескольких циклов измерения рефлектограммы;

сменный оптический блок СОБ состоящий из оптического передающего устройства ОПдУ, оптического приемного устройства ОПрУ и оптического разветвителя ОР. ОПдУ, содержащий мощный лазерный диод, предназначено для генерации оптических импульсов с заданной длительностью. ОПрУ служит для регистрации и усиления рассеянного сигнала. ОР служит для ввода импульсов в исследуемый ВС и подачи сигнала обратного рассеяния на ОПрУ;

схему температурной стабилизации СТС которая поддерживает постоянной температуру и мощность излучения лазерного диода и температуру лавинного фотодиода;

процессор, который вырабатывает сигналы управления блоками БУ, БН, ЗУ, считывает данные с этих блоков и осуществляет связь рефлектометра с персональной ЭВМ.

Рефлектометр работает следующим образом. В соответствии с командами управляющей программы находящийся в оперативной памяти ПЭВМ процессор вырабатывает код для запуска оптического импульса с помощью блоков БУ, Ф и ОПдУ). При прохождении этого импульса по ВС часть его энергии рассеивается назад и поступает на ОПрУ, в котором преобразуется в электрическую форм у и усиливается. Длительность сигнала обратного рассеяния на выходе ОПрУ равна двойному времени прохождения света по ВС. Через согласующий усилитель СУ сигнал обратного рассеяния поступает на вход АЦП и преобразуется в цифровую форму. Работа АЦП синхронизируется блоком управления БУ. За один период запуска оптического импульса АЦП считывает 2048 отсчетов измеряемого сигнала обратного рассеяния. Отсчет, взятый в момент времени t относительно момента запуска оптического импульса, соответствует сигналу, рассеянному от точки ВС, находящейся на расстоянии

Z = ct/(2 n), (2)

где с – скорость света в вакууме;

n – показатель преломления сердцевины ВС.

Таким образом, за один период запуска оптического импульса измеряются сигналы, пришедшие от большого числа точек ВС.

Рис. 1. Структурная схема рефлектометра ОР-2-1

БУ – блок управления, Ф – формирователь импульсов, СОБ – сменный оптический блок, БН – блок накопления, АЦП – аналого-цифровой преобразователь, СУ – согласующий усилитель, ЗУ – запоминающее устройство, ОПдУ – оптическое передающее устройство, ОПрУ – оптическое приемное устройство, ОР – оптический разветвитель, СТС – схема температурной стабилизации, ВС – волоконный световод, БП – блок питания, ПЭВМ – персональная ЭВМ

Каждый отсчет, преобразованный АЦП в цифровую форму, запоминается в блоке накопления БН. Для точного измерения обратного рассеянного сигнала осуществляется многократный запуск оптического импульса. При этом в блоке накопления БН усредняются отсчеты, соответствующие одинаковым точкам ВС и увеличивается отношение сигнал / шум. По команде процессора сигнал из блока накопления БН передается в запоминающее устройство ЗУ , регистры памяти блока накопления очищаются, и вновь повторяется процесс измерения и усреднения сигнала в блоке накопления БН. После нескольких таких циклов полученные значения сигнала дополнительно усредняются в ЗУ, передаются в ПЭВМ, запоминаются в нем и отображаются на экране. Таким образом, измеряется, запоминается и отображается вся рефлектограмма ВС. Для увеличения точности и динамического диапазона измерения оператор, работающий с рефлектометром, может увеличить число усреднений, установив в режиме MEAS величину N_rep >1(см. п. 7.4.4.3), эта величина может изменяться от 1 до 255. При этом время измерения увеличится.

Схема температурной стабилизации (СТС) поддерживает постоянной температуру лазерного диода лавинного фотодиода; эти элементы входят в состав ОПдУ и ОПрУ соответственно. Они установлены каждый на отдельном термохолодильнике, их температура контролируется с помощью терморезисторов и СТС.

Маркировка и пломбирование

Наименование и обозначение типа рефлектометра, товарный знак предприятия-изготовителя нанесены на переднюю панель базового блока рефлектометра.

Длина волны и обозначение типа ВС нанесены на переднюю панель каждого сменного оптического блока.

На задней панели базового блока нанесены маркировки:

- «ЭВМ» – разъем для подключения ПЭВМ;

- «=12 В» - вилка для подключения кабеля питания рефлектометра от внешнего источника постоянного тока (например, от аккумулятора) или от сети 220 В (через источник питания ИП-2-1);

- «ЗА» – значение тока плавкой вставки у держателя предохранителя;

- порядковый номер и год выпуска рефлектометра.

Для ограничения доступа внутрь рефлектометра и сохранения гарантий предприятия-изготовителя в пределах указанного гарантийного срока и гарантий метрологической службы в пределах межповерочного интервала, предусмотрено пломбирование рефлектометра.

Указание мер безопасности

По степени защиты от поражения электрическим током рефлектометр относится к классу защиты III в соответствии с требованиями ГОСТ 26104-89.

Источник питания ИП-2-1 по степени защиты от поражения электрическим током относится к классу защиты I в соответствии с требованиями ГОСТ 26104-89.

При эксплуатации рефлектометра следует руководствоваться «Правилами техники безопасности и промышленной санитарии в электронной промышленности» и «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров № 2392-81».

Рефлектометр может обслуживать оператор, имеющий квалификационную группу не ниже третьей.

Во избежание попадания в глаза импульсного лазерного излучения, нельзя производить подключение и отключение ВС к рефлектометру в режиме MEAS (когда включен лазер).

Включение источника питания ИП-2-1 в сеть 220 В, 50 Гц необходимо производить через розетку, обеспечивающую подключение, в том числе, и к шине заземления.

Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 198; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!