Апроксимація дільниць рефлекторам.

Навчальна дисципліна “ВОЛОКОННО-ОПТИЧНІ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧІ” Змістовий модуль №1. ПЕРЕДАЧА СИГНАЛІВ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИХ ЛІНІЯХ ЗВ’ЯЗКУ Лабораторна робота № 1 ОСНОВИ ВИМІРІВ МЕТОДОМ ЗВОРОТНОГО РОЗСІЮВАННЯ.   ПЛАН Навчальні питання: 1. Ідентифікація рефлекторам. 2. Апроксимація дільниць рефлекторам.   Навчально-матеріальне забезпечення: 1. Лектор-2000 2. Слайди за темою лекції.   Навчальна література: 1. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. – М.: Техносфера, 2003. – 440 с. 2. Корнейчук В.И. Измерение параметров компонентов и устройств ВОСП/ Уч. пособие. – Одесса: УГАС им. А.С. Попова, 2000. – 323 с.   Мета роботи: дослідження характеристик зворотного розсіювання ділянки оптичної лінії на основі рефлектограм.  

Загальні положення

Ідентифікація рефлекторам.

 

Метод зворотного розсіювання в оптоволокні заснований на аналізі релеївського потоку зворотного розсіювання потужності оптичного випромінювання в часі.

У явищі розсіювання світла істотним є порушення однорідності середовища, а не здатність середовища породжувати вторинні хвилі. У волоконних світоводах неоднорідностями середовища можуть бути "украплені" неоднорідності, що виникли при затвердінні, а також частки домішки, дефекти структури й ін. Розсіювання на частках домішки можна зменшити практично до нуля, але розсіювання на "вкраплених" неоднорідностях принципово зменшити не можна, саме вони визначають мінімальну величину втрат на розсіювання.

Для реалізації методу зворотного розсіювання в оптоволокні розроблені спеціальні прилади - оптичні рефлектометри в тимчасовій області (OTDR), що знайшли найбільше поширення при визначенні параметрів волоконно-оптичних ліній зв’язку (ВОЛЗ). В цілому, OTDR забезпечують визначення таких важливих параметрів ВОЛС, як ступінь регулярності оптичного кабелю (ОК), відстаней до місць неоднорідностей та ушкоджень, втрат у місцях з’єднань ОК, загасань будівельних довжин і змонтованих регенераційних ділянок й т. ін. Тестовий імпульс OTDR має кінцеву тривалість, тому реальний часовий відгук являє собою згортку імпульсної передатної функції волокна з тестованим імпульсом. Як відомо, імпульсну передатну характеристику досліджуваного пристрою можна одержати в тому випадку, якщо на його вхід подати нескінченно короткий, так називаний Δ-імпульс. У OTDR він має тривалість порядку 1 нс.

У приладах даного класу інформаційної є характеристика зворотного розсіювання (рефлектограма), що представляє собою залежність рівня потужності потоку зворотного розсіювання в крапці уведення випромінювання у волокно від відстані до аналізованої крапки, обумовленого співвідношенням:

 ,                                                                       (1.1)

де  - групова швидкість поширення випромінювання по серцевині ОВ, с - швидкість світла у вакуумі, n - показник переломлення серцевини ОВ.

Типовий вигляд рефлектограми приведений на рис. 1.1. Вертикальна шкала визначає рівень розсіяного (відбитого) сигналу в логарифмічних одиницях. Горизонтальна вісь відповідає відстані від рефлектометра до тестованої області волокна. Похила пряма характеризує зворотне розсіювання в самому волокні.

Рис. 1.1. Характеристика зворотного розсіювання ділянки оптичної лінії.

 

Сигналом зворотного розсіювання (СЗР) називають сукупність розсіяного та відбитого випромінювання в ОВ, що приходить на вхід фотоприймача. Як видно, на рефлектограмі можна виділити однорідні ділянки з постійним коефіцієнтом загасання α, на яких СЗР вигладить майже як пряма лінія (у логарифмічному масштабі), нахил якої визначає коефіцієнт загасання. Поряд з лінійною зміною рівня СЗР на рефлектограмі маються особливості, обумовлені різними неоднорідностями. Піками характеризуються елементи, що відбивають. Потужність відбитого сигналу, а, отже й положення вершини піка визначається потужністю тестового імпульсу та коефіцієнтом відбиття, однак не залежить від його тривалості. Амплітуда піка характеризує якість з'єднання ОВ. Відсутність відбиття на якісних зварених з'єднаннях пов'язано з відсутністю стрибка показника переломлення, тому що сколені торці ОВ сплавляються один з одним. Для добре звареного з'єднання ОВ неоднорідність на рефлектограмі дуже мала. Втрати на мікровигинах мають аналогічні характеристики та їхній важко відрізнити від утрат на зварених або механічних з'єднаннях. Таким чином, рефлектограма дозволяє оцінити якість ВОЛЗ, дає можливість знайти та локалізувати підозрілі ділянки ВОЛЗ, проводити вимір втрат на з'єднаннях і зворотних втратах на різних неоднорідностях.

Ідентифікація рефлектограми припускає наступні етапи.

1. Визначення «квазірегулярних» ділянок, на яких зміни рівня зворотного потоку обумовлені втратами на поглинання та релеевським розсіюванням.

2. Виділення ділянок з різкою зміною рівня потоку зворотного розсіювання, властивих локальним неоднорідностям.

Наприклад, для рис. 1.2 ділянки рефлектограми можуть бути ідентифіковані в такий спосіб.

Рис. 1.2. Ідентифікація рефлектограми.

 

1. Початковий викид рівня зворотного потоку оптичної потужності, обумовлений френелевським відбиттям при уведенні випромінювання у волокно. Як правило, він уводить фотоприймач у насичення, а час виходу з нього визначає важливий параметр рефлектометра – «мертву зону», тобто відстань, на якій неможливо знайти неоднорідності та вимірити коефіцієнт загасання.

2. «Неспотворені», «квазірегулярні» ділянки, описувані лінійними функціями, по параметрах яких судять про характеристики досліджуваного ОВ.

3. Втрати потужності зворотного потоку на локальному дефекті типу нероз'ємні з'єднання (зварені, клейові та механічні зростки ОВ), у яких звичайно відсутні відбиття, відображаються на рефлектограмі сходинкою.

4. Зміна рівня зворотного потоку через внутрішні неоднорідності або мікровигини ОВ.

5. Викид сигналу з перепадом загасання виникає при наявності в тракті рознімного з'єднувача, а також при наявності в ОВ малих включень сторонніх домішок або пухирців повітря.

6. Викид зворотного потоку, обумовлений відображенням від кінця ОВ.

7. Рівень шумів фотоприймача оптичного рефлектометра.

Алгоритм обробки результатів вимірів рефлектограм передбачає наступне пункти.

1. Виділення «неспотворених», «квазірегулярних» ділянок і апроксимація їх лінійними залежностями.

2. Прогноз поводження рефлектограми на ділянках з неоднорідностями на основі результатів лінійної апроксимації прилягаючих «квазірегулярних» ділянок.

3. Розрахунок шуканих параметрів ОК по отриманих теоретичних залежностях.

 

Апроксимація дільниць рефлекторам.

Апроксимація «неспотворених» ділянок здійснюється на основі співвідношення:

 .

Параметри апроксимації визначаються або методом двох крапок (2РА), або методом найменших квадратів (LSA). Принцип апроксимації методом двох крапок ілюструє рис 1.2. При цьому:

 , ,

де  - рівні потужності зворотного розсіяного потоку в обраних вимірником крапках (дБм),

 - відстань від крапки уведення випромінювання в ОВ до обраних вимірником крапок 1 і 2 відповідно (км).

Принцип визначення параметрів апроксимації методом найменших квадратів демонструється на рис. 1.3.

Рис. 1.2. Лінійна апроксимація методом двох крапок.

 

Рис. 1.3. Лінійна апроксимація методом найменших квадратів.

 

Як показано на рис. 1.3, досліджуваний ділянка рефлектограми між обраними крапками (  ) і (  ) розбивається на (n-1) інтервалів і по рефлектограмме визначаються значення ( ) для кожної границі інтервалів (  ), (  ), …, ( )... Параметри апроксимації а, b одержують з умов мінімуму значення суми S квадратів відхилень  теоретичної та експериментальної кривої:

 або

шляхом рішення системи рівнянь:

 ,

що описує умови мінімуму величини S. Рішення даної системи рівнянь записується у вигляді:

 , ,                     (1.2)

де , .

Як правило, в оптичних рефлектометрах мається можливість вибору способу визначення параметрів лінійної апроксимації в залежності від виду рефлекторам і вимірюваній характеристиці волокна.

 

Хід виконання

2.1. Вибрати рефлекторгаму згідно варіанта по табл. 1.

2.2. Замалювати рефлектограму в більш великому масштабі (збільшену в 2 або 3 рази).

2.3. Зробити ідентифікацію неоднорідностей. Результати записати в табл. 2. Зробити висновки.

2.4. Виконати апроксимацію методами 2РА і LSA.

2.5. За результатами п. 2.4. замалювати отримані двох рефлектограм в обраному масштабі шляхом накладення один на одного.

2.6. Провести порівняння отриманих результатів.

 

Зміст звіту

1. Прізвище, ініціали студента(ки) та номер навчальної групи.

2. Назва, ціль лабораторної роботи, номер варіанта.

3. Результати досліджень (згідно пп. 2.1-2.5).

4. Висновки по отриманих даних розрахунків і порівняльних оцінок.

5. Загальні висновки.

 

Питання контролю.

1. Які неоднорідності волоконного тракту можна діагностувати за рефлектограм?

2. Як виміряти загасання оптичного волокна за допомогою оптичного рефлектометра?

3. Неоднорідності якого типу здійснюють відбиття енергії?

4. Неоднорідності якого типу не викликають відбиття енергії?

5. Сутність і види апроксимації.

6. Який параметр піку характеризує якість з'єднання ОВ

 

Розробив:

доцент КІ

к.т.н., доцент              Слюсар І.І.

Табл. 1.

Вихідні дані згідно варіантів.

№ з/п	№ рис.	Величина сегменту		Дільниця апроксимації		№ з/п	№ рис.	Величина сегменту		Дільниця апроксимації
		X, км	Y, дБ	А	B			X, км	Y, дБ	А	B
1	1	2	10	3	4	16	16	2	10	2	4
2	2	2	10	4	6	17	17	2	10	3	5
3	3	2	10	2	3	18	18	2	10	2	4
4	4	2	10	5	7	19	19	2	10	1	2
5	5	2	10	3	6	20	20	2	10
6	6	2	10	3	4	21	1	1,5	5	3	5
7	7	2	10	2	4	22	2	3	5	4	5
8	8	2	10	2	3	23	3	1,5	5	2	4
9	9	2	10	3	4	24	4	3	5	5	7
10	10	2	10	4	5	25	5	1,5	5	3	6
11	11	2	10	3	4	26	6	3	5	3	4
12	12	2	10	3	4	27	7	1,5	5	2	4
13	13	2	10	4	5	28	8	3	5	2	3
14	14	2	10	6	7	29	9	1,5	5	3	4
15	15	2	10	3	4	30	10	3	5	4	5

 

Рис. 1.

Рис.2.

Рис.3.

Рис.4.

Рис.5.

Рис.6.

Рис.7.

Рис.8.

Рис.9.

Рис.10.

Рис.11.

Рис.12.

Рис.13.

Рис.14.

Рис.15.

Рис.16.

Рис.17.

Рис. 18.

Рис. 19.

Рис. 20.

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 654; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!