Метод зворотного розсіювання для вимірювання згасання
Метод ґрунтується на використанні оптичних рефлектометрів. В основі методу лежить явище зворотного релеєвського розсіювання. Для реалізації цього методу волокно, що вимірюється зондують потужними оптичними імпульсами, що вводяться через спрямований відгалужувач. Внаслідок відбиття від розсіяних та локальних неоднорідностей, розподілених по всій довжині волокна, виникає потік зворотного розсіювання. Реєстрація цього потоку дозволяє визначити функцію згасання по довжині з того ж кінця кабелю, що є важливою перевагою методу. Одночасно фіксують місцезнаходження та характер неоднорідностей.
Генератор оптичного сигналу у складі рефлектометра посилає короткий імпульс, який відбивається на неоднорідностях А і В. При відображенні від кожної неоднорідності виникає сигнал, що проходить і відображений. У результаті аналізаторі потужності щодо часу приходу імпульсу можна отримати графік залежності відбитого від неоднорідностей сигналу від довжини лінії (рефлектограмму).
На графіку цієї залежності представлені такі зміни відбитого сигналу:
- інтермодуляційні відображення вищих порядків (В-А-В тощо)
які зазвичай малі за амплітудою і сприймаються як шум
Кут нахилу кривої визначає питоме згасання оптичного сигналу лінії.
Таким чином, при вимірі з одного кінця кабелю інженер знає про загасання сигналу в залежності від довжини кабелю. Вимірювання з одного кінця кабелю зручні, дають можливість швидкої локалізації несправності вже укладеного кабелю. Ці переваги рефлектометрів у порівнянні з аналізаторами втрат оптичної потужності, які вимагають організації вимірювань за схемою "крапка-крапка", зумовило їх популярність в експлуатації та широке поширення в сучасних телекомунікаціях.Крім цього, не можна не визнати, що візуальний аналіз якості кабелів є надзвичайно зручним в експлуатації.
Мал. 2. Залежність потужності, що відображається від довжини кабелю
Типова рефлектограма представлена на рис. 2. На наведеному графіку видно відображення, пов'язані з поганим з'єднанням кабелів, відображення від зварювання, областей випадкового розсіювання та відображення, пов'язані з технологічними неоднорідностями в матеріалі кабелю, нарешті, відображення далекого кінця кабелю. Початковий викид рівня обумовлений френелівським відображенням у роз'ємному оптичному інтерфейсі, що з'єднує прилад із кабелем, що випробуваний. Точка зчленування кабелю за відсутності френелівського відображення вносить лише згасання, величина якого відповідає падінню рівня цієї точки. Кінець кабелю чи його обрив дають викид, зумовлений френелівським відбитком. При пошкодженнях кабелю френелівське відбиття може бути відсутнім (скіл волокна в похилій до осі площині), і тоді місце обриву характеризується різким падінням рівня.
По рефлектограмі можна визначити величину загасання різниці довжин як половину від різниці потужностей сигналу на рефлектограмі.
Зазвичай, з одного боку кабелю, рефлектометри дозволяють вимірювати згасання в діапазоні 15-20 дБ, тому при перевищенні цього згасання вимірювання слід проводити з обох сторін. На відносно коротких відрізках кабелю це дозволяє підвищити точність вимірів.
Основним недоліком даного методу є невеликий динамічний діапазон вимірювань, що обумовлено малою потужністю зворотного випромінювання розсіювання. Крім того, рефлектометри є досить дорогими приладами, не завжди доступними для служб експлуатації.
Застосовність методу зворотного розсіювання з використанням OTDR вимагає аналізу об'єктивних та суб'єктивнихпохибок виміру. Вище вже обговорювалося питання порівняння ефективностей вимірювання згасання за допомогою OTDR та OLTS. Обговорювалися також об'єктивні неточності, пов'язані з принципами роботи рефлектометра (роздільна здатність, розмір мертвої зони і т.д.). Однак при проведенні вимірювань з використанням рефлектометрів можуть виникати не лише помилки, пов'язані з технічними характеристиками рефлектометра, але й помилки, пов'язані з поширенням оптичного сигналу кабелю. Обмеження точності вимірювань пов'язані як з вимірюванням втрат у кабелі, так і з вимірюваннями відстаней.
При вимірюваннях відстаней на точність вимірювань OTDR впливають два основні фактори:
- Швидкість поширення оптичного сигналу в кабелі
- Довжина оптичного волокна в оптичному кабелі
Швидкість поширення оптичного сигналу в кабелі є функцією коефіцієнта заломлення скла, який може змінюватись в межах кількох відсотків для різних кабелів. Врахувати вплив цього параметра можна, протестувавши кабель відомої довжини такого самого типу.
Другим параметром, що впливає на точність вимірювання довжин, є надмірна кількість волокна в кабелі. Зазвичай при виробництві кабелю закладається надлишок волокна в кабелі для підвищення стійкості до розтягувань і вигинів. Різниця між довжиною кабелю та довжиною волокна в ньому становить 1-2%. Оскільки рефлектометр проводить вимірювання по довжині волокна, а не кабелю, надлишок волокна призводить до помилки вимірювань до 10-20 м на кілометр кабелю, яку необхідно враховувати під час проведення вимірювань.
При вимірюваннях втрат з використанням рефлектометрів виникають два основні питання: чому результати вимірювань OTDR та OLTS відрізняються і чому відрізняються результати вимірювань звикористанням рефлектометра, якщо виміри проводяться з різних кінців кабелю? Для відповіді ці питання необхідно ще раз проаналізувати роботу рефлектометра при вимірі втрат у кабелі.
Як описувалося вище, лазерне джерело OTDR посилає імпульсний сигнал, який відбивається від неоднорідності та приймається аналізатором. Необхідно враховувати, що на сигнал, що приймають впливають три фактори: згасання сигналу до неоднорідності, відображення сигналу і згасання сигналу від неоднорідності до аналізатора. Зазвичай передбачається, що коефіцієнт відображення постійний, і тому автокалібрувати рефлектометр для вимірювання згасання в оптичному кабелі. Однак на практиці найменші зміни в діаметрі волокна (порядку 1%) призводять до значної зміни параметра відображення, і, як наслідок, до значної зміни значення загасання, що вимірюється (порядку 0,1 дБ). Оскільки зміна параметра відображення може змінюватися вздовж довжини кабелю, це призводить до суттєвої різниці у виміряних величинах загасання при вимірах з різних кінців кабелю.
Можливі три варіанти проходження сигналу через зварювальний шов з різними типами рефлектограм:
1. Якщо здійснюється зварювання двох ідентичних волокон, то результати вимірювань згасання з двох сторін кабелю будуть однаковими і збігатимуться з результатами вимірювань OLTS.
2. Якщо волокно, що приймається, у зварюванні має менший коефіцієнт відображення, то відбита потужність сигналу після зварювального шва буде меншою, в результаті OTDR ідентифікує загасання більше реального значення.
3. Якщо ж зварювання тестують з іншого кінця кабелю, рефлектометр покаже загасання менше реального значення, і може виникнути ситуація, коли різниця між коефіцієнтами відображення буде вищою за згасання у зварюванні,рефлектометр покаже "посилення" оптичного сигналу.
Ефективним способом усунення описаних помилок вимірів є проведення вимірів з двох сторін кабелю з подальшим усередненням. Цей спосіб забезпечує високу точність вимірів (до 0,01 дБ), проте ліквідує основну перевагу використання OTDR - можливість проведення вимірів з одного кінця кабелю.