Методы измерение оптического кабеля

Сразу оговорюсь, что если вы соединяете ВОЛС между двумя офисами своей фирмы и они расположены на расстоянии друг от друга менее 5 км, эту страница не для вас, у вас всё заработает и без этих проблем. Даже если вы умудритесь сварить стыки с затуханием в 1 дБ, при этом их будет 2 или 3 аппаратура всё равно будет работать. Речь на странице пойдёт о линиях связи длиной более 10 км.

31. 05. 2012 в рубрике «Вопрос-ответ» на странице «Нормы потерь на стыке, при измерении оптических кабелей» появилось дополнение к этой странице.

Измерения оптоволоконного кабеля (ВОЛС) в процессе монтажа

Какой совершенной ни была бы аппаратура для сварки оптоволокна проверка сварных стыков при монтаже остаётся обязательной и оговорённой различными нормативными документами. Выполняется оптическими рефлектометрами (OtdR) и ведётся с первого стыка на соединении кабель-шнур до самой последней муфты. Стекло осталось стеклом и, несмотря на очистку и совершенные сварочные аппараты иногда подкидывает сюрпризы.

На теперешнее время выработаны некоторые требования к затуханиям на стыках (неразъёмных соединениях). Вот, например, выдержка из РД РБ 02140.17-2003 (Беларусь):

Длина волны λ, мкм	Потери А вс , дБ, не более, в %-max неразьёмных соединений
	100	50
	Для магистральных и внутризоновых сетей
1,3	0,2	0,1
1,55	0.1*	0,05
Для местных сетей
1,3	0.3
1,55	0,2
*В исключительных случаях допускается максимальное значение потерь на стыке не более 0,15 дБ, если меньшее значение не достигнуто после 3-х повторений сварки. При этом в монтируемой муфте на кассете должен оставаться запас оптического волокна не менее 3-х витков.

Значение потерь для каждого неразъёмного соединения определяется как среднее арифметическое результатов измерения оптическим рефлектометром с двух сторон ЭКУ.

Сноска в таблице этого документа весьма показательна, не всегда, даже хорошими приборами и инструментами можно сварить оптоволокно с затуханием на стыке менее 0,15 дБ. Можно ломать и переваривать стык хоть 10 раз такое, даже большее затухание остаётся именно на этой паре волокон. Связывают это с разностью в количестве примесей в сердечнике оптоволокна и с некоторыми особенностями изготовления оптоволоконного кабеля. Так, если соединять кабель с одного и того же барабана стыки могут оказаться практически неразличимы на рефлектограмме (0,03-0,05 дБ), а при соединении кабеля от разных заводов такие «гладкие» соединения уже не получаются.

Подробней проблема «неварящихся» стыков рассмотрена на странице → Ошибки из-за флуктуации диаметра модового пятна

Вообще говоря, о нормах на затухание стыков следует напомнить, что они на протяжении 10 лет менялись, как бы следуя за возможностями сварочных аппаратов. При сварке прибором типа КСС, где весь процесс сварки проводился вручную, часто оставлялись стыки 0,2-0,25 дБ. Просто не удавалось добиться лучшего. С появлением российской «Совы» — сврочника-полуавтомата стыки стали делаться в 0,10-0,15 дБ и до этих значений подтянули нормы. Сейчас все профессионалы приобрели аппараты от Fujikura, Ericsson и тому подобные с автоматической сваркой и требования к стыкам оптоволокна возросли. Теперь уже ни кто не удивляется стыкам не различимым на рефлектрограмме, то есть 0,03-0,05 дБ.

Нормы на распределение потерь в неразъемных соединениях ЭКУ (0,1 дБ) есть в: ↓
• Руководстве по строительству линейных сооружений местных сетей связи
страница → Испытания оптических кабелей.
• Правилах проектирования, строительства и эксплуатации ВОЛС на ВЛ электропередачи 0,4-35 кВ
страница → Выполнение спусков ОК с опор. Монтаж соединительных муфт
• Правилах проектирования, строительства и эксплуатации ВОЛС на воздушных ЛЭП 110 кВ и выше
страница → Измерение элементарных кабельных участков.

• Для многомодовых волокон (0,3 дБ) в ОСТ 45.62-97. Линейное оборудование абонентских линий учрежденческо-производственных автоматических телефонных станций. Нормы эксплуатационные
страница → Нормы оптические эксплуатационные на волоконно-оптические АЛ УПАТС

Измерение ВОЛС оптическим рефлектометром (OTDR). Контроль сварки соединений.

Начинают процесс соединения проложенных оптических кабелей с оконечного устройства, то есть с оптического шнура. Первой проблемой для контроля стыка является так называемая мёртвая зона рефлектометра. Связана она с особенностью работы прибора и зависит от ширины зондирующего импульса. На рефлектрограмме выглядит всплеском, следующим за зондирующим импульсом. Как правило растягивается на десятки метров (на рисунке 48,3 м, обведено красным) и делает невозможным контроль первого стыка.

Мёртвая зона на рефлектограмме ВОЛС

Подробней и с теорией тема мёртвых зон при измерениях оптоволокна есть на странице «Мертвые зоны для событий» из книги Листвиных «Рефлектометрия оптических волокон»

Специально для решения этой проблемы используются километрические катушки, состоящие из некоторой длины (500 м или 1 км) оптоволокна и позволяющие контролировать первую сварку. Полностью проблемы это не решает так как соединение на коннекторах катушка – шнур, как правило, имеет большое затухание, да к тому же создаёт на рефлектограмме достаточно высокий отражённый импульс (на рисунке всплеск на расстоянии 1 км) и соответственно свою мёртвую зону.

Измерения ВОЛС с использованием километрической катушки.
Контроль стыка оптоволоконный шнур — кабель

В данном случае контроль относительный, так как невозможно различить, сколько вносят затухания коннектор, сколько сварной стык. На приведённом выше рисунке измеряется суммарное затухание на соединении, то есть, производится оценка потерь между участками катушка-кабель. В данном случае затухание не соответствует требуемой норме: должно быть 0,5 дБ на коннекторе плюс 0,15 на сварке, то есть 0.65 дБ, а на картинке (обведено красным) 0,897 дБ. Данный стык всё же был оставлен так как это лучшее значение после 3-4 сварок и неясно что вносит такое затухание коннектор или сварка.

Немного об этом есть на странице Влияние мертвых зон.

Чтобы контролировать стыки в муфтах, собственно, муфты необходимо делать последовательно от начала трассы. Как правило, каких-то дополнительных проблем не возникает, если используется кабель от одного завода изготовителя и барабаны раскладываются по порядку номеров выданных на заводе. Так же желательно соблюдать направление укладки, то есть начало следующего барабана соединяется с концом предыдущего. В этом случае стыки могут оказаться вообще не различимы. Пример такой трассы на следующей рефлектограмме. Длина 38 км, а соединений рефлектометр различает всего 5.

Пример хороших соединений (стыков)

Технология требует контроля с обоих сторон трассы, но при монтаже длинных участков это не всегда выполнимо (требуется «закольцовка» всех волокон на следующей муфте) поэтому трасса контролируется только с одной стороны. А проверка с другой стороны выполняется уже после окончательного соединения всей линии. При этом, естественно, могут быть накладки, вот, например, пример плохого стыка, который обнаружился при измерении с обратной стороны. Иногда приходится возвращаться на готовую муфту, чтобы переделать такую сварку.

Пример соединения (стыка) с большим затуханием

Как некоторую особенность измерений оптическим рефлектометром можно выделить возможность получения отрицательного затухания на стыке.

Отрицательное затухание на стыке

Если вникнуть в суть картинки на рефлектограмме можно подумать, что на стыке возник усилительный участок. В данном случае это, конечно же, ошибка, причём не ошибка OtdR, а ошибка самого метода измерений. Не стоит забывать, что измерения рефлектометром носят относительный характер (абсолютны показания оптического тестера). Волокно, находящееся за стыком отражает свет более интенсивно, чем волокно перед соединением, а рефлектометр фиксирует это подъёмом на рефлектограмме. Подобные стыки часто возникают при соединении оптических волокон от разных производителей кабеля. Часто при монтаже вставка другого кабеля выглядит как на экране OtdR как приподнятая платформа (хорошо видно на рисунке). При измерениях с обратной стороны трассы, эти подъёмы выглядят как «ямы».

Причём именно в таких случаях часто возникают ситуации, когда волокно невозможно сварить с нормальным затуханием на стыке. В данном случае стоит обратить внимание на выписку из руководящего документа (вверху страницы) о том, что значение потерь для каждого неразъёмного соединения определяется как среднее арифметическое результатов измерения. Как правило, стык, который сваривается только с большим затуханием с обратной стороны, будет отрицательным. Сложив отрицательное значение с одной стороны и затухание на «плохом» стыке, разделив на два, вы получите вполне приемлемую цифру.

Стоит заметить, что подобные «ступеньки» на рефлектограмме, не делают линию лучше, а скорее являются некоторой неизбежностью.

Намного более серьёзно тема отрицательных затуханий в стыках раскрыта на странице Ошибки из-за флуктуации диаметра модового пятна.

Измерение оптоволоконного кабеля OTDR. Особенности и глюки. Фантом.

Ну и напоследок описание некоторых «глюков», которые могут возникнуть при измерениях OtdR.

Пример фантома при измерении оптоволокна

На картинке так называемый фантом. Появляется крайне редко, как правило, вызывает некоторую растерянность у новичков. Создаётся впечатление, что оптическое волокно имеет крупную неоднородность в месте, где её быть не должно. Отличается от неоднородности на волокне своеобразной закруглённой «шляпой». Появление фантома связывают с ошибкой импульсного метода измерения. В измеряемой линии появляется своеобразное эхо, которое и вызывает ошибку. Фантом пропадает при изменении диапазона измерений, который рекомендуется устанавливать в два раза превышающим предполагаемую длину линии.

Подробней эта тема ра скрыта на странице Типичные ошибки оператора

Пример загрязнённого или поломанного коннектора на выходе OTDR

Примерно такая картинка видна на экране прибора при засорённом или сломанном коннекторе. Не забываете протирать коннектор спиртом перед подключением к оптическому рефлектометру. Крошечная пылинка способна перекрыть весь световой поток идущий по волокну. Подобная неприятность может случиться и с коннектором и с гнездом в приборе.

Ну и, наконец, рисунок, напоминающий о технике безопасности при работе с оптоволокном. В данном случае навстречу прибору поступает излучение с противоположной стороны оптоволокна.

В оптоволокне присутствует сигнал с противоположной стороны

Не смотрите в торец коннектора или сломанного волокна. Хотя случаи ожога сетчатки глаза достаточно редки, не стоит забывать старую шутку про лазерщиков. Сапёр ошибается один раз в жизни, а лазерщик два: первый раз одним глазом, второй вторым.

Часть документации заполняемой при измеренииях на ВОЛС есть на странице с формами протоколов.

Образцы документации (формы протоколов), заполняемой при приёмо-сдаточных измерениях смонтированных волоконно-оптических кабельных линий или секций есть на одноимённой странице из «Руководства по строительству линейных сооружений местных сетей связи, М., 2005″

Некоторые вопросы по ВОЛС из переписки на странице «Ответы по измерениям на оптоволоконных линиях»

Инструкции по монтажу муфт:

Муфта оптоволоконная укороченная МОГу

Муфта тупиковая оптоволоконная МТОК

Источник

Методы тестирования оптического кабеля

Елена Андреева,
к.ф-м.н., менеджер ЗАО «Перспективные технологии»
andreeva@peterlink.ru

Алексей Сергеев,
инженер отдела активного оборудования ЗАО «Перспективные технологии»
pfiber@nm.ru

Оптические кабели находят все более широкое применение — от магистральных линий и корпоративных систем передачи данных до локальных компьютерных сетей. Преимущество волоконной оптики несомненно: реализуемые в оптических каналах скорости передачи информации пока недостижимы для медных кабелей.

Немаловажно и то преимущество, что тестировать оптический кабель проще. Измерению подлежит меньшее число параметров, в большинстве случаев — только потери в кабеле, так как перекрестных помех в оптике нет. Кроме того, приборы для тестирования оптических каналов дешевле, чем для медных.

Несмотря на возрастающее разнообразие измерительных приборов, основным «помощником» специалиста по установке и эксплуатации волоконно-оптических систем служит оптический тестер — без преувеличения, самое распространенное рабочее средство измерения. Тестер используется при входном контроле параметров оптического кабеля, его монтаже, приемосдаточных испытаниях кабельной системы, контроле выходных параметров активного оборудования и обслуживании действующей линии. Преимущества этого скромного прибора — простота использования, малые габариты и масса, автономное питание и сравнительно низкая стоимость. Тестер обеспечивает достаточно высокую точность измерений, стабильность параметров в течение всего времени измерения, удобен в обращении, компактен и экономичен.

Для достоверного тестирования оптических волокон тестер следует подбирать в соответствии с активным оборудованием компьютерной сети. Так, например, если для передачи данных используется одномодовое активное оборудование и соответственно одномодовый кабель, то измерительный генератор также должен быть одномодовым. Кроме того, тестирование должно проводиться на длине волны передачи. Для того чтобы понять, что стоит за сухими цифрами и рекомендациями стандартов, рассмотрим подробнее «начинку» приборов.

Современное развитие ИТ влечет за собой рост и взаимопроникновение сетей передачи данных различного назначения. Локальные компьютерные сети включаются в корпоративные и ведомственные сети, объединяющие пользователей на большой территории. Это накладывает требования сертификации на компоненты кабельной системы как физической среды передачи данных и, следовательно, на контрольно-измерительное оборудование, используемое при тестировании сети. Требования к средствам измерений изложены в следующих законах и нормативных документах:

«Закон РФ об обеспечении единства измерений, 15.06.93».
«Государственный надзор и ведомственный контроль за средствами измерений. Основные положения. ГОСТ 8.002-86. 21.02.1986».
«Временные технические требования к оптическим средствам измерений, предназначенным для применения на Взаимоувязанной сети связи РФ с дополнением № 1. 1999».

Оптический тестер как средство измерения излучаемой мощности

Тестер применяется для измерения мощности оптического излучения и определения потерь в волоконно-оптических световодах и кабелях. Исходя из этого, оптический тестер должен обеспечивать:

большой динамический диапазон, достаточный для тестирования участков кабеля между усилителями;
требуемую точность измерения в соответствующем спектральном диапазоне;
возможность измерений в широком спектральном диапазоне;
долговременную стабильность параметров;
малое энергопотребление, обеспечивающее длительную работу от одного комплекта батарей.

По конструктивному исполнению тестеры подразделяются на два типа: комплекты из двух приборов — источника и измерителя и совмещающие в одном корпусе источник и измеритель. Тестеры в виде комплекта более универсальны, так как позволяют применять большее число методов измерений.

Генераторы оптического излучения

Основные требования к генераторам излучения — обеспечение требуемой мощности в волоконном световоде и долговременной стабильности параметров излучения. Излучение может быть как непрерывным, так и модулированным последовательностью импульсов в виде меандра, следующих с частотой 270 Гц, 1 или 2 кГц. Обычно в качестве источников для тестеров используются полупроводниковые лазерные диоды или светодиоды; первые применяются в основном в одномодовых системах, а вторые — в многомодовых линиях связи небольшой протяженности. Лазерные диоды мощнее, и угловая апертура их излучения меньше, поэтому мощность в волоконном световоде выше, чем в случае светодиода. Однако стоимость лазеров выше, а обеспечить их стабильную работу довольно сложно.

Достигаемая на практике мощность излучения от лазерного источника в одномодовом волоконном световоде позволяет тестировать кабели длиной до 250 км, что достаточно при существующих длинах регенерационных участков на магистральных линиях связи. Для повышения временной стабильности параметров излучения применяют специальные меры. Резонатор лазера просветляется с одной стороны для согласования волноводных параметров с волоконным световодом и уменьшения отражений между выходной гранью лазера и торцом волокна, что снижает амплитудные и фазовые шумы источника. С другой стороны резонатора устанавливается фотодиод обратной связи. Обратная связь по фототоку позволяет контролировать выходную мощность лазера и компенсировать флуктуации, вызванные температурной чувствительностью полупроводниковой структуры. Совокупность этих мер обеспечивает стабильность энергетических параметров источника в течение длительного времени. Полупроводниковый лазер, сопряженный с волоконным счетоводом, показан на рис. 1.

Рис. 1. Лазер, сопряженный с волокном.

Светодиодные полупроводниковые источники, применяемые в локальных компьютерных сетях, характеризуются более широкой диаграммой направленности, практически изотропной в азимутальном направлении. Уровень мощности, вводимой в стандартный многомодовый волоконный световод, в среднем на порядок ниже, чем в предыдущем случае. Так как длины сегментов компьютерных сетей на многомодовых кабелях в соответствии с действующими стандартами не превышают 2 км, этой мощности вполне достаточно для проведения измерений.

С точки зрения практики важна не столько мощность оптического излучения, введенного в световод, сколько динамический диапазон измерений для данного прибора, измеряемый в децибелах, — интервал между мощностью источника оптического излучения и порогом чувствительности измерителя оптической мощности. Динамический диапазон определяет максимальное затухание оптического сигнала, которое может быть измерено данным комплектом приборов.

Измерители оптической мощности

Входящие в состав тестера измерители должны обеспечивать низкий порог чувствительности, широкий спектральный диапазон измерений, равномерную чувствительность в заданном спектральном диапазоне или на длинах волн калибровки.

Основной элемент измерителя — это фотодиод. Его базовая характеристика — чувствительность R, которая определяется как отношение фототока к падающей оптической мощности и измеряется в А/Вт:

где ( — квантовая эффективность (отношение количества электронов на выходе фотодиода к количеству падающих на его фоточувствительную площадку квантов света), ( — длина волны оптического излучения. Для идеального фотодиода ( = 1. Спектральные зависимости чувствительности для некоторых типов фотодиодов представлены на рис. 2.

Рис. 2. Спектральная зависимость чувствительности фотоприемников на основе Si, Ge и InGaAs.

В ближнем ИК-диапазоне квантовая эффективность высока у кремниевых фотодиодов. В области длин волн 1000-1600 нм высокой квантовой эффективностью характеризуются германиевые фотодиоды. Фотодиоды на основе тройных (InGaAs) и четверных (InGaAsP) соединений при прочих равных условиях могут использоваться в более широком спектральном диапазоне. Этим обусловлено все возрастающее применение в тестерах именно таких фотоприемников, и такая тенденция только усиливается в связи с развитием систем со спектральным уплотнением. Неравномерность спектральной чувствительности фотодиодов компенсируется за счет соответствующих схем обработки. Обычно устанавливается равная чувствительность в точках калибровки, например, 850, 1310 и 1550 нм. В приборах более высокого класса калибровку компенсации неравномерности можно проводить с заданным шагом по длине волны, например, 1 нм или 5 нм.

Применяемые в настоящее время фотоприемники имеют довольно широкую фоточувствительную площадку. Типовой размер такой площадки у фотодиода на основе InGaAs — 1 мм, на Si и Ge — 5 мм. Это существенно больше размеров модового пятна на выходе волоконного световода, что позволяет применять одни и те же измерители как на одномодовых, так и на многомодовых линиях. Максимальная допустимая для точных измерений мощность определяется границей линейности характеристики измерителя (с учетом неравномерного характера распределения мощности на выходе световода).

Применение оптических тестеров

Основное назначение тестера — измерение мощности оптического излучения на выходе волоконно-оптической системы, определения затухания в ней и на отдельных компонентах кабельной системы и их соединениях. В настоящее время на российском рынке представлены измерительные приборы для волоконной оптики от десятков производителей; большинство из них иностранного производства. Параметры источников и приемников приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Сравнительные характеристики некоторых источников оптического излучения

Произво-дитель	«Перспек-тивные техно-логии»	ЛОНИИР	КБВП	Wavetek	ANDO	EXFO
Марка	ПТ10ХY	Алмаз11	FOD 2107	OLS-6	AQ4251	FOT 700
Тип источника	Лазер	Лазер	Лазер	Лазер	Лазер	Лазер
Длина волны, нм	850, 1310, 1550	850, 1310, 1550	1550	1310, 1550	1310, 1550	1310, 1550
Уровень выходного сигнала, дБ	? -6	? -3	-3	-7	-7	-4
Нестабиль-ность выходного уровня, дБ	0,1	0,1	0,05	Н/д	0,05 (за 5 мин)	0,1 (за 8 ч)
Ширина спектра излучения, нм	? 5	? 5	Н/д	Н/д	? 5	? 5
Время непрерыв-ной работы от одного комплекта источников, ч	30	30	24	Н/д	15	Н/д
Габариты, мм	120х60х22	195х100х41	150х90х30	185х95х49	265х88х43	235х125х60
Масса, г	200	500	300	500	450	860

Таблица 2. Сравнительные характеристики некоторых измерителей оптической мощности

Производитель	«Перспективные технологии»		ЛОНИИР	КБВП	W&G	EXFO
Марка	ПТ2000	ПТ2010	Алмаз21	FOD 1202	OLP 18	FOT 10A
Тип приемника	InGaAs	InGaAs	InGaAs	InGaAs	InGaAs	Ge
Динамический диапазон, дБ	+3- -60	+10- -70	+3- -60	+3- -60	+26- -60	+6- -60
Погрешность измерения относительных уровней, дБ	0,2	0,13	0,2	0,25	0,13	0,2
Возможность усреднения	+	+	+	—	—	Н/д
Диапазон длин волн, нм	800-1600	800-1600	800-1600	Н/д	800-1600	Н/д
Основная относительная погрешность измерения на длине волны калибровки, дБ	0,5	0,25	0,5	Н/д	Н/д	Н/д
Возможность усреднения результатов измерения	—	+	—	—	—	—
Наличие порта RS232 для связи с компьютером	—	+	—	—	—	—
Время непрерывной работы от одного комплекта батарей, ч	? 50 (комплект аккуму-ляторов)	? 40 (комплект аккуму-ляторов)	40	Н/д	12	Н/д
Габариты, мм	120х60х22	120х60х22	195х100х41	150х90х30	185х95х49	Н/д
Масса, г	200	200	Н/д	300	500	Н/д

Для работы в диапазонах 800, 1300, 1700 нм подходят тестеры с приемниками на основе InGaAs. Они более чувствительны, чем германиевые фотоприемники, и, как правило, обеспечивают большой динамический диапазон. Дополнительное преимущество фотоприемников на тройных структурах в том, что у них более гладкая спектральная зависимость чувствительности, и их можно использовать во всем спектральном диапазоне, а не только на длинах калибровки. Это свойство приобретает особую актуальность в связи с развитием систем со спектральным уплотнением.

Немаловажную роль играют схемные решения в приборах. Наибольшую точность измерений обеспечивают приемники с цифровой обработкой сигнала. Это, как правило, приборы, разработанные недавно. Современная электронная «начинка» обеспечивает уменьшение их габаритов и снижение энергопотребления.

В отдельный класс можно выделить приемники для измерения мощных оптических сигналов. Основные сферы их применения — системы кабельного телевидения (CATV), линии с оптическими усилителями на активных волокнах. Динамический диапазон таких приемников смещен в сторону больших мощностей (обычно на 20 дБ).

Приборы российского производства ПТ2000 и ПТ2010 («Перспективные технологии») и комплект Алмаз21 (ЛОНИИР) по своим параметрам не уступают зарубежным образцам, имеют все необходимые сертификаты и, что немаловажно для эксплуатации, техническую и гарантийную поддержку непосредственно от производителя. Измеритель ПТ2010 (рис. 3) позволяет проводить измерения в спектральных интервалах 800-900 нм, 1250-1350 нм и 1500-1650 нм с шагом 5 нм в каждом интервале. Цифровая обработка, во-первых, позволяет компенсировать неравномерность чувствительности фотодиода и повысить точность измерений, а во-вторых, обеспечивает стыковку прибора с компьютером.

Рис. 3. Тестер ПТ2010: источник и измеритель.

Измерение прямых потерь

Метод вносимых потерь (замещения) применяется для определения потерь на разъемном соединении (рис. 4) и в оптическом кабеле.

Рис. 4. Измерение потерь методом вносимых потерь (замещения).

В первом случае источник соединяется с измерителем калибровочным шнуром и измеряется уровень мощности P1. Затем последовательно с калибровочным шнуром включается тестируемый объект и измеряется значение P2. Потери ( (дБ), внесенные разъемным соединением К1, определяются по формуле

где р1 и р2 измеряются в Вт, или по формуле

где P1 и P2 измеряются в дБм. После этого измерения повторяются для второго коннектора К2 тестируемого шнура. Современные модели тестеров позволяют занести значение реперного сигнала P1 в память прибора, и в дальнейшем оно будет автоматически вычитаться из результатов измерений P2.

Во втором случае реперный уровень Р1 измеряется на двух соединенных между собой калибровочных шнурах. Затем вместо второго шнура, подключенного к приемнику, включается тестируемый кабель и фиксируется значение Р2. Величина потерь (12 определяется так же, как в первом случае. Затем выходы кабеля меняются местами и измерения повторяются, фиксируется значение (21. Потери в кабеле определяются как среднее между (12 и (21.

Тестирование соединительных шнуров и входной контроль кабеля проводятся по данному методу с помощью одного тестера или мультиметра, в то время как для измерений потерь в линии необходимо два тестера или мультиметра, по одному с каждой стороны. В последнем случае необходимо сличить показания приборов: реперный уровень P1 на измерителе первого тестера определяется по сигналу источника второго комплекта и наоборот. После этого бригады специалистов, работающие на двух противоположных концах линии, подключают последовательно ко всем волокнам кабеля сначала первый источник и второй измеритель и фиксируют значение (12. Затем подключают второй источник и первый измеритель и проводят измерения (21 во встречном направлении. Поскольку потери во встречных направлениях могут отличаться друг от друга, то результаты измерений (12 и (21 усредняются.

Измерение потерь проводится в соответствии с ГОСТ 26599-85 («Метод измерения вносимого затухания»), ГОСТ 26814-86 («Кабели оптические. Методы измерения параметров») и ГОСТ 28871-90 («Аппаратура линейных трактов цифровых волоконно-оптических систем передачи. Методы измерения основных параметров»). Зарубежные аналоги данных методов измерения потерь — это EIA FOTP (Fiber Optic Test Procedure) — 171; EAI/TIA FO 2.1 OFSTP-7 (для одномодовых световодов) и OFSTP-14 (для многомодовых световодов), а также TR NWT — 000326 (рекомендации Bellcore).

Метод обрыва. Этот метод применяется для измерения потерь в оптических кабелях до их прокладки и оконцевания коннекторами. Он основан на сравнении уровня мощности на выходе длинного тестируемого отрезка кабеля с уровнем, измеренным на его коротком участке, который получается путем обрыва кабеля в начале измеряемого образца. Другими словами, сначала измеряется уровень P2 на выходе строительной длины кабеля. Затем волокно обрывают вблизи источника и измеряют P1 на этом коротком участке. Потери определяются аналогично предыдущему случаю. Этот метод считается более точным, чем метод вносимых потерь, но он требует качественной подготовки торцов волокна и строгого соблюдения правил измерения.

Метод сравнения (сличения). Используется для определения потерь в кабеле. Сигнал от источника при помощи равноплечного ответвителя делится на два канала, один из которых подается непосредственно на измеритель и служит реперным уровнем, а второй вводится в оптический кабель и затем на вход того же измерителя. Разница значений мощности между первым и вторым каналами дает величину потерь в кабеле. Достоинство метода — высокая точность, так как исключается влияние флуктуаций выходной мощности источника с течением времени. Используется этот метод преимущественно на заводах при выходном контроле параметров кабеля, его испытаниях и т. д.

Метод сопряжения волокон. Применяется для определения потерь в кабеле с числом волокон не менее трех. Источник и приемник подключаются к волокнам кабеля на одной стороне линии. На другой стороне линии волокна поочередно стыкуются между собой, так что сигнал, пришедший с первой стороны по одному волокну, возвращается обратно по другому волокну этого же кабеля. Обозначим как (12 результат измерения потерь при стыковке первого и второго световодов в кабеле: (12 = (1 + (2. Аналогично для других пар волокон: (13 = (1 + (3, (23 = (2 + (3. Тогда потери в одном световоде можно определить по результатам трех измерений — (12, (13 и (23:

Метод легко распространить на любое количество волокон. Его преимущество заключается в проведении всех измерений с одной стороны кабеля. Для тестирования кабелей на линиях большой протяженности можно пользоваться одним комплектом приборов (источник и измеритель). Легко повторить измерения в обратном направлении ((21, (32, (31). Ограниченная точность измерений этим методом обусловлена разбросом потерь на стыковке волокон с другой стороны кабеля. Поэтому метод используется при достаточной длине световодов в кабеле, когда вкладом этой погрешности (порядка 0,1 дБ) можно пренебречь.

Измерение возвратных потерь

Уровень возвратных потерь (смеси отражений Френеля и обратного рассеяния Рэлея) на разъемных соединениях кабелей начинает играть все большую роль с повышением дальности передачи в магистральных линиях связи, развитием сетей кабельного телевидения и т. д. Обратные отражения попадают на источник (передатчик) сигнала, накапливаются при многократных стыковках и выступают как помеха по отношению к полезному сигналу.

Так как возвратные потери во много раз меньше прямого сигнала, для их измерений необходим тестер с большим динамическим диапазоном (не менее 60 дБ). Для повышения точности измерения обратных потерь должны выполняться два условия: во-первых, измеритель должен быть откалиброван по известному отражению; во-вторых, должны быть измерены фоновые излучения (фоновые обратные потери — паразитные отражения), которые необходимо вычесть из результатов измерения.

Величину обратных потерь измеряют по методике, называемой в зарубежных источниках OCWR (Optical Continious Wave Reflectometer) — рефлектометрия непрерывным излучением. Тестируемый кабель подключается к излучателю через равноплечный ответвитель. Другой выход ответвителя подключается к измерителю, с помощью которого регистрируется уровень оптического излучения, отраженного от соединения ответвителя и тестируемого кабеля. Для того чтобы определить обратные потери на входном конце кабеля, соединенном с ответвителем, необходимо исключить из результатов измерения отражение света от дальнего конца кабеля. Для этого применяются три метода (рис. 5).

Рис. 5. Измерение обратных потерь методами: изгиба волокна, иммерсионным и экспресс-методом (АРС — устройство подавления отражений).

Метод микроизгиба волокна. Сигнал от стабилизированного источника подается на один из входов ответвителя, второй вход которого подключен к измерителю (рис. 5). Выход ответвителя стыкуется с испытуемым волокном. Чтобы устранить влияние отраженного от дальнего конца сигнала на результат измерения, в волокно вносятся потери методом неразрушающего изгиба. На практике это достигается намоткой части волокна на цилиндр малого диаметра или защемлением его в гребенчатой структуре. Все выходы ответвителя специальным образом подготовлены для уменьшения влияния аппаратных факторов на точность измерений.

Иммерсионный метод. Оптическая схема подключения полностью аналогична предыдущей, только дальний конец волокна погружается в иммерсионную жидкость, имеющую показатель преломления такой же, как у волокна (рис. 5). Вследствие этого излучение выходит из световода без отражений от выходной грани и рассеивается в жидкости.

Метод экспресс-контроля. Описанные выше методы позволяют индивидуально тестировать каждый торец, и в этом их преимущество, но при этом они требуют значительных затрат времени. На практике часто приходится тестировать большое количество шнуров на соответствие заданному стандарту. Например, если оба торца шнура имеют обратные потери не более -40 дБ, то такой шнур попадает в разряд SPS (Super Physical Contact), если не более -50 дБ — в разряд UPC (Ultra Physical Contact) и т. д. В таком случае используется ускоренный метод тестирования, когда измеряется уровень обратных потерь сразу на двух торцах (рис. 5). Результат измерений отличается от предыдущих на 3 дБ при условии равенства вкладов обоих торцов. Схема измерений упрощается: к выходному торцу тестируемого шнура подключается вспомогательный шнур со скошенным выходным торцом — APC (Angle Physical Contact). Обратные отражения от такого торца не превышают -65 дБ, и это значение ограничивает область применения и точность измерений данным методом. Метод экспресс-контроля широко используется при выходном контроле больших партий изделий. Если же какое-либо изделие по результатам тестирования отличается от остальных более чем в пределах допусков, оно тестируется одним из описанных выше методов.

Зарубежный аналог методики измерения обратных потерь — стандарт EIA/TIA FOTP-107.

Поверка и калибровка оптических тестеров

Оптические тестеры обязательно должны проходить проверку на точность измерений. Параметры и периодичность измерений определяются стандартами. Для поверки используются рабочие эталоны второго порядка (образцовые средства измерений). Рабочий эталон — это, как правило, комплект приборов, состав которого подбирается в зависимости от поставленной задачи. Такой комплект проходит поверку в Госстандарте на эталонных приборах высшего разряда и, в свою очередь, выступает в качестве эталонного прибора для поверки измерительной аппаратуры организаций и предприятий. Далее рабочие эталоны применяются в поверочных и контрольно-измерительных лабораториях. Кроме того, такие приборы используются производителями при выходном контроле параметров выпускаемых волоконно-оптических компонентов и для поверочных испытаний рабочих средств измерения. Поскольку оптические тестеры — это основной прибор для измерения параметров волоконно-оптического кабеля, то наиболее распространенный комплект рабочего эталона представляет собой пару: источник — измеритель с соответствующими соединительными шнурами и аксессуарами, плюс образцовый аттенюатор. Дополнительно поставляется устройство для определения обратных потерь.

Методы тестирования кабелей и соединительных шнуров с помощью рабочего эталона аналогичны тестированию с помощью тестера, но точность при этом значительно выше. Для улучшения условий проведения поверочных и измерительных работ часто предусматривается дистанционное управление процессом с помощью компьютера. Он позволяет проводить измерения по алгоритмам, обеспечивающим наилучшую математическую обработку результатов.

Пример рабочего эталона 2-го разряда (производства компании «Перспективные технологии») показан на рис. 6. Установка ПТ5000 используется для метрологической поверки рабочих средств измерений. Каждый такой комплект проходит сертификацию в системе Госстандарта и вносится в Госреестр. В настоящее время такие установки применяются в организациях ВНИИОФИ (Москва) и «Тест-Петербург» (Санкт-Петербург).


Рис. 6. Рабочий эталон второго разряда и его использование для тестирования соединительных шнуров.

Для обеспечения единства измерений в системе Госстандарта существует поверочная схема для средств измерений средней мощности. Измерителям, внесенным в реестр Госстандарта и по результатам тестирования удовлетворяющим требованиям, которые предъявляются к приборам этой группы, выдается свидетельство о поверке. Если же имеющаяся у потребителя марка прибора не внесена в реестр Госстандарта, прибор может быть протестирован аналогичными методами и при положительном результате получает сертификат калибровки. Рекомендованная периодичность метрологической поверки составляет 12 месяцев.

Схема метрологической поверки средств измерений средней мощности оптического излучения в волоконно-оптических системах передачи по требованиям Госстандарта представлена на рис. 7.

Рис. 7. Поверочная схема Госстандарта.

Установка высшей точности предназначена для воспроизведения эталонной единицы средней мощности. В ней используется калориметрический (тепловой) принцип как наиболее точный и допускающий электрическую калибровку методом замещения. Диапазон воспроизводимых на установке высшей точности значений средней мощности составляет лишь 10-4-10-3 Вт на фиксированных длинах волн 850, 1300 и 1550 нм. Погрешность измерений не превышает 0.6*10-3.

Установка высшей точности разработана и обслуживается в ВНИИОФИ (Москва). Показательны результаты сличения эталонного преобразователя этой установки с эталоном NIST (США). При проведении измерений средней мощности оптического излучения на выходе одномодового волокна в диапазоне 10-4-10-3 Вт расхождение составило менее 0,2% и 0,1% на длинах волн 1300 и 1550 нм соответственно.

В качестве эталонов 1-го разряда применяются либо неселективные в диапазоне 600-1800 нм средства измерений, обеспечивающие в области 10-5-10-3 Вт точность измерений (0.3-1.5)*10-2, либо установки, работающие на фиксированных длинах волн, но в широком динамическом диапазоне 10-12-10-2 Вт. В первом случае могут использоваться калориметрические приемники, во втором — полупроводниковые фотодиоды.

При проведении поверочных испытаний используются два метода: прямых измерений и сличения. Поверку методом прямых измерений иллюстрирует рис. 8. При калибровке тестируемого приемника определяется зависимость его показаний от уровня подаваемого сигнала. При этом фиксируется не только погрешность показаний приемника, но и степень линейности его характеристики во всем динамическом диапазоне. Тестирование генератора включает проверку временной стабильности параметров его излучения. При поверке методом сравнения (рис. 9) исключается влияние соединительных шнуров.

Рис. 8. Поверка (калибровка) приемника и генератора оптической мощности методом прямых измерений (АТТ — аттенюатор оптической мощности).

Рис. 9. Поверка (калибровка) приемника и генератора оптической мощности методом сравнения (АТТ — оптический аттенюатор).

Точность приборов, на которых осуществляется поверка, должна быть выше, чем у тестируемых. Тогда вклад погрешности измерений самого эталонного прибора уменьшается.

Для применения на линиях, входящих в состав Взаимоувязанной сети связи России (ВСС), измерительные приборы должны проходить сертификацию по системе Госстандарта РФ с последующей периодической поверкой приборов. Кроме сертификации Госстандарта, приборы могут сертифицироваться различными ведомствами для подтверждения соответствия их параметров требованиям данной отрасли.

Приборы, прошедшие сертификацию, удовлетворяют требованиям обеспечения единства измерений на всей территории России, а также могут использоваться и за ее пределами. Так, результаты сравнительных испытаний тестеров серии ПТ и пяти импортных моделей показали полное совпадение результатов в пределах погрешности измерений приборов.

В настоящее время инсталляторы и пользователи волоконной оптики имеют широкий выбор приборов, пригодных как для работы в полевых условиях, так и для прецизионных измерений. В то же время совокупность технических и нормативных требований, включающих сертификацию приборов в России, весьма сужает этот выбор. Заметим, что приборы, разработанные в России, удовлетворяют всем этим требованиям.

Другие статьи из раздела

Частотные диапазоны для 5G
О стратегии перехода на технологии SDN
Новинки Avaya для контакт-центров
Программно определяемые технологии завоевывают глобальные сети
Сильные и слабые стороны поставщиков решений для локальных сетей

Поместить в блог

Рекламные ссылки

Chloride
Демонстрация Chloride Trinergy
Впервые в России компания Chloride Rus провела демонстрацию системы бесперебойного электропитания Chloride Trinergy®, а также ИБП Chloride 80-NET™, NXC и NX для своих партнеров и заказчиков.

NEC Нева Коммуникационные Системы
Завершена реорганизация двух дочерних предприятий NEC Corporation в России
С 1 декабря 2010 года Генеральным директором ЗАО «NEC Нева Коммуникационные Системы» назначен Раймонд Армес, занимавший ранее пост Президента Shyam …

компания «Гротек»
С 17 по 19 ноября 2010 в Москве, в КВЦ «Сокольники», состоялась VII Международная выставка InfoSecurity Russia. StorageExpo. Documation’2010.
Новейшие решения защиты информации, хранения данных и документооборота и защиты персональных данных представили 104 организации. 4 019 руководителей …

МФУ Panasonic DP-MB545RU с возможностью печати в формате А3
Хотите повысить эффективность работы в офисе? Вам поможет новое МФУ #Panasonic DP-MB545RU. Устройство осуществляет

Adaptec by PMC
RAID-контроллеры Adaptec Series 5Z с безбатарейной защитой кэша
Опытные сетевые администраторы знают, что задействование в работе кэш-памяти RAID-контроллера дает серьезные преимущества в производительности …

Chloride
Трехфазный ИБП Chloride от 200 до 1200 кВт: Trinergy
Trinergy — новое решение на рынке ИБП, впервые с динамическим режимом работы, масштабируемостью до 9.6 МВт и КПД до 99%. Уникальное сочетание …

Источник

Методы измерение оптического кабеля