Вимірювання у ВОСП (стр. 1 из 2)
Вимірювання у ВОСП
1. Призначення та види вимірювань
У процесі будівництва та технічної експлуатації ВОЛЗ проводиться комплекс вимірювань для визначення стану оптичного кабелю, лінійних споруд, якості функціонування апаратури лінійного тракту, попередження пошкоджень, а також накопичення статистичних даних з метою розробки заходів підвищення надійності зв`язку.
Специфіка техніки волоконно-оптичного зв`язку потребує спеціальних засобів вимірювання. Розроблена серійна апаратура для вимірювання характеристик та параметрів таких елементів ВОСП, як оптичний кабель, джерела випромінювання, розподільники оптичної потужності, пристрої оптичної комутації.
Вимірювання та контроль параметрів ОК починаються з його виробництва. У процесі виробництва контролюються параметри штабіків (заготовок, з яких витягується оптичне волокно), в цьому разі вимірюється профіль показника заломлення, апертурний кут. У процесі витягування ВС з заготовки здійснюється безперервний контроль діаметрів серцевини та оболонки. Після нанесення на ВС захисних покриттів вимірюються загасання та дисперсія ВС, профіль показника заломлення, апертурний кут. Для цих вимірювань використовується високоточна вимірювальна апаратура, що працює в автоматичному режимі.
Параметри та характеристики ОК та апаратури ВОСП, що вимірюються в умовах їх виробництва, оформляються у вигляді паспортних даних, які повинні відповідати діючим стандартам та технічним умовам.
На етапі будівництва ВОЛЗ здійснюється вхідний контроль кабелю, в ході якого перевіряється його зовнішній стан, наявність заводських паспортів, виконуються контрольні вимірювання параметрів ОК, перевірка ОВ на наявність неоднорідностей. На цьому етапі вимірюються такі параметри: загасання ОВ на будівельних довжинах та змонтованих дільницях регенерації; загасання, що вноситься з`єднанням ОВ (загасання зростків); рівні оптичної потужності на вихідних ПОМ та вхідних ПрОМ, коефіцієнт помилок.
При наявності в ОК металевих провідників проводяться вимірювання та випробування у відповідності з технічними умовами на кабель параметрів електричних кіл (електричного опору ізоляції металевих елементів) на постійному або змінному струмі.
В процесі експлуатації вимірювання виконуються для визначення технічного стану лінійних споруд та апаратури, попередження та усунення пошкоджень. Вимірювання поділяються на профілактичні, аварійні, контрольні.
Профілактичні вимірювання проводяться згідно з затвердженим планом. Ці вимірювання проводяться не рідше, ніш двічі на рік, вимірюється загасання в обох напрямках всіх ОВ, не підключених до діючих ВОСП. У разі відсутності вільних ОВ дозволяється вимірювати загасання ОВ, підключених до діючих ВОСП. Склад та обсяг вимірювань залежать від місцевих умов, стану кабелю.
Аварійні вимірювання проводяться з метою визначення місця пошкодження кабелю. Методи знаходження пошкоджень ВОЛЗ наведено в табл. 1.
Таблиця 1 – Методи знаходження пошкоджень у ВОЛЗ
| Дані | Пошкодження | Метод вимірювання | Метод відновлення |
| aА-Б>P | Збільшення загального загасання ділянки, на якій виконуються вимірювання | Вимірювання оптичними тестерами | Ремонт ОК |
| Збільшення загасання окремих будівельних довжин | Вимірювання рефлектометром | Заміна будівельних довжин з підвищеним a | |
| Збільшення загасання у місцях з`єднання ОВ | Вимірювання рефлектометром | Перемонтаж муфт з підвищеним загасанням | |
| Збільшення втрат у шнурі світловодному з`єднувальному (ШСЗ) | Вимірювання рефлектометром | Заміна ШСЗ з підвищеним a | |
| aА-Б> 70 дб (Б-А) | Обрив ОВ | Вимірювання оптичними тестерами | Ремонт ОК |
| Обрив ОВ у муфті | Вимірювання рефлектометром | Перемонтаж муфти | |
| Обрив ОВ в ОК | Вимірювання рефлектометром | Монтаж вставки в ОК | |
| aА-Б>>aБ-А (Б-А) (А-Б) | Пошкоджений роз`єм ШСЗ на станції А (Б) | Вимірювання оптичними тестерами | Заміна ШСЗ на станції А (Б) |
Примітка: Р – енергетичний потенціал системи, дБ; a – загасання кабелю.
Контрольні вимірювання здійснюються після ремонту з метою визначення якості ремонтно-відновлювальних робіт, відповідність параметрів ОК встановленим нормам.
2. Вимірювання потужності оптичного випромінювання
Вимірювання оптичної потужності необхідно на стадіях будівництва та експлуатації ВОЛЗ. Для вимірювання оптичної потужності використовуються непрямі методи, в яких оптична енергія перетворюється в інші види, що легко вимірюються.
Одним з таких методів є тепловий. Енергія оптичного випромінювання в цьому разі за допомогою термоелектричних перетворювачів перетворюється в електричний струм. Перевагою цього методу є неселективність до довжини хвилі оптичного випромінювання (діапазон хвиль складає 0,33-10,6 мкм), недоліком методу є його мала чутливість (Р³10 –3 Вт) та велика похибка вимірювань (5-6 %). Слід зазначити, що у ВОСП доводиться вимірювати досить малі значення оптичної потужності, які складають близько одного нановата. У сучасних приладах використовують фотоелектричні вимірювачі оптичної потужності (ВОП), що значно перевищують теплові за чутливістю.
У фотоелектричних ВОП оптична потужність перетворюється в електричний струм, або напругу, які реєструються. Фотоперетворювачами є напівпровідникові фотодіоди. Якщо на світлочутливу площадку падає потужність випромінювання Р, у колі навантаження ФД протікає електричний струм
І=ІФ+ІТ=Р/SІ+ІТ, (1)
де ІФ – струм, що пропорційний оптичній потужності Р, ІТ – темновий струм, SІ – інтегральна струмова чутливість ФД, А/Вт, на робочій довжині хвилі.
В залежності від вікна прозорості використовують кремнієві (1-е вікно) та германієві (2-е, 3-є вікна прозорості) детектори. Чутливість вимірювача обмежується темновим струмом.
Потужності, що необхідно реєструвати, дуже малі (»1 нВт), струм, що генерується ФД також досить малий (»1 нА), тому необхідне його підсилення. Структурна схема ВОП, що може працювати в широкому діапазоні потужностей (1 нВт-1 мВт), наведена на рис. 1.
У схемі використовується перетворювач «струм-напруга», що виконується на операційному підсилювачі. Перемикач П змінює опір резистора у колі зворотного зв`язку.
Вибираючи відповідні значення опору зворотного зв'язку RЗЗ, можна на виході підсилювача одержати напругу, що легко вимірюється (³ 0,1 В). Індикатор градуюється в одиницях потужності.
Рисунок 1 – Структурна схема ВОП для широкого діапазону потужностей
Напруга на виході підсилювача при ІФ<<ІТ дорівнює
U= I RЗЗSI . (2)
Серійно випускається декілька різновидів ВОП, що звуться оптичними тестерами, для кожного вікна прозорості (ОМЗ-66, ОМЗ-76А, ОМЗ-76В та ін.). Ці прилади мають цифрову індикацію. Структурна схема оптичного тестера наведена на рис. 2.
Рисунок 2 – Структурна схема оптичного тестера
Кабель, загасання якого вимірюється, через оптичні роз`єми 4 підключається до ПОМ 1 та ПрОМ 2. Оптичний тестер дозволяє вимірювати оптичну потужність як у абсолютних одиницях (Вт), так і у відносних (дБп). Власна похибка вимірювань оптичної потужності не перевищує 0,5 дБп. Похибка при вимірюванні залежить від загасання в оптичних з`єднувачах, тому при вимірюванні важливо забезпечити надходження усього потоку випромінювання з одного боку на об`єкт вимірювання, з іншого – на світлочутливу поверхню ФД. Недоліком фотоелектричних ВОП є вузький спектральний діапазон, що потребує окремих комплектів для кожного вікна прозорості, температурна нестабільність, неможливість вимірювати високі рівні потужності, перевагою цих приладів є висока чутливість, широкий діапазон потужностей, що вимірюються (10 -9 -10 –2 Вт), портативність.
3. Вимірювання геометричних параметрів ОВ
До геометричних параметрів ОВ належать розміри серцевини ОВ, оболонки ОВ (поперечні параметри) та його довжина (подовжній параметр).
Зміна розмірів серцевини ОВ по його довжині суттєво впливає на процес передачі енергії, відхилення ж діаметра оболонки від номінального, особливо при її достатній товщині, на розповсюдження світлової енергії практично не впливає.
На процес розповсюдження хвиль впливають такі дефекти ОВ, як несоосність серцевини та оболонки, еліптичність серцевини та оболонки, відхилення діаметрів серцевини та оболонки від номінальних значень. Ці дефекти спричиняють додаткові втрати при з`єднанні ОК. Найбільш суттєво дефекти ОВ впливають при виготовленні пасивних елементів трактів ВОСП на основі волоконної технології.
Вимоги до стабільності геометричних параметрів ОВ значно збільшуються для одномодових ОВ. Норми на відхилення геометричних параметрів встановлені МККТТ.
Оптичне волокно виготовляється методом витягування із заготовки, в якій сформовано потрібний профіль показника заломлення. Усі викривлення її геометричної форми, а також профіль показника заломлення передаються ОВ, що витягується. Тому на стадії виготовлення ОВ ретельно контролюються параметри заготовки. В одномодових ОВ вимірюється також діаметр модової плями.
4. Вимірювання числової апертури
Числову апертуру необхідно визначати для кращого узгодження при з`єднанні ОВ між собою, а також з джерелами оптичного випромінювання. Неузгодженість числових апертур ОВ, що з`єднуються, може викликати додаткові втрати приблизно 1 дБ, що перевищує кілометричне загасання кабелю.