Основные технические характеристики оптических рефлектометровДинамический диапазон Динамический диапазон оптического рефлектометра определяет какую длину волокна он может измерить. Диапазон выражается в децибелах причем чем больше значение диапазона тем больше длина волокна которое можно измерить. Тестирующий импульс должен быть достаточно сильным чтобы достичь конца тестируемого волокна а измеритель должен быть достаточно чувствительным чтобы быть в состоянии измерить самые слабые сигналы обратного рассеяния поступающие с конца длинного отрезка волокна. Динамический диапазон зависит как от полной импульсной мощности лазерного источника света, так и от чувствительности измерителя: очень мощный источник света и чувствительный измеритель обеспечат большой динамический диапазон и наоборот. Динамический диапазон оптического рефлектометра определяется как разность между уровнем обратного рассеяния на ближнем конце волокна и верхним уровнем среднего значения шума у конца волокна или после него.
Динамический диапазон При большом динамическом диапазоне индикация на дисплее уровня обратного рассеяния на дальнем конце волокна будет четкой и плавной. При маленьком динамическом диапазоне рефлектограмма будет зашумлена на дальнем конце - точки с результатами измерений показывающие на рефлектограмме уровень обратного рассеяния не образуют плавной линии, а будут постоянно уходить то вверх то вниз. На зашумленной части рефлектограммы трудно различить какие-нибудь детали, так как разница между результатами измерений в двух смежных точках может быть больше значения потерь на оптоволоконном соединении. Увеличение полной выходной импульсной мощности лазерного источника может быть осуществлено двумя способами: увеличением абсолютного количества излучаемой световой энергии или увеличением длительности импульса. У каждого способа есть свой предел. У лазерного диода имеется естественный максимальный уровень выходной мощности, который невозможно превысить. Кроме того, более высокая выходная мощность означает сокращение срока службы: лазер может быстрее перегореть. Увеличение длительности импульса затрагивает другие рабочие характеристики, такие как мертвая зона: чем больше длительность импульса, тем длиннее мертвые зоны. У измерителей также имеются естественные ограничения их способности измерять низкие уровни световой энергии. В некоторой точке уровень посланного измерителем электрического сигнала (который соответствует обнаруженному уровню мощности оптического излучения) теряется в электрическом шуме схемы, так что контроллер не может отличить шум от результатов, полученных измерителем. Решающее значение для ослабления отрицательного воздействия на рефлектометр электрического шума имеет внутреннее электрическое экранирование. Кроме того, когда измеритель работает с использованием своей максимальной чувствительности, то уровень его точности понижается. Для повышения точности измерений при более низких уровнях световой энергии в рефлектометре применяется метод усреднения, объединяющий результаты измерений тысяч импульсов. Использование этого метода усреднения повышает чувствительность измерителя и тем самым помогает увеличивать динамический диапазон. Имеется несколько различных способов расчета динамического диапазона. Упомянутый выше метод, рекомендуемый многими ведущими организациями называется "методом определения 98%-ного уровня шума". При применении этого метода определяется точка, в которой уровень обратного рассеяния только начинает смешиваться с уровнем шума в приборе. Другой общепринятый метод называется "SNR =1" (SNR - это отношение "сигнал-шум"). Он аналогичен методу 98%-ного уровня шума, но увеличивает значение динамического диапазона примерно на 2-3 децибела. При использовании метода "SNR=1" определяется точка, у которой уровень обратного рассеяния рефлектограммы идет вниз и опускается ниже уровня внутреннего шума рефлектометра. Это означает, что возможно вы окажетесь не в состоянии получить от рефлектограммы подробные данные о конце волокна. Третий метод называется "Обнаружением френелевского отражения"; он может увеличить значение динамического диапазона на 10 и более децибел. При использовании этого метода производится измерение точки, в которой пик френелевского отражения в конце волокна можно обнаружить сразу же над уровнем шума. Этот метод дает самое большое значение динамического диапазона, но в то же время он вводит в заблуждение поскольку не связан с тем как рефлектометр работает в обычном режиме. Мертвая зона Мертвая зона - это та часть показывающей френелевское отражение рефлектограммы волокна, в которой высокий уровень этого отражения "перекрывает" более низкий уровень обратного рассеяния. Измеритель оптического рефлектометра рассчитан на то чтобы измерять низкие уровни обратного рассеяния в волокне; и в тех случаях когда это обратное рассеяние перекрывается более сильным френелевским отражением он "слепнет". Этот период "слепоты" продолжается столько времени, сколько длится импульс. Когда измеритель воспринимает отражение высокого уровня, он оказывается в состоянии насыщения и не способен измерять более низкие уровни обратного рассеяния, которые могут иметь место сразу же после отражающей неоднородности. Мертвая зона включает в себя длительность отражения ПЛЮС время восстановления максимальной чувствительности измерителя. У высококачественных измерителей это время восстановления меньше чем у дешевых моделей, поэтому при их использовании и мертвые зоны становятся короче. Появление мертвой зоны можно пояснить примером с рассматриванием звездного неба: если вокруг нет никакого освещения, то Ваши глаза становятся чувствительней, и Вы начинаете различать очень тусклые звезды ("обратное рассеяние"). Если же кто-нибудь посветит Вам прямо в лицо фонариком, то этот более яркий свет ("френелевское отражение") ослепит Вас, так что Вы уже не сможете различать звезды. Вы не будете видеть ничего кроме яркого света до тех пор, пока он будет светить Вам в глаза ("длительность импульса"). После того как этот свет уберут Ваши глаза постепенно привыкнут к темноте и станут более чувствительными, и Вы опять сможете различать слабый свет звезд. Измеритель рефлектометра ведет себя примерно, так же как и Ваши глаза в этом примере. Период "слепоты" и восстановления чувствительности и есть мертвая зона. Поскольку мертвая зона непосредственно связана с длительностью импульса то ее можно уменьшить, сократив длительность импульса. Но сокращение длительности импульса означает уменьшение динамического диапазона. В конструкции любого рефлектометра должен найти отражение компромисс между этими двумя характеристиками. Аналогичным образом пользователь оптического рефлектометра должен выбирать длительность импульса в зависимости от того, что для него является более важным - различать близко расположенные друг к другу неоднородности или просматривать волокно большей длины. Самая лучшая конструкция обеспечивает большой динамический диапазон при небольшой длительности импульса. Это соотношение динамический диапазон на длительность импульса и будет определять, на каком расстоянии в волокне вы сможете отличать друг от друга две находящихся близко друг к другу неоднородности (оптоволоконные соединения). Значение мертвых зон. Мертвые зоны появляются на рефлектограмме волокна во всех случаях, когда в волокне использованы разъемы, а также при наличии в волокне некоторых дефектов (таких как трещины). В каждом волокне имеется, по крайней мере одна мертвая зона: в том месте где оно присоединено к рефлектометру. Это означает, что в начале тестируемого волокна имеется участок, в котором НЕЛЬЗЯ ПРОИЗВОДИТЬ НИКАКИХ ИЗМЕРЕНИЙ. Этот участок имеет непосредственное отношение к длительности импульса лазерного источника. Обычно импульсы у оптических рефлектометров имеют длительность от 3 нс (наносекунда - одна миллиардная секунды) до 20 000 нс. При переводе в расстояние это означает от 60 см до почти 2 км. Если Вам нужно получить характеристику той части волокна, которая находится рядом с ближним концом, или если Вам нужно измерить два события (неоднородности) на рефлектограмме находящиеся друг от друга на расстоянии менее 30 м то Вам нужно выбрать самую короткую из возможных длительностей импульса при которой вы сможете добраться до той точки которую вы хотите измерить. Мертвые зоны можно разделить на две категории: мертвые зоны события (неоднородности) и мертвые зоны затухания. Мертвая зона события (называемая также мертвой зоной отражения) - это расстояние от одного френелевского отражения до другого френелевского отражения которое можно обнаружить. Такая мертвая зона говорит о том когда после какого-либо отражения (обычно от разъема у рефлектометра) Вы сможете обнаружить отражение от обрыва или от оптоволоконного соединения. Это имеет значение в том случае если Вы пытаетесь отделить друг от друга два разных соединения находящихся менее чем в 30 м друг от друга (например во время восстановления чувствительности). Наличие короткой мертвой зоны события означает что после первого оптоволоконного соединения Вы сможете увидеть второе.
Мертвая зона события (мертвая зона отражения) Мертвая зона затухания - это расстояние от какого-либо френелевского отражения до того места где можно обнаружить обратное рассеяние
Мертвая зона затухания В этом случае Вы получаете информацию о том, как скоро после отражения Вы сможете измерить второе событие такую как сварное соединение (оптоволоконный стык) или дефект волокна. Чтобы осуществлять какие-либо измерения потерь в волокне Вы должны быть в состоянии увидеть обратное рассеяние по обе стороны от оптоволоконного соединения. Это означает, что рефлектограмма должна опуститься со своего пика у отражения до уровня обратного рассеяния. Мертвые зоны затухания всегда длиннее, чем мертвые зоны события поскольку для обнаружения уровня обратного рассеяния детектор должен полностью восстановить свою чувствительность. Разрешающая способность Имеются две разновидности разрешающей способности: пространственная (расстояние) и по потерям (уровень). Разрешающая способность по потерям (по затуханию) - это способность измерителя различать воспринимаемые им уровни мощности. Большинство измерителей рефлектометров могут выводить на экран дисплея разность между уровнями обратного рассеяния вплоть до 001 или 0001 децибела. Эту характеристику не надо путать с точностью определения уровня (которую мы обсудим ниже). По мере распространения лазерного импульса по волокну соответствующие сигналы обратного рассеяния становятся все слабее, а разница между уровнями обратного рассеяния в двух смежных точках измерения становятся все больше. Таким образом, чем дальше импульс распространяется по волокну от рефлектометра, тем относительно больше (по сравнению с частью волокна примыкающей к рефлектометру) становится расстояние по вертикали между точками с результатами измерений образующими рефлектограмму. Это приводит к тому, что ближе к концу всего волокна рефлектограмма становится зашумленной и для своего выравнивания нуждается в усреднении множества результатов измерения импульсов. Шум на рефлектограмме может лишить Вас возможности обнаруживать или измерять оптоволоконные соединения и дефекты с низкими потерями. Пространственная разрешающая способность (разрешение по расстоянию) - это параметр определяющийнасколько близко друг к другу по времени (и соответственно по расстоянию) находятся отдельные точки с результатами измерений образующие рефлектограмму. Эта способность выражается в единицах расстояния; высокая разрешающая способность - 05 м а низкая - от 4 до 16 м.
Разрешающая способность по расстоянию Контроллер рефлектометра через определенные интервалы времени получает из измерителя точки с результатами измерений. Если он снимает показания измерителя очень часто, то расстояния между точками измерений будут небольшими и рефлектометр сможет обнаруживать в волокне такие неоднородности, которые расположены близко друг к другу. Разрешающая способность по расстоянию оказывает влияние на способность рефлектометра определять местонахождение конца всего волокна: если точки измерений находятся друг от друга на расстоянии 8 м то конец волокна может быть определен лишь с точностью +8 м (см. раздел о точности измерения расстояний). Вы можете выбирать и измерять расстояния (и потери) между любыми двумя точками измерений рефлектограммы. Чем ближе эти точки расположены друг к другу тем больше сведений о волокне Вы получите. Рефлектограмма выводится на экран дисплея в виде линии соединяющей точки измерений; Вы можете устанавливать курсор как между точками так и на них самих. Такая интерполяция означает, что разрешающая способность дисплея выше, чем действительная пространственная (или относящаяся к точкам с результатами измерений) разрешающая способность. На экране дисплея легко достичь и "сантиметровой разрешающей способности" - для этого надо просто расширить на экране пространство между двумя точками измерений так, чтобы курсор можно было перемещать на очень небольшое расстояние. Но это не означает, что оптический рефлектометр производит измерения с высокой разрешающей способностью - речь идет только о высокой разрешающей способности дисплея. Пространственная разрешающая способность в некоторых местах уменьшается из-за наличия мертвой зоны. Достоверные измерения затухания в волокне - это те, которые сделаны между двумя уровнями обратного рассеяния. Для измерения потерь нельзя использовать те точки измерений, которые были получены в то время, когда измеритель был в состоянии насыщения из-за френелевского отражения. Это связано с тем, что в то время измеритель не мог точно измерять уровни. Поэтому пространственная разрешающая способность в районе вокруг френелевского отражения - хуже (более низкая) из-за того, что единственные точки измерений, которые можно использовать находятся до и после мертвой зоны по обе стороны оптоволоконного соединения. Точность измерения потерь Точность измерений производимых измерителем оптического рефлектометра определяется точно так же как и у оптических ваттметров и фотоприемников любого вида. Точность любого оптического измерителя зависит от того, насколько близко выходная мощность электрического сигнала соответствует входной мощности оптического излучения. Большинство оптических измерителей преобразуют поступающую мощность оптического излучения равномерно по всему рабочему диапазону в электрический сигнал соответствующего уровня, но выходная мощность электрического сигнала оказывается крайне низкой. Во всех измерителях используются электрические усилители, повышающие крайне низкий уровень выходной мощности электрического сигнала, но все эти усилители вносят в сигнал определенные искажения. Высококачественные усилители могут усиливать как высокие, так и низкие уровни на одну и ту же величину. Говоря другими словами в большей части рабочего диапазона у них в высшей степени "линейная" реакция на входную мощность. Усилители более низкого качества вносят в усиливаемый сигнал значительные искажения либо на высоком, либо на низком уровне входной мощности, так что эти уровни по краям рабочего диапазона становятся нелинейными. От того, в какой степени оптическому измерителю и его усилителю присуща линейность будет зависеть насколько точно поступающая оптическая мощность будет преобразовываться в усиленный электрический сигнал. Точность измерений у многих оптических измерителей выражается либо (если диапазон измерений невелик) в виде просто плюс-минус (+) какое-то количество децибел (например "+ 010 дБ") либо как определенное число процентов от уровня мощности (например "2%"). Для оптических рефлектометров лучшим представлением точности измерений является указание степени линейности выраженной как + какое-то количество децибел на 1 децибел мощности измеряемой в определенных диапазонах измерений - например "+ 010 дБ/дБ в диапазоне от 10 дБ до 20 дБ". Предполагается что оптические рефлектометры должны поддерживать приемлемую точность в весьма широких диапазонах измерений - некоторые рефлектометры охватывают диапазоны уровней обратного рассеяния, превышающие 40 дБ. Поэтому рефлектометрам требуется поддержание довольно высокой степени линейности во всем измеряемом диапазоне входных мощностей оптического излучения. Недостаточная степень линейности оптических рефлектометров часто отражается на характере рефлектограммы волокна выводимой на дисплей. Она то круто падает вниз, то загибается вверх, то приобретает крайне неровный характер. Характеристики линейности оптических рефлектометров в рекламных описаниях обычно не приводятся. Френелевские отражения обычно находятся вне диапазона измерений и поэтому при характеристике линейности рефлектометра не учитываются. Однако в выводимой на экран рефлектограмме в период восстановления чувствительности после отражения часто проявляется нелинейность, возникающая при переходе уровня поступающей мощности от крайне высокого (отражение) к очень низкому (обратное рассеяние). Точность измерения расстояния Точность измерения расстояний оптического рефлектометра зависит от трех факторов: Стабильность тактовой частоты. Шаг точек измерений. Неопределенность показателя преломления. Точность измерения расстояний зависит от стабильности и точности схемы синхронизации, которая определяет время подачи импульсов и длительность интервалов между выборкой показаний измерителя. Так, например точность измерения расстояния 001% означает, что если расстояние до конца волокна найдено равным 20 000м то точность этого измерения будет + 2м (20 000х00001). Если часы спешат или отстают тогда измеренное время - и соответственно расстояние - будет либо короче, либо длиннее чем в действительности. Влияет на точность измерений и пространственная разрешающая способность. Оптический рефлектометр может точно измерять расстояния только исходя из точек измерений, которые он использует. Чем ближе друг к другу расположены эти точки, тем больше вероятность того, что одна из них окажется около какого-либо повреждения волокна или прямо на нем. Расстояние рассчитывается рефлектометром исходя из скорости света в волокне, а эта скорость определяется как скорость света в вакууме (постоянная величина) деленная на показатель преломления. Это означает, что определяемый пользователем показатель преломления является критическим фактором для точного измерения расстояний. Если значение показателя преломления ошибочно, то и расстояние будет измерено неправильно. Однако характеристики волокна в разных его частях могут быть неодинаковыми в связи, с чем будет немного изменяться и значение показателя преломления. А это приведет в свою очередь к дополнительной неточности при измерении расстояний. Такая "неопределенность свойств волокна" вызывается изменениями показателя преломления в одном и том же волокне, а также тем что показатели преломления двух или более волокон объединенных посредством оптоволоконных соединений могут быть неодинаковыми. Больше всего разницы между показателями преломления может быть у сращенных вместе волокон двух различных изготовителей. Показатель преломления Показатель преломления - это соотношение между скоростью света в вакууме и скоростью света в каком-нибудь определенном волокне. Поскольку быстрее всего свет распространяется в вакууме (например, в безвоздушном пространстве) а в плотных материалах (таких как атмосфера или стекло) распространяется медленнее то значение этого показателя всегда больше единицы. Для стекла оно равно примерно 15. Скорость света меняется в зависимости от плотности того материала, в котором он распространяется. Плотность волокна определяется количеством и видом примесей применяемых в процессе изготовления; их распределение может быть не абсолютно одинаковым в различных частях волокна и в различных волокнах. Таким образом, значение показателя преломления изменяется как в различных волокнах, так и в пределах одного волокна. Показатель преломления является "калибровочным" коэффициентом, который "сообщает" рефлектометру, с какой скоростью распространяется свет и тем самым предоставляет ему возможность точно измерять расстояния. В большинстве случаев нужно использовать значения показателя, рекомендованные изготовителем для различных видов тестируемых волокон и для различных длин волн. С любыми вопросами, касающимися показателя преломления, обращайтесь к изготовителю волокна. Изменения в процессе изготовления волокна повлекут за собой и изменения значений показателя преломления.
Таблица 1. Показатель преломления
Примечание: "С. Д." означает "смещенная дисперсия".
Длина волны Оптическое волокно обычно используется и тестируется только на трех диапазонах длин волны: 850 нм 1300 нм и 1550 нм. Многомодовые волокна работают в диапазонах 850 нм и 1300 нм. Одномодовые волокна - только в диапазонах 1300 нм и 1550 нм. Длина волны, на которой рефлектометр производит измерения, называется его центральной длиной волны. Она обладает определенной шириной. Под шириной линии излучения понимается определенный разброс длин волн вокруг центральной длины волны лазерного источника. Так, например если центральная волна лазера - 1300 нм а ширина линии равна 20 нм то это значит что излучение охватывает диапазон от 1290 нм (1300-10) до 1310 нм (1300+10). Лазеры с небольшой шириной линии излучения более дорогие, чем с большой шириной. Центральные длины волн обычно характеризуются как имеющие определенные допуски, такие как +30 нм. Если в технических характеристиках говорится: "1310 нм + 30 нм ширина волны - 20 нм" то длина центральной волны, может быть какой угодно в пределах между 1280 нм и 1340 нм, а все относящиеся сюда волны - в диапазоне между 1270 нм и 1350 нм. Потери в волокне зависят от длины волны. Волокно необходимо тестировать примерно на той же длине волны, на которой оно будет работать. Оптические передатчики (лазеры и светодиоды) обычно делятся на категории по длине волны - 850 1300 или 1550 нм. Конкретная длина их центральной волны и ширина линии излучения не всегда точно сообщаются. В некоторых случаях - если тестирование на определение затухания проводится на одном конце диапазона длин волн (например, на 1320 нм) а сеть будет работать на другом конце диапазона (например, 1280 нм) - то затухание тестирующего сигнала будет слегка количественно отличаться от затухания рабочего сигнала. При большой длине волокна (свыше 90 км) это может привести к появлению неожиданных проблем на принимающем конце сети. Яснее всего зависимость потерь от длины волны можно видеть при сравнении двух рефлектограмм одного и того же волокна снятых на двух различных длинах волн. На рефлектограмме снятой, на более длинной из этих двух волн общие потери будут ниже чем на рефлектограмме снятой, на более короткой волне поскольку у нее меньше потери на рассеяние. Это выглядит как более пологий наклон рефлектограммы (более низкие погонные, или удельные потери - дБ/км). Однако на более длинной волне наблюдается тенденция к большим потерям световой энергии на изгибах волокна. Сравнивая две рефлектограммы сделанные на этих двух длинах волн можно легко определить, возникло ли в волокне напряжение из-за изгибов. Чрезмерные изгибы часто имеют место на стыках в соединительных кожухах на изгибах кабеля на трассе, а также в концевых разъемах. Разницу между двумя рефлектограммами можно видеть на помещенном ниже рисунке.
Разница между рефлектограммами, снятыми на различных длинах волн Тип разъема Для того чтобы подсоединить волокно к источнику света или измерителю к волокну надо присоединить оптический разъем. На рынке имеется множество типов разъемов; наиболее обычными среди них являются: FC/PC ST, SC Biconic SMA и D4. К волокнам всегда присоединяются вилочные части разъемов; к оборудованию для тестирования и к передающему оборудованию - розеточные части (или оптические переходные разъемы (переходники) "розетка-розетка" позволяющие использовать вилочные части разъемов). Во внимание надо принимать некоторые характеристики разъемов; это - коэффициент отражения пригодность для многократных соединений стойкость размеры (обычно значение имеет длина разъема) а также материалы, из которых разъем сделан. У разъемов предназначенных для обеспечения контакта друг с другом значения коэффициента отражения более низкие. Разъемы с ключом и прорезью могут присоединяться только одним способом и поэтому их можно использовать больше раз, чем разъемы других типов. При правильном сопряжении разъема должна быть исключена возможность его легкого вращения или смещения, которые могли бы привести к изменению количества проходящей через него световой энергии. От длины разъема зависит, насколько он будет выступать из распределительных панелей и передающего оборудования. Металлические разъемы, вероятно, будут служить дольше и обладают большей стойкостью, чем пластмассовые. Одними из лучших разъемов для одномодовых и многомодовых волокон являются разъемы различных видов, принадлежащие к типу FC/PC и обладающие очень хорошими характеристиками. Разъемы типа ST также считаются очень хорошими; сейчас для многих сетей они становятся одними из стандартных разъемов. SС-разъемы - это разъемы с самозапирающимся сочленением обычно применяющиеся на линиях с большой плотностью волокон. Для оптических рефлектометров надо использовать действительно хорошие разъемы, даже если для волокна использованы разъемы другого типа. Для соединения оптического рефлектометра с волокном почти всегда используют патчкорд или перемычку - короткий отрезок одножильного волоконно-оптического кабеля снабженный разъемами на обоих концах (см. следующий раздел о конфигурировании оптического рефлектометра). Подключение внешних устройств У большинства рефлектометров имеются различные приспособления для подсоединения внешних устройств, таких как принтеры графопостроители дисководы модемы внешние мониторы и компьютеры. Подключение этих устройств осуществляется с помощью одного или нескольких из следующих стандартных интерфейсов: IEEE-488 "GP-IB" Параллельный интерфейс для компьютера или перьевого графопостроителя RS-232C 9-штырьковый последовательный интерфейс для подключения компьютера (COM порт) или принтера Centronics 25-штырьковый параллельный интерфейс для большинства принтеров компьютеров Композитный Интерфейс BNC для подключения видеографопостроителей кассетных видеомагнитофонов и некоторых мониторов RGB Video 9-штырьковый интерфейс для подключения цветных мониторов для компьютеров более старого типа (CGA) VGA Video 15-штырьковый интерфейс для подключения цветных мониторов с высокой разрешающей способностью RJ-11 Телефонная розетка встроенного модема
|
