Измерение потерь в сростках волокон

Рефлектограмма только одного волокна в линии содержит несколько десятков ступенек, вызванных потерями в сростках волокон. Если учесть то, что оптический кабель содержит несколько десятков волокон, то становится понятным, что анализ такого большого числа неоднородностей целесообразнее всего проводить в автоматическом режиме. Этот режим позволяет анализировать рефлектограммы наиболее быстрым и удобным способом и не требует от оператора наличия специальных навыков.

Однако в автоматическом режиме удается обнаружить не все сростки волокон, так как вызванное ими изменение сигнала может быть недостаточным для того, чтобы пересечь некий пороговый уровень. Выбор величины этого порогового уровня всегда является определенным компромиссом. Так, с одной стороны, для того, чтобы зарегистрировать сростки волокон с малыми потерями, пороговый уровень должен быть мал. А с другой стороны, этот пороговый уровень должен быть достаточно большим для того, чтобы шумовые всплески сигнала не были приняты за сростки волокон (они наиболее сильны в конце рефлектограммы) (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Схема обнаружения неоднородности на рефлектограмме

При двухстороннем анализе рефлектограмм (он проводится для того, чтобы исключить ошибки, вызванные флуктуациями диаметра модового пятна волокна) необходимо, чтобы число сростков волокон и их положение на рефлектограммах, измеренных с двух сторон линии, было одинаковым. Т.е. необходимо, чтобы маркеры на этих рефлектограммах стояли на одних и тех же местах и, при этом не было сростков волокон, не отмеченных маркерами, а также не было шумовых всплесков сигнала, отмеченных маркерами.

Поиск пропущенных сростков волокон и устранение ложных сигналов удобнее всего проводить в полуавтоматическом режиме. В этом режиме можно просмотреть в увеличенном масштабе места соединений строительных длин оптических кабелей (где собственно и должны находится сростки волокон). При этом можно изменить величину порогового уровня и измерить потери тех сростках волокон, которые не были зарегист-рированы в автоматическом режиме, и выставить на них маркеры.

Поиск местоположения сростков волокон существенно упрощается, когда на дисплей выводятся рефлектограммы нескольких соседних волокон в кабеле, так как для всех волокон в кабеле сростки волокон находятся на одинаковом расстоянии (в местах расположения муфт). При этом достаточно расставить правильно маркеры только для одного волокна в линии, так как для остальных волокон маркеры должны находится на тех же местах.

В полуавтоматическом режиме измерения потерь в сростках волокон могут быть выполнены двумя способами: путем установки двух курсоров и более точным способом путем установки пяти курсоров. В первом способе достаточно установить один курсор на начало, а другой на конец ступеньки в рефлектограмме. Величина потерь определяется по разности уровней сигналов в начале и конце ступеньки (рис. 3.14). Этот способ обычно применяется при измерении потерь на отдельных участках линии. Для измерения потерь в неоднородностях он используется в тех случаях, когда имеется несколько близко расположенных неоднородностей.

Рис. 3.14 Схема измерения потерь в сростке волокон с помощью двух курсоров

При измерении потерь с помощью двух курсоров возникают два вида методических ошибок. Одна вызвана тем, что рефлектограмма зашумлена и курсор может быть выставлен не на середину шумовой дорожки, а на шумовой выброс сигнала (вверх или вниз). Другая ошибка обусловлена конечной длительностью импульса. Эта ошибка возникает из-за того, что разность уровней сигналов в начале и конце ступеньки обусловлена не только потерями в сростке волокон, но и потерями в волокне.

Методическая ошибка, обусловленная конечной длительностью импульса, равна произведению ширины импульса света (на дисплее) на среднюю величину погонных потерь в волокнах до и после сростка

. . . . . . . . . . . . . . . . . (3.6)

Оценим её величину. Полагая α₁ ≈ α₂ = 120.2 дБ/км (λ = 1550 нм), получаем: Δa₁ = 0.2 дБ при u = 1 км (длительность импульса 10 мкс) и Δa₁ = 0.002 дБ при u = 10 м (длительность импульса 100 нс). Таким образом, при больших длительностях импульса (~10 мкс) величина Δa₁ существенно превышает средние потери в сростке SM волокон (~0.02 дБ), а при малых длительностях порядка 100 нс и меньше эта ошибка пренебрежимо мала.

Обе эти методические ошибки устраняются при измерении потерь с помощью пяти курсоров. В этом методе один курсор устанавливается на начало ступеньки и автоматически помечается маркером. Остальные четыре курсора устанавливаются на начало и конец наклонных участков рефлектограммы, расположенных до и после сростка волокон. После того как курсоры установлены, через эти наклонные участки автоматически проводятся аппроксимирующие их наклонные прямые линии. Величина потерь определяется по расстоянию между этими наклонными прямыми линиями в точке, где находится маркер (рис. 3.15) и не зависит, поэтому, от длительности импульса.

Рис. 3.15 Схема измерения потерь в сростке волокон с помощью пяти курсоров

Аппроксимирующие прямые линии могут быть проведены двумя способами. Метод наименьших квадратов (LSA – least-squares approximation) применяется, когда наклонные участки рефлектограммы зашумлены однородно. Если же на наклонном участке рефлектограммы имеется всплеск сигнала отражения от неоднородности или ступенька из-за потерь, то аппроксимирующая прямая линия, проведенная с помощью LSA метода, пройдет выше середины шумовой дорожки (рис. 3.16 а).

В этом случае аппроксимирующую прямую линию проводят методом двух точек (2РА – two point approximation), соединяя непосредственно точки, отмеченные на рефлектограмме курсорами. При этом надо следить, чтобы точки, через которые проводятся эти прямые линии, находились примерно на середине шумовой дорожки, а не попали шумовой выброс сигнала (рис. 3.16 б).

Рис. 3.16. Ошибки, возникающие при проведении прямых линий, аппроксимирующих зашумленные наклонные участки рефлектограмм: (a) LSA - методом, (б) 2РА –методом

Метод пяти курсоров позволяет устранить методическую ошибку, обусловленную конечной длительностью импульса. В этом случае ошибка в измерении малых потерь в сростках волокон будет определяться величиной шумов в рефлектограмме. Величина потерь в сростках волокон определяется по разности уровней сигналов в начале и конце ступеньки. Из-за шумов рефлектограммы это расстояние является случайной величиной и, поэтому можно говорить только о наиболее вероятном значении измеряемой величины потерь и ожидаемой ошибке измерений.

Так как наиболее вероятное измеряемое значение потерь равно среднему значению потерь в сростке волокон <α>, то оно равно, соответственно, расстоянию между прямыми линиями аппроксимирующими зашумленные наклонные участки рефлектограмм. А ожидаемую ошибку измерений, в предположении, что шумы распределены по нормальному (гауссовому) закону, обычно записывают в виде

Δα = 2σ, . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.7)

где σ - среднеквадратичное значение шумов в рефлектограмме. Такая запись означает, что измеренное значение, α с вероятностью 95 % попадает в интервал, <α> ± 2σ.