Предложения по уменьшению погрешности измерения длин оптических кабелей в системах передачи информации | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 мая, печатный экземпляр отправим 5 мая.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (354) март 2021 г.

Дата публикации: 18.03.2021

Статья просмотрена: 9 раз

Библиографическое описание:

Лопатина, Е. А. Предложения по уменьшению погрешности измерения длин оптических кабелей в системах передачи информации / Е. А. Лопатина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 12 (354). — С. 18-19. — URL: https://moluch.ru/archive/354/79337/ (дата обращения: 21.04.2021).



Приведена оценка факторов, влияющих на точность измерения длины оптического волокна, а также пути улучшения точности измерения длины.

Эксплуатация высокоскоростных волоконно-оптических систем передачи информации связана с необходимостью измерения длины волоконно-оптических линий связи и отдельных их участков. Отдельной задачей является контроль волоконно-оптических систем передачи информации в системах управления специальной техники. Контроль волоконно-оптических бортовых систем необходим для обеспечения быстрого обнаружения и исправления отказов техники. Особенность данной задачи — измерение длин коротких отрезков оптических кабелей (до 1 км) с высокой точностью. Общепризнанным методом таких измерений является оптическая рефлектометрия, основанная на измерении времени распространения сигнала с учетом скорости оптического излучения в волокне [1]. Необходимо отметить, что на таких коротких расстояниях погрешность определения длины волокна современными оптическими рефлектометрами может составлять 20 мм. При этом точность получаемых в процессе измерений результатов существенным образом зависит как от характеристик самого рефлектометра так и физического строения оптического кабеля, так и от свойств волокна, в котором осуществляются измерения длины.

Для выявления факторов, оказывающих существенное влияние на погрешность измерения, необходимо рассмотреть структурную схему оптического рефлектометра и принцип его работы [1, 2]. Оптический рефлектометр состоит из передающего и принимающего блоков. Передающий блок состоит из формирователя импульсов с заданной длительностью и лазера с резонатором Фабри-Перо. Лазер работает, как правило, на длинах волн 850, 1310, 1550 и 1650 нм с пиковой мощностью излучения достигающей 200 мВт. Длительность оптических импульсов находится в диапазоне от десятых долей до единиц наносекунд. Принимающий блок состоит из фотоприемного устройства, усилителя, формирователя и измерителя временного интервала. Передающий блок формирует зондирующий импульс, посылаемый в оптическое волокно. Вследствие рэлеевского рассеяния на неоднородностях материала оптического волокна или френелевского отражения от конца волокна, излучение возвращается обратно и достигает быстродействующего фотоприемного блока, где усиливается и подается либо на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), либо на измеритель временных интервалов, в зависимости от режима работы.

Из анализа принципа работы и структурной схемы рефлектометра видно, что на погрешность измерения длины оказывают влияние следующие факторы: ширина спектра излучения лазера, оптические эффекты в измеряемом оптическом кабеле, а также погрешности измерителя временных интервалов. Ширина спектра излучения лазера, как и оптические эффекты в волокне, влияет на форму обратного оптического сигнала и на время прохождения излучения. В результате возникновения хроматической дисперсии и поляризационной модовой дисперсии в оптическом волокне импульс «размывается» во временной области и тем самым искажается его форма. Степень влияния данных эффектов на искажение импульса зависит от длины волны излучения, проходящего по оптическому волокну, от механических напряжений в волокне, возникающих вследствие изгиба, деформации и температурных перепадов, а также от типа и длины оптического волокна [3].

Искажение импульса вызывает позднее срабатывание формирователя в приемном блоке, что приводит к возникновению дополнительной задержки и, как следствие, к погрешности измерения длины.

Рассмотрим измерение стандартного оптического волокна с несмещенной дисперсией длиной порядка 1 км. На длине волны 1550 нм, хроматическая дисперсия составляет 18 пс/нм, а поляризационная модовая может достигать 2 пс. Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что при ширине спектра излучения лазера равной 5 нм, искажение импульса приводит к дополнительной погрешности измерения расстояния равной 9 мм.

Проведенные исследования позволяют выявить пути уменьшения погрешности измерения длины и достичь снижения доли погрешности измерения длины на 10–13 %.

Одним из таких путей является уменьшение ширины спектра излучения лазера, которое можно достичь, применив лазер с брегговской решеткой. Используя такой метод можно уменьшить влияние хроматической дисперсии почти до нуля.

Второй путь — подбор длины волны излучения таким образом, чтобы хроматическая дисперсия в ней была минимальной. Однако, данные пути ведут к необходимости внесения изменений в аппаратную часть оптического рефлектометра, что является сложной задачей.

Третий путь — применение в бортовых системах оптического волокна с малым коэффициентом хроматической дисперсии. Данное решение позволит не заботиться о характеристиках применяемого лазера и выбирать рефлектометр только по метрологическим и эксплуатационным характеристикам, к сожалению, невозможно нивелировать влияние поляризационной модовой дисперсии на погрешность измерения длины, однако можно выбрать оптическое волокно с малым коэффициентом поляризационной модовой дисперсии и прокладывать оптический кабель таким образом, чтобы исключить его механическое и температурное напряжения.

Таким образом, для обеспечения точных результатов измерения длины с помощью рефлектометра и получения расчетной погрешности измерения необходимо уменьшить ширину спектра излучения лазера рефлектометра, проводить измерения и учет дисперсионных характеристик проложенного и смонтированного кабеля [3], а также при необходимости, учитывать фактор физического строения оптического кабеля. Все вышеперечисленные меры позволят быстрее и эффективнее выявлять и исправлять отказы специальной техники.

Литература:

  1. ГОСТ Р МЭК 60793–1-22–2012 Методы измерений и проведение испытаний. Измерение длины.
  2. Листвин А. В., Листвин В. Н., Рефлектометрия оптических волокон, Москва, «ЛЕСАР арт», 2005.
  3. Григорьев В. В., Кравцов В. Е., Митюрев А. К., Тихомиров С. В., Методы измерений поляризационной модовой дисперсии в волоконно-оптических системах передачи информации, Фотон-Экспресс № 5, 2011 с. 22.
Основные термины (генерируются автоматически): оптическое волокно, хроматическая дисперсия, искажение импульса, оптический кабель, оптический рефлектометр, погрешность измерения длины, волоконно-оптическая система передачи информации, малый коэффициент, специальная техника, физическое строение.


Задать вопрос