Мертвые зоны для события

Ширина мертвой зоны для событий (EDZ - event dead zone) определяется как минимально разрешимое расстояние между двумя неоднородностями. Мертвые зоны для событий подразделяются на мертвые зоны для отражающей и для неотражающей неоднородности (рис. 4.7). В спецификациях на рефлектометр обычно указывают только ширину мертвой зоны для отражающей неоднородности (мертвой зоны по отражению).

Рисунок 4.7 - Мертвые зоны для событий (EDZ - event dead zone).

Ширину мертвой зоны по отражению полагают равной ширине всплеска на рефлектограмме (ширине импульса света (на дисплее)) по половинному уровню (FWHM - full-width at half-maximum). По шкале рефлектометра этот уровень находится на 1.5 дБ ниже вершины импульса (рис. 4.7 а). Ширину мертвой зоны для неотражающей неоднородности определяют по ширине переходного участка, наблюдаемого на рефлектограмме в месте расположения этой неоднородности (рис. 4.7 б). При этом полагают, что величина потерь в этой неоднородности < 1 дБ.

Поясним, почему ширина мертвой зоны равна ширине всплеска на рефлектограмме. На рис. 4.8 изображен участок рефлектограммы с двумя одинаковыми, близко расположенными отражающими неоднородностями. Передний фронт отраженного импульса изображается там же, где находится неоднородность. Задний фронт отраженного импульса изображается дальше от начала рефлектограммы, так как он приходит на фотоприемник позже, чем передний фронт. Расстояние между передним и задним фронтом импульса равно ширине импульса на дисплее.

Рисунок 4.8 - Отражение импульса света от двух одинаковых неоднородностей 1 и 2 расположенных на расстоянии, равном ширине мертвой зоны

Когда расстояние между неоднородностями заметно больше ширины импульса, они легко разрешаются, так как отраженные от них импульсы не перекрываются. Чем меньше расстояние между неоднородностями, тем сильнее перекрываются отраженные от них импульсы. Когда расстояние между неоднородностями становится равным ширине импульса, отраженные импульсы перекрываются настолько сильно, что сливаются в один импульс с небольшим провалом на вершине. При наличии такого провала оператор считает, что отражение происходит от двух неоднородностей. Этот провал не различим, когда расстояние между этими неоднородностями меньше ширины мертвой зоны, когда коэффициенты отражения от неоднородностей не равны друг другу, а также, когда рефлектограмма зашумлена. Ширина и форма импульса на дисплее зависит не только от длительности импульсов света τ, испускаемых лазерным диодом, но и от ширины полосы фотоприемника Δf. Результаты расчетов при Δf = 30 МГц и коэффициенте отражения от неоднородности R = -35 дБ представлены на рис. 4.9.

Рисунок 4.9 - Изменение ширины и формы импульсов при изменении их длительности

Как видно из рис. 4.9, когда длительность импульсов т больше времени установления отклика (0.35/Δf ~= 10 нс), форма импульса близка к прямоугольной. В этом случае ширина импульса однозначно определяется длительностью импульса и примерно равна τ v_г/2 (например, ~ 10 м при τ = 100 нс), где v_г = 2 ·10⁵ км/с = 0.2 м/нс – групповая скорость света в волокне. Когда длительность импульса меньше времени установления отклика, ширина импульса ограничивается шириной полосы фотоприемника. Например, при τ = 1 не ширина импульса (~ 1 м) получается на порядок больше, чем это должно быть, если бы она определялась длительностью импульса (τv_г/2 = 1 нс х 0.1 м/нс = 0.1 м). Длительности импульсов на входе т и на выходе фотоприемника At связаны между собой соотношением:

Δt = [τ² + (0.35/Δf)²]^1/2. Отсюда получаем выражение для ширины импульса:

u = Δt v/2 = [τ² + (0.35/Af)²]^1/2 v/2. Эта зависимость изображена на рис. 4.10.

Рисунок 4.10 - Зависимость ширины импульсов на дисплее от длительности импульсов света т, испускаемых лазерным диодом и ширины полосы фотоприемника Δf

Как видно из рис. 4.10, при τ > 300 мс ширина импульса пропорциональна τ: и = τ х 0.1 м/нс. При τ меньше 10 нс ширина импульса и не зависит от τ и определяется шириной полосы фотоприемника Δf. В стандартном режиме (Δf ~ 10 МГц) и τ < 10 мс ширина импульса порядка 2.5 м. В режиме максимального разрешения (Δf ~ 30 МГц) и τ < 10 нс ширина импульса чуть больше 1 м. В режиме максимального динамического диапазона (Δf ~ 3 МГц) и τ < 10 нс ширина импульса порядка 10 м. В спецификациях на рефлектометр ширину мертвой зоны обычно приводят для самого короткого импульса и максимально широкой полосе фотоприемника (режим максимального разрешения). Например, в рефлектометре Е6000С ширина мертвой зоны равна 3 м, а длительность самого короткого импульса равна 10 не. Как видно из рис. 4.10, такая ширина мертвой зоны получается при ширине полосы фотоприемника примерно 10 МГц.

Технические характеристики OTDR

(дополнение к предыдущему пункту)

Характеристики во многом определяют способность оптических рефлектометров обнаруживать разъемы, стыки и повреждения кабеля. Основными характеристиками импульсного оптического рефлектометра являются:

- мертвые зоны;

-динамический диапазон;

- точность измерения расстояния;

- точность измерения затухания;

- разрешающая способность.

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.

На рисунке 4.11 представлен динамический диапазон оптического рефлектометра.

РРисунок 4.11 – 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.

Имеются две разновидности разрешающей способности:

- пространственная (расстояние);

- 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 0,01 или 0,001 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 определяющий, насколько 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 – 0,5 м а низкая – от 4 до 16 м.

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.

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.

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.

Мертвые зоны можно разделить на две категории:

- мертвые зоны события (неоднородности);

- мертвые зоны затухания.

Мертвая зона события - это расстояние от одного френелевского отражения до другого френелевского отражения которое можно обнаружить.

Мертвая зона затухания - это расстояние от какого-либо френелевского отражения до того места где можно обнаружить обратное рассеяние.

Общеприняты следующие методы измерений двух типов мёртвых зон.

Мёртвая зона затухания определяется расстоянием от начала отражения до точки, в которой уровень сигнала фотоприёмника отличается не более чем на ± 0,5 дБ от уровня обратного рассеивания.

Мёртвая зона отражения определяется расстоянием между началом отражения и точкой на спаде пика отражения с уровнем – 1,5 дБ относительно вершины.

На рисунке 4.12 показано как измеряются два типа мёртвых зон.

Рисунок 4.12 – Определение мёртвых зон

Поскольку мертвая зона непосредственно связана с длительностью импульса‚ то ее можно уменьшить‚ сократив длительность импульса. Но сокращение длительности импульса означает уменьшение динамического диапазона.

Каждый параметр играет свою роль в процессе тестирования волокна. Каждый параметр может косвенно влиять на форму рефлектограммы и на результаты расчетов на ее основе. Изменяя параметры можно изменить форму рефлектограммы, точность или динамический диапазон.