Рефлектометрия во временной области

2.1.1 Рефлектометрия во временной области – традиционный подход.

Основы метода изложены в первой главе. В рамках традиционной рефлектометрии во временной области существует только два пути увеличения энергии тестового импульса:

· увеличение выходной мощности P ₀ лазерного диода,

· увеличение длительности тестового импульса.

Однако последний способ всегда подразумевает ухудшение пространственной разрешающей способности. Эта взаимосвязь мощности тестового импульса и его длительности, или динамического диапазона и пространственной разрешающей способности представляет собой фундаментальное ограничение традиционной рефлектометрии.

Вследствие практических ограничений (время жизни, нагрев, большое значение тока возбуждения, электромагнитные помехи и т.д.) выходная мощность лазерного диода не может быть выше определенного уровня. Более того, пренебрегая вышеперечисленными ограничениями, оптическая мощность не может быть выше уровня, соответствующего появлению нелинейных эффектов в оптоволокне. Оптическая мощность тестового импульса также ограничена насыщением фотоприемника, вызванного френелевским отражением от различных неоднородностей, таких как волоконно-оптические соединители, разрывы ВСа, низкокачественное сращивание оптических волокон и т.п. На условия хорошего приема также негативно влияет малая продолжительность возбуждающего импульса, что требует широкой полосы пропускания приемника. Конечно, увеличение полосы пропускания приемника предполагает увеличение эквивалентной мощности шума приемника.

Динамический диапазон рефлектометра определяется отношением сигнал/шум (Signal to Noise Ratio – SNR). Одним из способов уменьшения влияния шумов является цифровая фильтрация сигнала от шума, которая часто называется методом усреднения сигнала. Имея оптический приемник, характеризуемый заданной эквивалентной мощностью шума P_NEP (NEP – Noise Equivalent Power – эквивалентная мощность шума), можно выразить результирующее отношение сигнал/шум после N -кратных измерений следующей формулой:

(2.1)

Если через P_init обозначить максимальное значение обратно рассеянной мощности на входном торце ВС, x =0, то

(2.2)

Логарифмируя (2.1) можно получить основное соотношение для отношения сигнал/шум, часто называемое в английской специальной литературе “формулой создателя рефлектометрии” [10]:

(2.3)

Эта формула описывает отношение сигнал/шум как функцию расстояния x, измеряемого от входного торца ВС, и основных параметров оптического источника и приемника – P_init и P _NEP,соответственно. Здесь N _oct=log₂ N.

Упрощенная блок-схема временного рефлектометра приведена ниже на рис. 2.1.

Рис.2.1. Упрощенная блок-схема традиционного рефлектометра

Динамический диапазон обычного рефлектометра можно существенно увеличить следующими способами:

· повышение уровня энергии возбуждающего импульса;

· используя оптический приемник с малой эквивалентной мощностью шума и высокой степенью линейности;

· увеличение числа измерений и обработке сигнала методом усреднения.

Повышение уровня энергии возбуждающего импульса для заданного типа лазерного диода возможно только увеличением длительности импульса (T ₀), что вызывает ухудшение пространственной разрешающей способности. Существенное улучшение качества оптического приемника ограничено фундаментальными физическими принципами. Увеличение длительности импульса вызывает недопустимый рост времени измерения. По этой причине постоянно разрабатываются новые подходы для преодоления основных ограничений обычного рефлектометра.

Дата добавления: 2015-04-30