Практическое занятие № 32

При построении и последующей эксплуатации оптической подсистемы СКС чрезвычайно важен контроль характеристик, от которых зависит пропускная способность трактов. Качественные показатели оптического тракта передачи информационного сигнала определяются двумя основными параметрами: величиной затухания и шириной полосы пропускания (дисперсией).

Определение затухания в оптических кабелях и компонентах

Выполнить шрифтовую графическую композицию рекламного объявления, используя симметричную схему.

Технология выполнения композиции:

1) Продумать содержание рекламного объявления.

2) Выполнить эскиз (формат А4).

3) Перенести рисунок на ватман (формат А3).

4) Выбрать шрифт.

5) Подобрать цвет фона и шрифта.

6) Выбрать тонально-контрастное решение.

7) Выбрать междустрочное и межбуквенные расстояния.

8) Выполнить фон рекламного объявления.

9) Выполнить построение шрифтовой графической композиции рекламного объявления по симметричной схеме.

Образцы симметричных композиций:

Рисунок 84	Рисунок 85

В силу целого ряда причин в области СКС уровень дисперсионных искажений инструментальными средствами не контролируется. Необходимое качество передачи сигналов с субгигабитными, гигабитными и мультигигабитными скоростями достигается посредством иного подхода, а именно за счет соблюдения ограничений на общую длину кабельного тракта и применения при его построении только стандартизованной элементной базы. В отличие от дисперсии величина потерь существенно зависит от соблюдения технологии выполнения монтажа и правил эксплуатации кабельной системы. К тому же с течением времени она может изменяться, и поэтому ее уровень следует контролировать с помощью измерительного оборудования.

В практике тестирования характеристик оптических линий СКС нашли применение два основных метрологических прибора: измеритель оптических потерь в различных вариантах его конструктивного исполнения и оптический рефлектометр во временной области, или просто рефлектометр. Принцип действия последнего основан на генерации мощных импульсов оптического излучения небольшой длительности и регистрации слабых сигналов обратного рассеяния с их накоплением для более надежного выделения на фоне шумов. Как следствие, это узко специализированное измерительное оборудование достаточно дорого и является большой редкостью как в компаниях, занимающихся построением СКС, так и в отделах автоматизации владельцев или арендаторов кабельной системы , отвечающих за ее эксплуатацию. Сложившееся положение дел нашло отражение и в нормативных документах. В соответствии со стандартом ISO/IEC TR 14763-3 на различных стадиях реализации и последующей эксплуатации проводки допускается выполнение тестирования по двум уровням: согласно первому, измерения осуществляются с помощью измерителя оптических потерь, а рефлектометр лишь дополняет его и привлекается только при проведении тестирования по второму уровню.

Метрологический прибор для определения затухания по методу вносимых потерь имеет различные формы конструктивного исполнения (оптический тестер, автоматический измеритель и т. д.). Поэтому в дальнейшем для его обозначения будем использовать обобщающий термин «измеритель оптических потерь». В общем случае это устройство состоит из двух независимых блоков: источника излучения и измерителя оптической мощности. Наиболее существенным преимуществом измерителя оптических потерь по сравнению с рефлектометром является то, что он определяет фактическую величину затухания сигнала между разюемами сетевого интерфейса. Поэтому, несмотря на интегральный характер получаемого результата, данный вид тестирующего оборудования позволяет сразу же сделать однозначный вывод о пригодности конкретного тракта СКС для функционирования определенного приложения. Указанное обстоятельство и невысокая цена (стоимость младших моделей измерителей составляет несколько сотен долларов) предопределили широкое распространение измерителей. Зачастую они оказываются единственным оптическим тестирующим прибором, который имеется в распоряжении специалистов по структурированной проводке.

ПРИНЦИП ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ С ПОМОЩЬф ИЗМЕРИТЕЛЯ

Фактическая величина затухания на длине волны н» в различных разновидностях волоконно-оптических трактов и линий передачи сигналов, а также в их отдельных компонентах в соответствии с классическим подходом вычисляется следующим образом:

a = 10lgP_o(н»)/P_L(н») дБ,

где P_o(н») – мощность оптического сигнала на входе тестируемого обюекта, а P_L(н») – его мощность на выходе. Таким образом, применительно к СКС мощность (уровень) оптического сигнала должна определяться на входе и выходе одного или нескольких последовательно соединенных волокон линейных и шнуровых кабелей.

Измерение мощности P_L(н») оптического сигнала на выходе не вызывает технических сложностей при характерных для современных волокон величинах числовой апертуры, поскольку размеры светочувствительной площадки ФД фотоприемника намного превышают диаметр сердцевины как многомодового, так и, тем более, одномодового световода. Определение же мощности P_o(н») – не столь простая процедура. Причина заключается в достаточно сильной зависимости данного параметра от условий ввода излучения в волокно (качество обработки торцевой поверхности, точность юстировки излучателя и его апертурные характеристики). Неопределенность увеличивается вследствие изменения модового состава оптического сигнала в сердцевине многомодового волокна, затухания мод оболочки одномодовых световодов и некоторых других эффектов. В этих условиях задача подавления нежелательных эффектов до безопасного уровня и последующей фиксации опорного или реперного (англ. reference) значения P_o(н») решается различными способами, каждому из которых соответствует свой метод измерения.

Классическая форма реализации любого метода с использованием измерителя оптических потерь представляет собой трехшаговую схему. На первых двух шагах инструментальными средствами определяется одна из характеристик P_o(н») и P_L(н»). Затем по основному расчетному соотношению вручную или автоматически при помощи встроенного контроллера тестирующего оборудования вычисляется фактическая величина затухания.

Иногда возникает необходимость определения величины затухания в шнуровых изделиях различного назначения, а также в полных трактах вместе с оконечными шнурами. Применительно к процедуре измерений характерным отличительным признаком таких обюектов является штыревая форма исполнения их оптического интерфейса. В подобных ситуациях для измерения величины затухания должен привлекаться метод трех тестовых шнуров. Это положение в явном виде введено в проект европейского стандарта prEN 50346:2001.

МЕТОД СОПРЯЖЕНИЯ ВОЛОКОН

Метод сопряжения волокон представляет собой одну из разновидностей метода вносимых потерь и используется для измерения затухания многоволоконных кабелей, а также построенных на их основе стационарных линий, простых и составных трактов. Определение параметра P_o(н») и мощности испытательного сигнала на выходе световода не имеет каких-либо особенностей. Характерной отличительной чертой метода является то, что благодаря специальной организации процедуры измерений источник излучения и фотоприемник измерителя не требуется размещать по разным сторонам тестируемой линии.

Суть используемого технического приема заключается в передаче по дополнительному световоду сигнала P_L(н») с дальнего конца измеряемого волокна обратно на тот конец кабеля или линии, где расположен источник излучения. Таким образом, в соответствии с идеологией метода тестирование осуществляется «по шлейфу», и на втором шаге измеритель фиксирует не P_L(н»), а некоторую величину P^' (н») = PL(н») + A^', где A^' – затухание в обратном волокне шлейфа. Результат, отображаемый на индикаторе прибора, представляет собой смещенную оценку фактической величины затухания. Для устранения неопределенности, возникающей вследствие отсутствия информации о численном значении параметра A^', привлекаются еще два дополнительных волокна, а полный цикл тестирования всегда состоит из трех измерений соединенных по шлейфу световодов (тестируемое измерение с каждым реверсивным и реверсивные друг с другом).

Расчетная часть процедуры тестирования выглядит следующим образом. Обозначим через AXY величину затухания шлейфа, образованного волокнами с номерами X и Y. Чтобы ошибка получаемого результата не превосходила уровень погрешности, вносимой собственно источником и приемником измерителя оптических потерь, должны выполняться следующие условия:

· приемный блок измерителя обладает достаточно высоким уровнем линейности амплитудной характеристики;

· потери в элементе, с помощью которого формируется шлейф из двух волокон, пренебрежимо малы по сравнению с потерями в отдельно взятых волокнах X и Y.

Математически последнее утверждение эквивалентно тому, что для указанного случая справедливо соотношение AXY = AX + AY.

Для шлейфов, образованных волокнами с номерами X, Y и Z, в результате проведения измерений находятся три значения величин потерь AXY, AYZ и AXZ. По ним удвоенная величина фактических потерь в волокне с номером X вычисляется в результате несложных математических выкладок следующим образом:

AXY - AYZ + AXZ = (AX + AY) - (AY + AZ) + (AX + AZ) = 2AX.

Аналогично по результатам уже выполненных измерений второго этапа рассчитывают значения потерь в волокнах Y и Z.

Метод обеспечивает наибольшую эффективность при работе с линиями большой протяженности, когда из-за значительного пространственного разнесения точек подключения приборов возникают проблемы с определением опорного значения на приемном блоке измерителя оптических потерь. Основной областью его применения в СКС может считаться определение затухания линий подсистемы внешних магистралей при помощи оптического тестера или иного аналогичного одноканального прибора.

МЕТОД ОБРЫВА

Основная идея метода обрыва (в технической литературе его иногда называют методом «среза» от англ. cut back) состоит в сравнении значений измерений мощности тестового оптического сигнала на выходе длинного световода и его короткого отрезка. Короткий отрезок волокна отламывают от длинного после первого шага измерений. В отличие от большинства других методов в данном случае реализуется «обратная» схема построения процедуры тестирования: сначала выполняется определение мощности P_L(н») выходного сигнала, и только потом – измерение опорного значения P_o(н»).

Метод дает более точные результаты по сравнению с методом вносимого затухания, однако требует обязательного физического разрушения тестируемого волокна, а потому используется преимущественно в процессе производства оптических кабелей. Применительно к структурированной проводке его применяют исключительно во время входного контроля неоконцованных линейных кабелей подсистемы внешних магистралей. Данная процедура является обязательной в соответствии со стандартом ISO/IEC TR 14763-3.

Процесс измерения по методу обрыва чаще всего выполняют следующим образом. Тестируемый кабель выдерживают в нормальных климатических условиях не менее 3 ч. Затем его концы освобождают от защитных покрытий (входной конец на длине не менее 1 м, выходной конец – не менее 0,5 м). Данная операция не вызывает технических проблем, так как ее выполнение гарантируется правилами упаковки линейных кабелей при их поставке на барабанах. Тестируемое волокно зачищают примерно на 30б-50 мм и обрабатывают в скалывателе для получения ровной перпендикулярной оси торцевой поверхности. После этого любым подходящим способом волокно подключают к источнику излучения и измерителю оптической мощности, для чего наиболее часто используют адаптер на обнаженное волокно или устройство оперативного подключения. Точность измерений можно повысить за счет применения шнуров, которые соединяются с тестируемым волокном сваркой или с помощью механических сплайсов. Мощность, фиксируемую измерителем, принимают за P_L(н»).

Необходимость уменьшения погрешности вследствие конечной точности взаимного выравнивания сердцевин волокон шнура и контролируемого обюекта в разюеме привела к появлению дополнительных требований в отношении вилок разюемов, которыми оконцовываются тестовые шнуры. Вилки одномодовых разюемов рекомендуется применять даже для многомодовых изделий, причем этот элемент должен гарантировать потери не более 0,5 дБ при качестве обработки торцевой поверхности не ниже уровня PC.

В случае тестирования многомодовых трактов для предотвращения проблем с подключением смесителя мод не рекомендуется использовать шнуры с волокнами ленточного типа, а также шнуры, внешний диаметр оболочки которых превышает 3,5 мм.

ДОСТИЖЕНИЕ ЗАДАННОГО МОДОВОГО СОСТАВА ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СИГНАЛА

Получение воспроизводимых результатов измерения затухания многомодовых кабельных изделий и комплексных обюектов на их основе оказывается затруднено вследствие наличия в их волокнах большого количества мод. Каждая из них имеет разные условия распространения и различные удельные потери мощности. Данная особенность приводит, в частности, к тому, что до момента стабилизации модового состава излучения вследствие процессов связи мод, т. е. на так называемом начальном участке оптического кабеля, его коэффициент затухания зависит от длины. Для подавления этого нежелательного эффекта в процессе измерения оптическое излучение, подаваемое на вход тестируемого волокна, должно отвечать критерию так называемого равновесного распределения мод. Оно соответствует установившемуся модовому составу волокна достаточно большой длины (распределение EMD, от англ. Equilibrium Mode Distribution). Для гарантированного выхода на этот режим вне зависимости от характеристик источника излучения на входе измеряемого оптического кабеля включается смеситель мод. Его применение усиливает связь мод и значительно ускоряет достижение равновесного распределения. На практике применяют три различные конструкции такого смесителя.

Простейшим способом достижения равновесного распределения является использование удлиняющего или инициирующего световода, который включается между источником излучения и тестируемым обюектом. Функции такого волокна может выполнять обычный градиентный световод длиной 1-2 км, диаметр сердцевины и числовая апертура которого соответствуют аналогичным параметрам волокон линейных кабелей тестируемого обюекта.

Волоконный смеситель может быть выполнен и на основе четырех состыкованных друг с другом отрезков многомодового волокна с различными профилями показателя преломления. В частности, для измерения трактов с 50-микронной сердцевиной некоторые европейские специалисты рекомендуют применять следующую комбинацию отрезков волокон:

· 1 м волокна со ступенчатым профилем и диаметром сердцевины 50 мкм;

· + 1 м волокна с градиентным профилем и диаметром сердцевины 40 мкм;

· + 1 м волокна со ступенчатым профилем и диаметром сердцевины 50 мкм;

· + 500 м волокна с градиентным профилем и диаметром сердцевины 50 мкм.

При удовлетворительном качестве фильтрации (когда достигается так называемое квазиравновесное распределение мод) такой комбинированный световод существенно короче обычного инициирующего, и потому он легко устанавливается в оптическую измерительную аппаратуру, предназначенную для полевого тестирования.

Для удобства выполнения процедур тестирования инициирующее волокно наматывают на бобину. Основными недостатками «волоконных» вариантов реализации смесителей мод является необходимость применения нестандартизованных IEC 60763-2 волокон при изготовлении комбинированного световода, а также наличие в смесителе заметных потерь, что ограничивает динамический диапазон измерительной системы.

Метод так называемого 70-процентного возбуждения, (Limited Phase Space, LPS), рекомендован для использования EIA. Решение предполагает формирование такого входного светового потока, когда не происходит ввода мощности в быстро затухающие моды высокого порядка. Это достигается в том случае, если на сердцевину тестируемого волокна подается световой поток, который сосредоточен в 70% его числовой апертуры и освещает 70% площади сердцевины. Для таких процедур понадобятся изготовляемое по особому заказу инициирующее волокно и линзовая оптическая система . Необходимость специального оптического оборудования делает данный метод мало перспективным для проведения измерений на обюекте и ограничивает область его использования исследовательскими лабораториями.

В основу конструкции смесителя изгибного типа, иногда называемого скремблером (от англ. scramble б- перемешивать), положен тот факт, что в градиентном световоде часть траекторий лучей мод высокого порядка проходит вблизи границы раздела «сердцевинаб-оболочка». Поэтому при изгибе волокна с небольшим радиусом создаются условия для интенсивного высвечивания этих лучей в оболочку, где они быстро затухают. Кроме того, наличие изгиба усиливает связь между отдельными модами и приводит к увеличению интенсивности обмена энергии между ними, что значительно ускоряетпроцесс стабилизации модового состава. Такое изделие может быть реализовано в соответствии с различными конструктивными схемами. Например, на ранних этапах развития техники оптической связи большой популярностью пользовалась конструкция в виде системы роликов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга и предназначенных для намотки волокна. Наиболее удобной оказалась реализация этого фильтра в форме одиночной катушки (англ. Mandrel, нем. Wickeldorn). На ее шейку без перехлеста с небольшим натягом наматывается пять витков того конца шнура или волокна, который подключается к источнику оптического сигнала. Рабочая поверхность шейки может снабжаться направляющей спиралевидной канавкой. Диаметр катушки нормируется стандартами; определяющими параметрами являются диаметр сердцевины световода и тип шнурового изделия (см. Таблицу 5). Для предотвращения ошибок в процессе выполнения измерений катушку окрашивают в различные идентификационные цвета (например, компания Fluke использует красный и серый цвета). Простота конструкции и малый вес подобного смесителя в сочетании с достаточно высокой эффективностью способствовали его широкому распространению.

Еще одним источником ошибки измерения являются моды оболочки. Они возникают преимущественно в случае применения в источнике света светодиода и заметно искажают результаты измерений для коротких линий. Наиболее эффективный способ подавления этой нежелательной составляющей излучения состоит в устранении полного внутреннего отражения на внешней границе оболочки.

Конструкция световода целенаправленно выбирается таким образом, чтобы подавлять моды оболочки. Для этого показатель преломления материала первичного защитного покрытия намеренно превышает аналогичный параметр оболочки волокна. Для дополнительного увеличения эффективности процесса подавления паразитных мод кабель шнура изгибается. При работе с многомодовой техникой изгиб обеспечивается катушкой смесителя мод. При измерениях одномодовых трактов американский технический бюллетень TSB-140 рекомендует использовать для подключения источника света шнур с изгибом в форме одиночного кольца диаметром 30 мм. Международный стандарт IEC 61300-3-4 предлагает в данной ситуации выполнять на шнуре две петли диаметром 50 мм.

В тех ситуациях, когда степень естественного подавления мод оболочки даже при наличии катушки оказывается недостаточной, предлагается применять так называемый фильтр мод оболочки (англ. cladding modes stripper или cladding modes filter), иногда его называют фильтром вытекающих мод. Для реализации такого фильтра около 50 мм световода полностью очищают от всех защитных покрытий вплоть до внешней поверхности стеклянной оболочки, изгибают или даже складывают петлей и погружают оголенный участок в кювету с иммерсионной жидкостью. Показатель преломления иммерсионной жидкости должен быть равен показателю преломления кварцевого стекла или даже превышать его. Моды оболочки быстро переходят в жидкость, где происходит их рассеивание и поглощение. Сложность и неудобство реализации данного способа в полевых условиях ограничивают область его использования исключительно исследовательскими лабораториями.

СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Для увеличения воспроизводимости результатов и достижения приемлемого уровня точности при любом варианте реализации метода вносимых потерь рекомендуется соблюдать следующие основные правила:

· отключение тестового шнура от источника излучения не производится (имеющиеся немногочисленные исключения из этого правила относятся к измерителям с фиксированным оптическим интерфейсом и не поддерживаются основной массой производителей измерительных приборов);

· на входе в измеряемое волокно должен быть обеспечен заданный модовый состав тестового сигнала; наиболее приемлемый способ б- применение катушек смесителя мод в многомодовых системах и изгиба соединительного шнура источника в случае работы с одномодовой техникой.

В сложных сетях с развитой волоконно-оптической подсистемой излучатель оптического тестера при тестировании по методу вносимых потерь после определения опорного значения оставляется в том помещении, оборудование которого обслуживает несколько технических помещений более низкого уровня (например, кроссовая комната здания при наличии нескольких кроссовых этажа). Измеритель оптической мощности на этапе проведения измерений P_L(н») выполняет функции «мобильного» устройства и переносится из одного технического помещения более низкого уровня в другое. Такой прием позволяет уменьшить уровень механических воздействий на соединительный шнур и разюем источника излучения и минимизировать «уход» во времени значения P_o(н»)

ЗАКЛфЧЕНИЕ

Подводя итоги, мы можем констатировать следующее.

1. В случае строительства, приемосдаточных и сертификационных испытаний, а также последующей эксплуатации оптической подсистемы СКС применяемые методы измерения затухания трактов, стационарных линий и шнуровых изделий аналогичны тем, которые используются на линиях большой протяженности ведомственных сетей связи и сетей связи общего пользования.

2. Схемы определения затухания отдельных компонентов и реализованных на их основе комплексных обюектов оптической подсистемы должны строиться в соответствии с методами трех и одного тестового шнура. Проблема нестыковки нормативных документов в части применения метода двух тестовых шнуров, как того требуют стандарты на некоторые низко- и среднескоростные оптические приложения локальных сетей (например, 10BaseFL), более не являются актуальными из-за чрезвычайно малой распространенности этих видов оборудования.

3. Для увеличения точности и воспроизводимости получаемых результатов в процессе определения опорного значения и последующего измерения в многомодовых системах должны быть предприняты меры по подавлению мод оболочки и достижению квазиравновесного состава излучения. Наиболее эффективным способом выполнения данной операции является изгиб с определенным радиусом волокна шнура, подключаемого к источнику излучения измерителя оптических потерь.

4. Достоверность результатов инструментального контроля затухания повышается в том случае, если апертурные и плоскостные характеристики излучателей измерителя оптических потерь и сетевого интерфейса согласованы между собой. Гарантией такого согласования согласно требованиям нормативных документов является выбор соответствующей категории источника с привлечением для этого параметра CPR.

Примеры:

Рис. 1 Оптический рефлектометр JDSU MTS-6000 рис. 2 Минирефлектометр ТОПАЗ–7000–AR

Оптический рефлектометр ТОПАЗ 7000 разработан специально для строителей волоконно-оптических сетей связи. Он рассчитан на эксплуатацию в самых суровых условиях, поэтому выполнен в металлическом влагозащищенном корпусе. Топаз 7000 имеет компактный размер, что дает возможность легко переносить его в кармане. Это полностью автономный рефлектометр. Питается он от встроенного аккумулятора, а рефлектограмма выводится и обрабатывается на жидкокристаллическоий дисплй самого прибора, что особенно удобно для оперативной локализации повреждений в ВОЛС. На персональном компьютере, данные на который передаются посредством USB порта прибора, можно произвести дополнительную обработку рефлектограмм и сформировать отчет о тестировании.

При помощи ТОПАЗ 7000 можно легко определить расстояние до обрыва ВОЛС, найти «плохие» сварки и коннекторы и измерить затухание на них. Встроенный визуализатор повреждений поможет локализовать макроизгибы в сплайс-кассете, которые обычно сложно увидеть из-за мертвой зоны измерительных приборов. Прибор имеет память на 200 рефлектограмм.

Топаз 7000 может иметь в своем составе оптический рефлектометр на одну, две или три длины волны, измеритель оптической мощности, источник красного света. Пользователь сам может подобрать необходимую конфигурацию.

Тестирование с помощью рефлектометра и измерителя затухания.

Дата добавления: 2015-07-13