Оптические измерительные приборы. Назначение, достоинства и недостатки

К рычажно-оптическим приборам относятся оптиметры и измерительные пружинно-оптические головки.

Оптиметры . Оптиметры разделяются на вертикальные (ОВО – с окуляром и ОВЭ с проекционным экраном) и горизонтальные (ОГО и ОГЭ). Последние применяются для измерения как наружных, так и внутренних размеров. Наиболее распространены вертикальные оптиметры (рис. 23,а ) с ценой деления 0,001 мм и погрешностью показаний ±0,0002 мм , применяемые для измерения наружных размеров (концевых мер, калибров-пробок и особо точных изделий).

Рис. 23. Вертикальный оптиметр(а), принцип действия

трубки оптиметр (б)

Основной отсчетной частью прибора является трубка оптиметра, построенная по рычажно-оптической схеме. Принцип действия трубки оптиметра показан на рис. 23, б. Лучи света 1 направляются зеркалом 2 в щель трубки и, преломляясь трехгранной призмой 3 , проходят через шкалу, нанесенную на пластинке 4 . Затем пучок лучей проходит через призму полного отражения 5 и, отразившись от нее под прямым углом, попадает в объектив 6 , а потом на зеркальце 7 . Зеркальце 7 пружиной 8 прижимается к измерительному стержню 9 , а при перемещении измерительного стержня зеркальце поворачивается вокруг оси, проходящей через центр шарика 10 . Угол поворота зеркальца зависит от наклона зеркальца 7 . На рис. 23, б показан ход одного падающего луча (сплошной линией) и отраженного (штрих - пунктирной линией). Угол между этими лучами равен 2 .

Отраженный пучок лучей объективом превращается в сходящийся пучок лучей, который дает изображение шкалы. Установка трубки прибора по блоку концевых мер заключается в совмещении нулевого штриха шкалы с неподвижным указателем. При перемещении из измерительного стержня на 1 мкм изображение шкалы смещается в поле зрения на 1 деление по отношению к неподвижному указателю.

Измерительные пружинно-оптический головки . Эти приборы имеют сокращенное название – оптикаторы. В них используется пружинный принцип действия микрокатора, только к завитой спиральной пружине прикреплена не стрелка, а зеркальце, на которое падает луч света и отражается на стеклянную шкалу, где появляется изображение указательного штриха. Выпускаемые пружинно-оптические головки, обозначаемые ОП, имеют присоединительный диаметр 28 мм и предназначены для точных линейных измерений при закреплении в стойках тяжелого тина. Измерительные головки имеют поворот шкалы для точной настройки на размер и указатели поля допуска в виде цветных шторок на пути светового луча (зайчика) окрашивающих его в зеленый или красный цвет. Пружинно-оптические головки выпускаются долемикронные (модели 01П, 02П и 05П) и микронные (П1, П2 и П5) с увеличенным интервалом между делениями шкалы для облегчения отсчета.

Пневматические длиномеры низкого и высокого давления .

Работа пневматических измерительных приборов – длиномеров основана на свойстве истечения воздуха с постоянным давлением из небольшого отверстия, называемого соплом. Шкалы пневматических приборов градуируют не в единицах давления, а в линейных единицах (например, в мкм ). Такая градуировка позволяет непосредственно отсчитывать отклонения размеров проверяемых деталей от размера образцовой детали или меры, по которым настроен прибор и определять отклонения от правильной геометрической формы изделий. На заводах применяют два вида приборов: приборы низкого давления, основанные на изменении давления воздуха (рис. 24,а ), и поплавковые (ротаметры), основанные на изменении расхода воздуха (рис. 24,б ).

Рис. 24. Пневматические длиномеры:

а – с жидкостным регулятором давления; б – поплавковый прибор;

в – пробка в отверстии (разрез)

Приборы низкого давления выпускаются с двумя и большим количеством шкал для одновременного или раздельного измерения двух и более размеров. На рис. 24,а показан прибор с двумя отсечными шкалами и измерительной пробкой с образцовым кольцом для установки прибора на нуль. Пределы измерения можно менять от 0,02 до 0,20 мм , так как они зависят от размеров сопл, которые применяются в приборе. При пределе измерения 0,02 мм предельная погрешность показаний равна 0,0005 мм , а при наибольшем пределе измерения 0,20 мм погрешность соответственно равна 0,005 мм.

Наиболее распространены поплавковые пневматические длиномеры (рис. 24,б).

Принцип действия этих приборов основан на изменении расхода воздушного потока в конической стеклянной трубке. Воздух от источника питания с давлением 300-600 кПа (3-6 кгс/см 2 ) проходит через отстойник, фильтр и редукционный стабилизатор 1, выравнивающий давление воздуха, затем поступает в коническую стеклянную трубку 2. рабочее давление воздуха может колебаться от 70 до 200 кПа (от 0,7 до 2 кгс/см 2 ). При настройке прибора добиваются, чтобы металлический легкий поплавок 3 (масса менее 1 г ) находился во взвешенном состоянии на отметке 0 шкалы 4 . при измерении деталей в зависимости от изменения зазора (рис. 24, в ) между выходным соплом и поверхностью измеряемого изделия (см. рис. 24,б ) меняется расход воздуха, а следовательно, и положение поплавка устанавливается относительно отметок шкалы 4. при большом зазоре расход воздуха больше, и поплавок 3 поднимается, при меньшем зазоре расход меньше, и поплавок опускается. Цена деления зависит от градуировки и настройки прибора и может быть равна 1-2 мкм и даже долям микрометра.

Перед измерением диаметров отверстий с помощью пневматического прибора пробку специальной конструкции вводят в образцовое кольцо и, регулируя подачу воздуха с помощью винта 5, устанавливают поплавок 3 в трубке 2 в нулевое положение. Если размер отверстия проверяемой детали будет отличаться от размера образцового кольца или блока из плиток, поплавок покажет отклонение от размера.

Повертывая пробку в проверяемом отверстии на 90, 180 и 270° в одном и разных сечениях по оси детали, можно определить отклонения деталей от правильной геометрической формы.

Пневматические приборы особенно незаменимы при определении диаметров и отклонений формы у отверстий, особенно глубоких и несквозных, а также отверстий небольшого диаметра.

Калибры

При массовом выпуске изделий, когда на заводе ежедневно вынуждены измерять детали по одному и тому же размеру, широко применяются инструменты жесткой конструкции – предельные калибры (рис. 25): пробки для контроля отверстий (рис. 25,а,б ) и скобы для контроля валов (рис. 25,в,г ). Калибры не имеют отсчетных устройств для определения размеров, с их помощью можно только установить, выполнен ли действительный размер детали в пределах допуска или нет. Для этого калибры изготавливают по предельным размерам проверяемой детали. Одна сторона пробки (удлиненная) будет иметь номинальный размер и называться проход ной ПР, а другая сторона пробки (укороченная) будет иметь номинальный размер наибольшего отверстия. Эта сторона пробки называется непроходной и обозначается НЕ, она может входить только в деталь, имеющую завышенный размер отверстия. Такие детали бракуются.

Процесс контроля деталей заключается в простой сортировке их с помощью двух предельных калибров на три группы: годные детали, размер которых находится в пределах допускаемого (ПР проходит; а НЕ не проходит); брак исправимый, когда размер вала больше допустимого, а размер отверстия меньше допустимого (ПР не проходит); брак неисправимый, когда размер у вала занижен, а у отверстия завышен (НЕ проходит).

Калибры, которыми пользуются рабочие и контролеры ОТК для проверки деталей, называются рабочими калибрами; их типы, размеры и технические условия стандартизованы.

Рис. 25. Калибры.

а – двухсторонняя пробка, б – односторонняя пробка, в – двухсторонняя скоба,

г – предельная регулируемая скоба

Калибры для отверстий до 50 мм изготавливают в виде полных пробок (рис.25,а ), для отверстий свыше 50 до 100 мм могут применяться как полные пробки, так и неполные (рис. 25,б ), а свыше 100 мм – только неполные. Для больших размеров свыше 360 мм вместо пробок применяют сферические нутромеры.

Калибры-скобы для валов чаще всего применяют односторонние предельные целые или двусторонние листовые (рис. 25,в ). Для валов с размерами от 100 до 360 мм применяют односторонние предельные скобы со вставными губками (рис. 25,г ). На калибры наносятся следующие обозначения (маркировка): номинальный размер контролируемой детали, обозначение поля допуска детали и класса точности (квалитета), цифровые величины предельных отклонений детали в миллиметрах, обозначение сторон калибра – проходная ПР и непроходная НЕ, товарный знак завода-изготовителя. Для проходных калибров в стандартах предусмотрены допуски на изготовление и износ, а на непроходные - только допуски на изготовление. Стандартные отклонения на изготовление и износ калибров отсчитываются от предельных размеров валов и отверстий; для проходных скоб – от наибольшего предельного размера вала, а для проходных пробок от наименьшего предельного размера отверстия; для непроходных калибров, наоборот – от наименьшего размера вала и наибольшего размера отверстия.

СТ СЭВ 157-75, «Калибры гладкие для размеров до 500 мм . Допуски», предусматривает особый порядок определения предельных (исполнительных) размеров проходных калибров, Z и Z 1 – это отклонения середины поля допуска на изготовление проходных калибров (Z для отверстия и Z 1 для вала) относительно наименьшего размера отверстия и наибольшего предельного размера вала ; Н и Н 1 – допуски на изготовление проходных и непроходных калибров (для отверстия Н и вала Н 1 ); Y и Y 1 – допустимые выходы изношенного калибра за границу поля допуска (отверстия Y и вала Y 1 ).

Для калибров с размерами более 180 мм предусмотрены еще величины компенсаций погрешности контроля калибрами, обозначаемые для отверстий и для вала.

Оптический измерительный прибор

в машиностроении, средство измерения, в котором визирование (совмещение границ контролируемого размера с визирной линией, перекрестием и т.п.) или определение размера осуществляется с помощью устройства с оптическим принципом действия. Различают три группы О. и. п.: приборы с оптическим способом визирования и механическим (или др., но не оптическим) способом отсчёта перемещения; приборы с оптическим способом визирования и отсчёта перемещения; приборы, имеющие механический контакт с измеряемым объектом, с оптическим способом определения перемещения точек контакта.

Из приборов первой группы распространение получили проекторы для измерения и контроля деталей, имеющих сложный контур, небольшие размеры (например, шаблоны, детали часового механизма и т.п.). В машиностроении применяются проекторы с увеличением 10, 20, 50, 100 и 200, имеющие размер экрана от 350 до 800 мм по диаметру или по одной из сторон. Т. н. проекционные насадки устанавливают на микроскопах, металлообрабатывающих станках, различных приборах. Инструментальные микроскопы (рис. 1 ) наиболее часто используют для измерения параметров резьбы. Большие модели инструментальных микроскопов обычно снабжаются проекционным экраном или бинокулярной головкой для удобства визирования.

Наиболее распространённый прибор второй группы - универсальный измерительный микроскоп УИМ, в котором измеряемая деталь перемещается на продольной каретке, а головной микроскоп - на поперечной. Визирование границ проверяемых поверхностей осуществляется с помощью головного микроскопа, контролируемый размер (величина перемещения детали) определяется по шкале обычно с помощью отсчётных микроскопов. В некоторых моделях УИМ применено проекционно-отсчётное устройство. К этой же группе приборов относится Компаратор интерференционный .

Приборы третьей группы применяют для сравнения измеряемых линейных величин с мерами или шкалами. Их объединяют обычно под общим назв. Компаратор ы. К этой группе приборов относятся Оптиметр , Оптикатор , Измерительная машина , контактный интерферометр, оптический длиномер и др. В контактном интерферометре (разработан впервые И. Т. Уверским в 1947 на заводе «Калибр» в Москве) используется интерферометр Майкельсона (см. в ст. Интерферометр), подвижное зеркало которого жестко связано с измерительным стержнем. Перемещение стержня при измерении вызывает пропорциональное перемещение интерференционные полос, которое отсчитывается по шкале. Эти приборы (горизонтального и вертикального типа) наиболее часто применяют для относительных измерений длин концевых мер (См. Концевые меры) при их аттестации. В оптическом длиномере (длиномер Аббе) вместе с измерительным стержнем (рис. 2 )перемещается отсчётная шкала. При измерении абсолютным методом размер, равный перемещению шкалы, определяется через окуляр или на проекционном устройстве с помощью нониуса.

Перспективным направлением в разработке новых типов О. и. п. является оснащение их электронными отсчитывающими устройствами, позволяющими упростить отсчёт показаний и визирование, получать показания, усреднённые или обработанные по определённым зависимостям, и т.п.

Лит.: Справочник по технике линейных измерений, пер. с нем., М., 1959; Оптические приборы для измерения линейных и угловых величин в машиностроении, М., 1964.

Н. Н. Марков.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Оптический измерительный прибор" в других словарях:

прибор - прибор: Комплект изделий различного функционального назначения одного типа, например: ложка, вилка, нож столовый, объединенных общим художественно конструкторским решением, предназначенных для сервировки стола. Источник: ГОСТ Р 51687 2000:… …

- (от греч. optós видимый и...метр (См. ...метр)) прибор для измерения линейных размеров (относительным методом), преобразовательным элементом в котором служит рычажно оптический механизм. Рычажной передачей является в механизме качающееся… …

В технике, обобщённое название группы средств, применяемых для измерения и контроля линейных и угловых размеров деталей и готовых изделий. Технические средства с нормированными метрологическими параметрами или свойствами, предназначенные… … Большая советская энциклопедия

Резьбоизмерительные приборы, средства измерения и контроля резьбы (См. Резьба). Различают Р. и. для комплексного контроля и для измерения отдельных параметров; наружной и внутренней резьб; цилиндрической и конической резьб; ходовых винтов … Большая советская энциклопедия

Оптим етр, опт иметр м. Оптический измерительный прибор для особо точного измерения линейных размеров. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

интерферометр - а, м. interféromètre m., нем. Interferometer. спец. Оптический измерительный прибор, основанный на явлении интерференции. БАС 1. Интерферометрический ая, ое. Интерферомтерические измерения. БАС 1. Лекс. БСЭ 1: интерферометры; БСЭ 2:… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

РМ 4-239-91: Системы автоматизации. Словарь-справочник по терминам. Пособие к СНиП 3.05.07-85 - Терминология РМ 4 239 91: Системы автоматизации. Словарь справочник по терминам. Пособие к СНиП 3.05.07 85: 4.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ 1. Внедрение автоматических средств для реализации процессов СТИСО 2382/1 Определения термина из разных документов:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 24453-80: Измерения параметров и характеристик лазерного излучения. Термины, определения и буквенные обозначения величин - Терминология ГОСТ 24453 80: Измерения параметров и характеристик лазерного излучения. Термины, определения и буквенные обозначения величин оригинал документа: 121. Абсолютная спектральная характеристика чувствительности средства измерений… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 15528-86: Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Термины и определения - Терминология ГОСТ 15528 86: Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Термины и определения оригинал документа: 26. Акустический преобразователь расхода D. Akustischer Durch flußgeber E. Acoustic flow transducer F … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 22267-76: Станки металлорежущие. Схемы и способы измерений геометрических параметров - Терминология ГОСТ 22267 76: Станки металлорежущие. Схемы и способы измерений геометрических параметров оригинал документа: 25.1. Ме тоды измерения Метод 1 при помощи прибора для измерения длин при прямолинейном движении рабочего органа. Метод 2… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Ни для кого не секрет, что применение оптических линий связи вошло в нашу повседневную жизнь очень и очень плотно. Трудно представить компанию по предоставлению телекоммуникационных услуг, которая бы не применяла в качестве линий связи оптическое волокно. Несомненно, исключения из правил бывают, но это скорее уже пережитки прошлого, и рано или поздно придется применять оптическое волокно для передачи данных.

Сейчас на рынке существует просто огромный выбор продукции для построения оптических линий связи: это и кабель для различных условий прокладки, и кроссовое оборудование, и различные аксессуары. Казалось бы, покупай, строй и на этом все закончится. Но не тут-то было!

Главным элементом оптических сетей является оптический кабель, а точнее - оптическое волокно, которое в нем находится. От качества монтажа при строительстве зависит надежность и долговечность сети, а также минимальные затраты на аварийно-восстановительные работы. Возникает вполне логичный вопрос «А как же контролировать качество оптических линий?». Вот здесь уже не обойтись без целого класса оборудования, называемого измерительным оборудованием для оптических сетей.

В первую очередь к ним можно отнести: оптические рефлектометры (OTDR), оптические тестеры, измерители оптической мощности, источники лазерного излучения, источники видимого лазерного излучения (дефектоскопы), идентификаторы активных волокон и т.д.
Если Вам все же предстоит работать с оптическим волокном, то необходимо ознакомится с основными видами измерительного оборудования. В данной статье мы попытаемся детально разобраться с принципом действия данных устройств, покажем типичные схемы включения и некоторые нюансы.

А зачем это нужно?

Многие могут задаться вопросом «А зачем это нужно?», ведь оно и так работает! Несомненно, каждый решает для себя сам, стоит ли приобретать измерительное оборудование. Но те, кому довелось столкнуться с проблемами при построении, эксплуатации или ремонте оптических сетей ответят вам однозначно - без него не обойтись.
В первую очередь строительные организации в процессе строительства оптических линий, как и везде, должны контролировать качество проделанной работы, здесь уж точно «на глаз» не скажешь правильно и качественно ли сделаны работы. При подготовке к сдаче оптических сетей (ввод в эксплуатацию) также необходимо применять измерительное оборудование для контроля различных характеристик (например, уровень оптического сигнала, затухание в линейном тракте, потери на сварных соединениях и др.). В случае с ремонтом при авариях вообще сложно будет что-то сделать, не зная точного места повреждения.
Перейдем более конкретно к сути вопроса, а именно: какие характеристики оптических линий необходимо знать в первую очередь и с помощью каких приборов их можно изменять.
Первая и, наверное, самая главная характеристика - это затухание (измеряется в дБ) в оптическом тракте на рабочей длине волны. Данная величина показывает, насколько будет затухать (ослабевать) оптический сигнал при прохождении через данную линию. Ее еще называют «Вносимое затухание» или «Вносимое ослабление», англоязычные варианты «Attenuation» или «Insertion loss».
Основные элементы, которые вносят затухание в оптический тракт - это непосредственно оптическое волокно (характеризуется потерями на единицу длины, дБ/км), сварные соединения, механические разъемы, оптические делители.
Вторая немаловажная характеристика - это обратное отражение («Optical Return Loss» или «Back Reflection»). Эта величина характеризует значение оптической мощности, которая отражается и обратно к источнику излучения, выражается также в дБ.
Источником обратного отражения могут быть механические разъемы, трещины в волокне, а также свободный конец оптического разъема.

Чистота - залог успеха

Прежде чем приступить к измерениям в волоконной оптике, следует запомнить очень важное правило – оптические коннекторы необходимо содержать в чистоте. Поскольку диаметр сердцевины волокна составляет порядка 9 мкм, невооруженным глазом заметить загрязнения невозможно. Но загрязнения присутствуют всегда – это факт. И совершенно не важно где и как хранился разъем, старый или новый, в любом случае на торце ферулы будут загрязнения. Это, в первую очередь, повлияет на точность измерений, которые мы будем обсуждать ниже. Размеры потерь, которые могут вносить «грязные» разъемы, могут колебаться в очень широких пределах и достигать нескольких дБ. Также загрязнения увеличивают значения обратного отражения, что крайне не желательно при передаче АМ сигнала кабельного телевидения.
Очистка поверхностей оптических разъемов может проводиться различными методами. Самый простой и экономичный - это безворсовая салфетка , смоченная в чистом спирте. Следует отметить, что после протирки влажной салфеткой необходимо протереть сухой для устранения разводов. Один из самых удобных методов - это применение специальных безворсовых чистящих лент , при этом достигается быстрая и удобная очистка разъемов.

С помощью данного устройства проводится быстрая и качественная очистка торцевой поверхности ферулы от различных загрязнений, подходит для самых различных типов коннекторов: SC, FC, LC, ST, MU.

Процесс очистки выполняется буквально в два действия. Сначала необходимо открыть защитную шторку и, плотно прижав торцевую поверхность разъема к чистящей ленте, провести вдоль направляющих сначала от себя, а потом на себя. Для контроля чистоты поверхности можно применить специальный микроскоп с 200-кратным увеличением.

Источники видимого лазерного излучения

Это, пожалуй, самое простое устройство, представляет собой источник красного света (650 нм), излучение которого вводится в оптическое волокно. Главным назначением данного устройства является локальное выявление повреждений различного типа (трещины, изгибы, некачественные сварки и т.д.). В месте повреждения будет наблюдаться яркое свечение. Типичное расстояние, при котором можно применить данное устройство, составляет 3-5 км.

На следующей фотографии показаны дефекты оптического волокна в пигтейле. Они подсвечиваются красным светом и их легко обнаружить даже при ярком дневном свете. Это могут быть микротрещины или другие локальные повреждения в волокне, вызванные механическими повреждениями; но в любом случае дальше использовать этот пигтейл нежелательно. Следует обратить внимание, что внешне пигтейл выглядит совершенно нормально, но стоит применить источник видимого излучения - и все дефекты сразу же проявляются.
Данные приборы незаменимы при монтажных работах в кроссовом оборудовании, проверке работоспособности оптических патч-кордов с различными коннекторами (SC, FC, ST), пигтейлов, для идентификации нужных волокон путем «подсвечивания» их и т.д.
Основные преимущества: компактность, простота в использовании, универсальность, а самое главное - небольшая стоимость.

Источники лазерного излучения

Немного о конструкции данных приборов. Источник лазерного излучения представляет собой устройство, основным элементом которого является полупроводниковый лазер (лазерный диод), их количество может быть разным. Самые распространенные - это длины волн 1310 нм и 1550 нм, поскольку на этих волнах в основном происходит передача оптического сигнала. Могут существовать разнообразные варианты комбинаций различных лазеров, некоторые источники лазерного излучения могут иметь в своей конструкции источник видимого лазерного излучения, о которых говорилось выше.

Основным же предназначением данных устройств является генерация лазерного излучения на фиксированной длине волны для измерения потерь в оптических линиях. Типичное значение уровня оптической мощности -7дБм. К дополнительным функциям источников лазерного излучения можно отнести генерацию не только непрерывного сигнала, но и модулированного с заданной частотой (например, 270 Гц, 1 кГц, 2 кГц) для идентификации волокон, автоматическое выключение, уровень заряда батареи и т.д.

Выходной порт излучателя, как правило, имеет адаптер FC/UPC.

Некоторые модели этих приборов могут оснащаться встроенным излучателем красного света (отдельный порт) для визуального определения дефектов.

Измерители оптической мощности

Данный прибор регистрирует уровень входной оптической мощности и отображает значение на экране. Основным элементом устройства является фотоприемник.

Обычно используется широкополосный фотоприемник. Это означает, что он регистрирует всю оптическую мощность, приходящую на него в диапазоне 800 – 1800 нм. Выставляя измеряемую длину волны (калиброванную) мы получаем численное значение в дБм или Вт. Если в оптическом тракте будут присутствовать одновременно излучения на нескольких длинах волн, то прибор отобразит некую суммарную величину мощности.

Типичными значениями измеряемых длин волн (калиброванных) являются все те же 1310 и 1550 нм, но также могут быть и другие: 850, 980, 1300, 1490 нм и т.д. Динамический диапазон измерителя (оптические мощности, которые он может измерять) зависит от применяемого фотоприемника, типичное значение для InGaAs составляет порядка 60-70 дБ. В зависимости от конкретных применений можно подобрать оптимальный прибор. Для измерений в телекоммуникационных сетях подойдут измерители мощности с большей чувствительностью фотодетектора (+6…-70 дБм), а для оптических сетей кабельного телевидения важно измерение достаточно больших мощностей (+26…-50 дБм). Как и источники излучения, устройство работает от встроенной батареи, имеет подсветку экрана, функцию автоматического выключения, сохранения результатов и много другого. Входной оптический порт, как правило, имеет адаптер FC/UPC. Одной из важнейших функций данного устройства является возможность измерять потери оптического сигнала относительно произвольного начального уровня (более детально смотрите ниже).

Оптический тестер

Это устройство представляет собой источник излучения и измеритель оптической мощности в одном корпусе. Преимущества и недостатки, по сравнению с отдельными устройствами, каждый решает сам для себя, учитывая специфику применения данного устройства.

компактность;
независимая работа источника и измерителя;
аналогичные функциональные возможности источника и измерителя.

Общий вид оптического тестера MULTITEST MT3204С

Перейдем к вопросу практического применения этих устройств. Первая и самая главная задача сводится к измерению затухания сигнала в оптической линии. Для этого нам необходимы как источник излучения, так и измеритель оптической мощности.

Измерение потерь методом вносимых потерь

Поскольку измеритель определяет только уровень мощности, то для измерения потерь (затухания) в оптической линии нужно сделать два измерения. Сначала – определить уровень мощности на выходе источника излучения (опорный уровень), а потом – уровень мощности сигнала, прошедшего через тестируемую линию. Разность этих значений (в дБм) или их логарифмическое отношение (в Вт) и составит потери в линии.

Опорный уровень определяется при непосредственном соединении источника и измерителя соединительным шнуром (патч-кордом). При измерении выставляем соответствующую длину волны на источнике и измерителе. После получения результата переходим в режим измерения относительных потерь (кнопка dB), на экране измерителя появится значение 00.00 dB. Это позволяет не заниматься пересчетом, а при следующем измерении прямо получить значение затухания на экране измерителя.

Определение опорного уровня

При втором измерении, мы подключаем после шнура интересующий нас участок, на котором нам необходимо произвести измерение потерь, и сразу же получим на экране значение потерь в дБ.

Измерение потерь в линии методом вносимых потерь

Данный метод измерения очень прост, практичен, не требует длительного времени и дорогого оборудования. При этом достигается небольшая погрешность измерений, порядка 0,1 дБ. При отсутствии измерительного источника излучения для измерения затухания может использоваться любой оптический передатчик с длиной волны, которая есть в вашем измерителе мощности, имеющем режим непрерывного излучения (CW).

Если вам нужно проводить измерения потерь, когда оба конца оптической линии находятся в одном месте (например, бухта кабеля), то удобно будет воспользоваться оптически тестером. Принцип измерения таким прибором аналогичен с совместной работой источника и измерителя. Ниже приведена типичная схема измерения с помощью оптического тестера.

Измерение тестером опорного уровня и установка условного нуля

Измерение вносимых потерь с применением оптического тестера

На экране оптического тестера отображаются вносимые потери исследуемым образцом волокна. С помощью оптического тестера (а также пары приборов источник + измеритель) можно измерять вносимые потери не только линейных участков волокна, а также оптических делителей, механических соединений и т.д.

Измерение мощности в оптических сетях

Кроме потерь в линии измеритель мощности позволяет определять уровень оптической мощности в отдельных точках оптической сети. Например, существует оптическая сеть кабельного телевидения, и нам необходимо измерять уровень оптического сигнала на входе оптического приемника. Для этого мы в работающей сети (оптический передатчик включен) подключаем измеритель в нужном месте, выставляем длину волны, на которой происходит передача сигнала, и измеряем уровень сигнала. В результате данного измерения получаем некоторое значение в дБм. Если данное значение соответствует допустимому входному уровню оптического приемника и совпадает с расчетным значением по проекту, значит потери в оптическом тракте (оптический передатчик - оптический приемник) находятся в допустимых пределах (типичное значение входного уровня от -7 дБм до +3 дБм в зависимости от типа оптического приемника).

Более того, если есть возможность измерить уровень сигнала не только на входе приемника, но и на выходе оптического передатчика, то можно достаточно точно оценить потери в оптическом тракте.

Измерение уровня оптического сигнала в кабельном телевидении

Примечание: В сетях кабельного телевидения применяются оптические разъемы с угловой полировкой (APC), это нужно учитывать, поскольку измерители оптической мощности, как правило, имеют полировку типа UPC. В этом случае необходимо применять комбинированные оптические шнуры для предотвращения соединения коннекторов с различными полировками.

PON тестер

Следует отметить отдельный тип устройств для тестирования полностью пассивных оптических сетей (PON сети). Тестирование производится путем включения прибора в оптическую линию (в разрыв), с одновременным сканированием на трех длинах волн - восходящего потока (от абонента к станции) на длине волны 1310 нм, и нисходящих потоков (от станции к абонентам) - 1490/1550 нм, что экономит время и дает наиболее полную картину измерения. Основным отличием в сравнении с измерителями оптической мощности является наличие оптических фильтров и отдельных фотодетекторов для каждой измеряемой длинны волны.

Измерения могут отображаться в различных единицах - дБм или Вт.

В данном приборе предусмотрена функция сохранения результатов измерений во внутренней памяти прибора с возможностью дальнейшего анализа данных па ПК. А также очень полезная функция автоматического выключения, что позволит значительно увеличить время работы прибора от батареи.

PON тестер может применяться как при вводе PON сети в эксплуатацию для контроля уровней оптической мощности, так и при проведении ремонтно-восстановительных работ, а также для мониторинга сети.

Детально о применении PON тестера можно ознакомиться в статье «Измерения в пассивных оптических сетях (PON)» .

Идентификатор активных волокон

Внешний вид устройства

На рисунке выше представлен компактный прибор для обнаружения активных (наличие оптического излучения) оптических волокон MULTITEST MT3306A . Устройство обеспечивает быстрый неразрушающий способ определения наличия и направления распространения оптического сигнала в одномодовых волокнах. Прибор позволяет без отключения приемопередающей аппаратуры определить наличие сигнала в волокнах и его направление, а также оценить оптическую мощность. Если в качестве сигнала применяется модулированное излучение источника 270 Гц, 1 кГц или 2 кГц - идентификатор также определяет частоту модуляции. Принцип действия заключается в регистрации оптического сигнала в месте макроизгиба. Для универсальности предусмотрены сменные насадки под различные диаметры (волокно, пигтейлы и патч-корды).

С точки зрения практического применения это устройство очень удобно при поиске «активных» и «темных» волокон в оптических кроссах и муфтах, где используется много волокон и большая вероятность случайного разрыва соединения.

Проведение измерений с помощью оптического рефлектометра

Описанные выше методы измерений позволяют измерять уровень оптических потерь в линии, но обнаружить конкретное место повреждения в случае аварийной ситуации с их помощью невозможно. Единственным выходом из этой ситуации является применение оптического рефлектометра (OTDR) .

В рамках данной статьи постараемся выделить основные моменты при проведении измерений с помощью OTDR, уделим внимание практическим вещам, и не будем углубляться в теоретические основы.

Итак, какие измерения можно проводить с помощью рефлектометра:

позволяет за один цикл измерений одновременно определить целый ряд основных параметров оптического волокна: его длину, величину затухания на километр, наличие мест неоднородностей, их характер и расстояние до них, потери в соединителях, местах сварки и т.д. без проведения подготовительных работ;
проведение большого количества измерений с одного конца оптического волокна, в отличие от оптических тестеров.

Как и любой метод измерений, рефлектометрия также имеет и свои проблемные стороны:

высокие требования к вводу излучения в тестируемое волокно;
время для получения рефлектограммы с относительно неплохой точностью составляет не менее 30 секунд;
относительно высокая стоимость измерительного оборудования.

Принцип действия рефлектометра заключается в посылании в тестируемое волокно короткого оптического импульса. Из-за отражений от различных неоднородностей происходит образование обратного потока (обратное рассеяние). Рефлектометр измеряет временную задержку сигнала и уровень отраженного излучения. На основе этих данных строит рефлектограмму, представляющую собой график зависимости потерь в волокне от расстояния.
Мы не будем вдаться в подробности метода обработки результатов измерений, а рассмотрим уже готовый результат измерений, покажем, что отображается на рефлектограмме.

Неоднородности в оптическом волокне, показанные на рефлектограмме

Выше на рисунке представлена модель рефлектограммы с обозначением неоднородностей, которые могут встречаться в волокне.

На какие же характеристики рефлектометра следует обращать внимание при выборе модели?

Основной параметр любого рефлектометра - это динамический диапазон. Этот параметр характеризует диапазон между уровнем передачи и минимальным уровнем приема сигнала (как правило, при соотношении сигнал/шум = 1). Типичное среднее значение этого параметра составляет 34-36 дБ. Для измерений в коротких линиях могут использоваться модели с динамическим диапазоном 28-32 дБ, а для протяженных участков или для сетей с большим затуханием в пассивных элементах (PON, разветвленные сети КТВ) – до 40-45 дБ и больше.

Каждый рефлектометр имеет такую характеристику как мертвая зона – расстояние на рефлектограмме после неоднородности, на котором нельзя проводить измерения. Самое первое событие, которое будет присутствовать на любой рефлектограмме - это отражение от входного разъема. Поскольку этот разъем находится в непосредственной близости к фотоприемнику, отражение от него будет «ослеплять» фотоприемник. Эта область рефлектограммы и попадает в мертвую зону.

Влияние мертвой зоны на рефлектометрические измерения

Если очень важно провести измерения и увидеть на рефлектограмме буквально первый метр исследуемой трассы, применяется так называемая «компенсационная катушка» или «согласующая катушка» - название может быть разным, но смысл остается прежним. Она представляет собой отрезок оптического волокна определенной длины, как правило, от 100 м до 1 км. Благодаря этому устройству вся «мертва зона» попадает на длину этого волокна, после которого мы видим все начало измеряемой трассы. Если возникает необходимость увидеть и самый последний оптический разъем, тогда необходимо в конце линии также установить так называемую «приемную катушку». Это такой же отрезок волокна, компенсирующий мертвую зону при отражении сигнала от дальнего конца волокна. При проведении измерений с такими дополнительными катушками наша оптическая линия будет находиться в середине рефлектограммы, что позволяет нам с уверенностью проверять ее работоспособность.

Рефлектограмма с применением согласующей и приемной катушкой

Различные модели рефлектометров могут иметь очень много различных дополнительных возможностей. Например, функцию обнаружения наличия излучения в волокне (активное волокно), подключения тестируемого к входному оптическому разъему рефлектометра, наложение нескольких рефлектограмм, двусторонний анализ, различные функции оповещения и предупреждения.

К достоинствам некоторых моделей можно отнести встроенный источник излучения, источник видимого излучения, измеритель оптической мощности и т.д., но все это непосредственно влияет на стоимость, и совсем не в меньшую сторону.

При использовании рефлектометра очень часто происходит ситуация, когда оператор производит коммутацию оптических разъемов с различной полировкой (UPC-APC), что категорически недопустимо. В первую очередь это приведет к повреждению поверхности ферулы входного оптического разъема рефлектометра, а во-вторых, о достоверности измерений уже и говорить не приходится. Для предотвращения таких ситуаций необходимо применять различные комбинированные оптические шнуры (патч-корды) с различными типами полировок на концах. Не будет лишним напомнить, что абсолютно все оптические адаптеры (разъемы) имеют конечное число подключений, это означает, что со временем происходит ухудшение параметров соединения. Применение коммутационного шнура на выходе с оптического разъема рефлектометра позволит Вам значительно увеличить время работы данного прибора без ремонта. Также не следует забывать о чистоте оптических коннекторов: невооруженным глазом загрязнений не видно, но они всегда присутствуют, даже если оптический патч-корд или пигтейл Вы только что распечатали из упаковки. Недостаточно чистый коннектор, подключенный к рефлектометру, способен внести сильные искажения в картинку рефлектограммы, т.к. прибор реально работает с очень слабыми отраженными сигналами.

Определитель повреждения оптической линии

Одну из важнейших задач рефлектометрии - определение расстояния до места повреждения - можно успешно реализовать с помощью более простого и, соответственно, более дешевого прибора – определителя повреждений оптической линии (Fiber Ranger). Такой прибор работает по принципу OTDR: посылает зондирующие импульсы в линию и детектирует отраженную мощность. Однако он не производит серьезную математическую обработку сигнала, не строит рефлектограмму, а просто показывает расстояние до места сильного отражения оптической мощности (до обрыва, до конца волокна и т.д.). Результат измерений прибор показывает на экране в метрах.

Прибор очень полезен при эксплуатации оптической сети, например, когда важно быстро определить место повреждения. Fiber Ranger предельно прост в использовании, обладает хорошей точностью – от одного до нескольких метров - и может отображать значения расстояний до 8 событий (например, промежуточные некачественные разъемные соединения на оптической линии, сильные изгибы волокна в кассетах и т.п.). Устройство имеет встроенный лазерный излучатель красного света (650 нм) для визуального обнаружения повреждений.

На сегодняшний день предоставление качественных услуг в сфере телекоммуникаций является одним из главных критериев. Компания ДЕПС всегда поможет подобрать именно то измерительное оборудование, которое идеально подойдет к особенностям вашей сети, дабы обеспечить ей надежную и долговечную работу.

Отдел волоконно-оптических технологий и кабельных сетей компании ДЕПС

К атегория:

Слесарно-инструментальные работы

Оптические измерительные приборы

В конструкции измерительной машины кроме трубки оптиметра, в которой использован принцип оптического рычага, также находят применение и другие оптические устройства, лежащие в основе конструкций ряда оптических измерительных приборов. Такие приборы получили название оптических измерительных приборов.

Оптические измерительные приборы построены на принципе исследования человеческим глазом увеличенного теневого изображения измеряемого предмета. К числу таких измерительных приборов относятся, широко применяемые в инструментальном производстве, инструментальный и универсальный микроскопы и проекторы.

Инструментальный микроскоп модели ИТ служит для измерения сложных профилей инструмента. Он состоит из оптической головки, передвигаемой вверх и вниз по стойке, стола с салазками, перемещаемых на шариках в продольном и поперечном направлениях, основания и осветительного приспособления. Стойка может при необходимости повертываться вокруг горизонтальной оси. Грубая установка оптической головки по высоте производится от руки, точная - винтом, а ее закрепление в установленном положении - винтом. Два микрометрических устройства служат для отсчета поперечного и продольного перемещения стола. Видимая на столе микроскопа рамка с центрами предназначена для закрепления деталей.

Принцип работы инструментального микроскопа состоит в следующем. От источника света лучи идут сквозь специальное устройство, называемое диафрагмой и регулирующее количество проходящего света. Отражаясь в зеркале, они проходят прозрачную пластинку мимо расположенного на столе изменяемого предмета и следуют дальше в объектив, увеличиваю-м размеры рассматриваемого контура. В дальнейшем, четыре раза преломляясь в трех призмах, лучи выходят перпендикулярно к матозому стеклянному экрану, на котором нанесены темные штрихи, и становятся видными в окуляре. В окуляре можно видеть освещенный контур измеряемого предмета, увеличенный в 30 раз.

Рис. 1. Инструментальный микроскоп.

На штриховом экране для сравнения с профилем измеряемого предмета нанесены различные профили, линии и шкалы как линейные, так и угловые. Поворачивая экран вокруг оси его вращения, можно совмещать линии этого экрана с отдельными частями профиля предмета и отсчитывать углы поворота экрана, а следовательно, размеры и углы измеряемого предмета.

Процесс измерения на описываемом приборе состоит из следующих операций:
а) установка предмета до совпадения измеряемой части профиля с определенной линией или профилем экрана;
б) перемещение предмета или экрана до совпадения второй части профиля с той же линией или профилем на экране;
в) отсчет по экрану или микрометрическим устройством произведенного перемещения предмета от одной линии экрана до другой.

При измерении углов весь процесс осуществляется с помощью оптической головки микроскопа, а при измерении длины роль оптической головки ограничивается только контролем точности установки детали и перенесением размеров; отсчет производится по микрометрическим устройствам.

Рис. 2. Оптическая схема микроскопа.

Микроскоп имеет сменные объективы с увеличением в десять, пятнадцать и тридцать раз. Его штриховые экраны также сменные.

Микроскоп имеет и специальный экран для измерения резьб, а также угломерный экран.

Рис. 3. Угломерный экран: а - общий вид: б - поле зрения бокового микроскопа А и окуляра.

В средней части угломерного экрана расположены две взаимноперпендикулярные риски, с которыми может совмещаться контур измеряемого предмета. По всей окружности экрана нанесена угловая шкала от 0 до 360° с делениями через каждый градус. Шкала рассматривается через боковой микроскоп А, в котором кроме градусной шкалы видны деления с интервалом в две минуты. Шкала бокового микроскопа с отсчетом 121°38’ показана на рис. 3, б.

Точность проверки угловых величин на инструментальном микроскопе составляет + 1-2’, а линейных измерений + 0,005 мм. Чтобы обеспечить необходимую точность, нужно получить максимальную резкость изображения. Это достигается соответствующей регулировкой диафрагмы и правильной установкой оптической головки по высоте.

Универсальный измерительный микроскоп (типа УИМ -21) представляет собой комбинацию инструментального микроскопа и оптической измерительной машины. Он дает возможность проверять детали значительных диаметров и длины (размеры 200 X ЮО) и точнее определять линейные размеры с помощью оптических устройств. Линейная точность отсчета на его шкалах составляет 0,001 мм, угловая Г.

Универсальный микроскоп состоит из станины с вертикальной -тойкой для закрепления головки, снабженной штриховыми и угломерными экранами, стола, перемещающегося в поперечном направлении, каретки с центровыми бабками, передвигаемой в продольном направлении, оптических устройств, фиксирующих величину перемещения каретки и стола, и наконец, осветительного устройства.

Рис. 4. Отсчет

Рис. 5. Отсчет линеиных перемещении в универсальном микроскопе.

Высокая точность линейных перемещений стола и каретки гарантируется двумя микроскопами, установленными на станине прибора. В окуляре любого из них глаз видит изображение, показанное в окружности на рис. 4. Это изображение есть результат одновременного рассматривания через окуляр подвижной и неподвижной пластинок, установленных в микроскопе, и шкалы, находящейся на каретке или столе микроскопа. Пластинки и шкала изготовлены из стекла и освещены снизу электрической лампочкой.

Во время передвижения стола шкала с делениями перемещается вместе со столом и кареткой и дает возможность отсчитывать величину передвижения в миллиметрах. Перемещение в десятых долях миллиметра отсчитывается по делениям стеклянной неподвижной пластинки, установленной в микроскопе. Отсчет сотых и тысячных Долей производится по шкале подвижной пластинки. Для этой цели поворотом подвижной пластинки устанавливают одну из пар спиральных линий так, чтобы миллиметровое деление, видимое на 8* рис. 56, оказалось по середине между рисками этой пары спиральных линий. Сумма показаний шкал, т. е. количество миллиметров, видимых на фоне спиральных линий, количество десятых долей на поперечном указателе неподвижной пластинки и сотые, и тысячные, приходящиеся против этого поперечного указателя, дадут точное положение стола или каретки по отношению к оси микроскопа.

лов и линейных размеров и устроены так же, как, устроен угломерный экран инструментального микроскопа. Вторые окуляр и экран служат для определения правильности углов профиля, высоты, притуплений и закруглений у резьбы. Этот

экран представляет собой стеклянный диск с профилями резьбы различных систем и шагов. Совмещая профили экрана с теневым изображением исследуемой под микроскопом резьбы, оценивают правильность ее выполнения.

Проекторами называют оптические измерительные приборы, дающие увеличенное изображение профиля исследуемого предмета на экране. Эти приборы очень производительны и характеризуются точностью отсчета до 5 мк, а увеличение измеряемого профиля в приборах составляет 10, 20 и 50, в зависимости от силы сменного объектива.

Большой проектор модели БП, схема работы которого показана на фигуре, состоит из проектирующего устройства, объектива зеркала и экрана. Источник света, помещенный в проектирующем устройстве, посылает лучи света, которые попадают на край детали и частично задерживаются. Прошедшие же контур детали лучи попадают в объектив и идут дальше на отражательное,устройство (зеркало), а затем попадают на экран, где и образуют увеличенное теневое изображение контура проверяемого предмета, видимое иа светлом фоне. Теневое изображение может быть сравнено с вычерченным на прозрачной бумаге или экране изображением того контура, который следует выполнить у детали. Результаты измерения могут быть получены не только в виде тени, но и в виде чисел. Для этой цели экран снабжается двумя взаимноперпендику-лярными рисками, а стол - микрометрическими, поворотными устройствами и соответствующими нониусами.

Рис. 6. Схема действия проектора.

При работе на проекторе следует учитывать, что слишком большое увеличение, хотя и дает большую точность, все же ослабляет резкость изображения. Поэтому здесь выбирают такое увеличение, которое позволит четко наблюдать профиль измеряемого предмета.

Для объективной оценки качества строительных работ и успешной последующей эксплуатации ВОЛС строительные и обслуживающие организации должны располагать современным измерительным оборудованием, позволяющим проводить измерения с достоверными результатами.

Парк контрольно-измерительного оборудования многообразен и представлен отечественным и импортным оборудованием. Выбор требуемого измерительного оборудования зависит от конкретной задачи с учетом стоимости прибора (табл. 5).

Таблица 5. Сопоставление диагностических процедур и измерительных приборов.

ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Используется вместе с оптическим ваттметром или идентификатором волокон для проверки целостности сварных швов, определения общих оптических потерь и идентификации волокон. Примерная цена: 500-2500 $.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ОПТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ

Оптические измерители мощности (Optical Power Meter - ОРМ) используются для измерения оптической мощности сигнала, а также для измерения затухания в кабеле (рис.22). Эти измерители являются столь же распространенным прибором для инженеров, связанных с оптоволоконными системами, как мультиметр для инженеров-электронщиков.

Рис. 22. Оптический измеритель мощности "GN 6000"

Оптические измерители мощности обеспечивают как измерение кабельных линий, так и анализ работы терминального оборудования, передающего сигнал в оптическую линию.

В паре со стабилизированным источником сигнала OPM обеспечивает измерение затухания - основного параметра качества оптической линии. Особенно важным классом измерений для OPM является измерение параметров узлов оптической линии (участков кабеля, интерфейсов, сварочных узлов, аттенюаторов и т.д.).

Основными параметрами OPM являются:

Тип детектора;

Линейность усилителя;

Точность и график необходимой калибровки;

Динамический диапазон;

Точность и линейность работы;

Возможность поддержки различных оптических интерфейсов;

Примерная цена 400-1200 $.

АНАЛИЗАТОР ЗАТУХАНИЯ

Анализатор затухания, вносимого оптическим кабелем (Optical Loss Test Set - OLTS), представляет собой комбинацию оптического измерителя мощности и источника оптического сигнала (рис.23). Различают интегрированные и раздельные измерители потерь.

Рис. 23.

Интегрированные имеют источник сигнала и измеритель мощности в одном устройстве, а разделенные измерители представляют собой набор из источника сигнала и ОРМ. Соответственно, технические параметры анализаторов потерь содержат все перечисленные параметры для источников сигнала и оптических измерителей мощности.

Анализаторы потерь оптической мощности обеспечивают пошаговый анализ оптической линии передачи, включая участки кабеля, места соединений и сварок. Это в первую очередь касается раздельных эксплуатационных анализаторов потерь оптической мощности. В то же время интегрированные анализаторы потерь, которые обычно применяются для промышленного анализа, обладают повышенной функциональностью и точностью измерений. Например, многие двух-частотные анализаторы могут выполнять измерения на длинах волн 1310 и 1550 нм автоматически.

ДЕТЕКТОР ПОВРЕЖДЕНИЙ ВОЛОКНА

В сочетании с источником света используется для проверки целостности волокна и других задач. Легкий, ручной. Примерная цена: 600 $.

ИДЕНТИФИКАТОР ВОЛОКОН

Используется для определения прохождения излучения через оптическое волокно. Легкий, компактный, размером в три спичечных коробка, полевой прибор. С помощью этих приборов можно тестировать целостность волокна, проверять маркировку кабеля или подтверждать наличие или отсутствие сигнала перед изменением маршрута или техническим обслуживанием, вводить и выводить оптический сигнал через изгиб оптического волокна. Примерная цена: 1000-1200 $

ОПТИЧЕСКИЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ АТТЕНЮАТОР

Незаменим при определении коэффициента ошибок в цифровых системах. Используется совместно с оптическим ваттметром и измерителем КО. Легкий, ручной.

Примерная цена: 1000-3000 $.

ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ ОПО

Специально разработан для определения оптических потерь на отражение. В состав прибора входят калиброванный источник света, оптический ваттметр и другие специальные составные части. Прибор определяет ОПО более точно, чем обычный оптический рефлектометр. Примерная цена: 1500 - 5000$

ВОЛОКОННЫЙ ЛОКАТОР

Прибор обладает всеми возможностями оптического рефлектометра в части определения расстояния до места повреждения, отличается легкостью, компактностью, простотой в работе и предназначен для использования в полевых условиях.

Примерная цена: 2500-5000 $.

ОПТИЧЕСКИЙ РЕФЛЕКТОМЕТР

Оптические рефлектометры (Optical Time Domain Reflectometer - OTDR) являются наиболее полнофункциональным прибором для эксплуатационного анализа оптических кабельных сетей.

Рефлектометр представляет собой комбинацию импульсного генератора, разветвителя и измерителя сигнала и обеспечивает измерение отраженной мощности при организации измерений с одного конца. Рефлектометры действуют по принципу радара: в линию посылается импульс малой длительности, который распространяется по оптическому кабелю в соответствии с релеевским рассеянием и френелевским отражением на неоднородностях в оптическом кабеле (дефекты материала, сварки, соединители и т.д.). Управляющий процессор обеспечивает согласованную работу лазерного диода и электронного осциллографа, создавая возможность наблюдения потока обратного рассеяния полностью или по частям. Для ввода импульсов в волокно используются направленный ответвитель и оптический соединитель. Поток обратного рассеяния через оптический соединитель и направленный ответвитель поступает на высокочувствительный фотоприемник, где преобразуется в электрическое напряжение. Это напряжение подается на вход Y электронного осциллографа, вызывая соответствующее мощности потока обратного рассеяния отклонение луча осциллографа. Ось X осциллографа градуируется в единицах расстояния, а ось Y - в децибелах.

Оптический импульсный рефлектометр (OTDR) - это устройство, которое, на основе использования явления рассеяния света широко используется для измерения затухания в ОВ и их соединениях, длины ОВ или волоконно-оптических линий и расстояния до любого их участка.

Блок-схема типичного импульсного рефлектометра приведена на рис. 24.

Рис. 24.

Работа прибора основана на измерении мощности светового сигнала, рассеянного различными участками волоконно-оптической линии.

Световые импульсы относительно большой мощности от встроенного в импульсный оптический рефлектометр источника вводятся в волокно, а высокочувствительный приемник измеряет временную зависимость мощности светового сигнала, возвращающегося из тестируемого волокна обратно в рефлектометр.

Временная задержка сигнала равна удвоенному расстоянию до тестируемой области, деленному на групповую скорость света в волокне.

Мощность принимаемого сигнала определяется коэффициентом обратного рассеяния, мощностью тестирующего светового импульса, уменьшающейся по мере распространения света вперед, и затуханием рассеянного сигнала на своем пути назад. Следовательно, принимаемая мощность - это функция потерь на проход импульса до тестируемого участка волокна и обратно и коэффициента обратного рассеяния или отражения.

На участках однородного волокна, для которых вполне оправдано предположение о постоянстве коэффициента обратного рассеяния, импульсный рефлектометр можно использовать для измерения коэффициента затухания волокна и потерь на неоднородностях или элементах линии, а также для определения местоположения обрывов и соединений волокна и места установки разъемов. Кроме того? рефлектометр выдает графическое представление состояния тестируемого волокна. У него имеется и еще одно преимущество по сравнению с сочетанием источника света и ваттметра? или тестера для определения потерь: при использовании рефлектометра требуется доступ только к одному концу волокна.

В большинстве случаев рефлектометры используются для обнаружения повреждений в установленных кабелях и для оптимизации соединений. Однако они весьма полезны и при проверке оптических волокон и поиска в них производственных дефектов. В настоящее время ведется работа по улучшению разрешающей способности рефлектометров при работе на короткие расстояния (в сетях LAN) и выполнении новых задач? таких? как оценка значения потерь при отражении от разъемов.

Работа оптических рефлектометров.

Главной целью измерений, проводимых с использованием оптических рефлектометров, является определение импульсной характеристики тестируемого волокна. Как известно, импульсную передаточную характеристику исследуемого устройства можно получить в том случае, если на его вход подать бесконечно короткий импульс. Тестирующий импульс оптического рефлектометра имеет конечную длительность и, по этому, реальный временной отклик - рефлектограмма представляет собой свертку импульсной передаточной функции волокна с тестирующим импульсом.

Типичная рефлектограмма импульсного рефлектометра приведена на рис.25.

Рис. 25.

Вертикальная шкала определяет уровень рассеянного (отраженного) сигнала в логарифмических единицах. Горизонтальная ось соответствует расстоянию от рефлектометра до тестируемой области волокна.

По формуле Рэлея интенсивность рассеяния света обратно пропорционально четвертой степени длины волны. Суммарные потери на Рэлеевское рассеяние количественно могут быть оценены по формуле:

ДБ/км, (61)

где К р - коэффициент рассеяния, для кварца равный 0,8 [(мкм4? дБ)/км];

Длина волны, мкм.

В ОВ рассеяние на частицах примеси может быть уменьшено практически до нуля, но рассеяние на «вмороженных» неоднородностях принципиально уменьшить нельзя, именно они определяют минимальную величину потерь на рассеяние.

На рис. 25 показаны, также, сигналы от разъемов, сварных соединений, механических соединений, потери на изгибах и трещинах и отражения от них.

Разъемы. Наличие разъема в волоконно-оптической линии приводит к появлению пика на рефлектограмме, обусловленного френелевским отражением на торцах соединяемых волокон? и снижением величины рассеянного сигнала сразу за ним из-за вносимых им потерь.

Сварные соединения. На сварных соединениях френелевское отражение отсутствует? так как сколотые торцы волокон сплавляются друг с другом. Однако на сварных соединениях потери все-таки есть. Хорошо сваренное соединение трудно "засечь"? так как потери на нем невелики и появляющаяся «ступенька» на рефлектограме очень мала. Наличие даже небольших признаков Френелевского отражения (пика на рефлектограмме) - верный признак того? что сварное соединение - очень низкого качества.

Потери на изгибах. Это просто потери в месте изгиба. Если такие потери локализованы? то их трудно отличить от потерь на сварные или механические соединения.

Повышение чувствительности импульсных оптических рефлектометров.

Измерение параметров волоконно-оптической линии возможно только в том случае, если мощность рассеянного сигнала, попадающего на детектор, превышает мощность шума, т.е. отношение сигнал/шум должно быть больше единицы. Мощность детектируемого сигнала определяется мощностью и энергией лазерного импульса, вводимого в волокно, и коэффициентом обратного рассеяния. Отметим,? что энергия светового импульса прямо пропорциональна его длительности. Поэтому? для увеличения дальности действия рефлектометра увеличивают длительность световых импульсов. Однако? чем больше длина импульса?, тем больший отрезок волокна он заполняет. При увеличении длины импульса увеличиваются и те участки волокна? которые попадают внутрь импульса и "просматривание" которых становится невозможным. Тем самым снижается разрешающая способность? рефлектометра. Для увеличения отношения "сигнал-шум" принимаемого сигнала? рефлектометр посылает множество импульсов? а затем усредняет данные об отраженных сигналах.

Мертвые зоны.

Считается, что мертвые зоны, обнаруживаемые на рефлектограмме, зависят от одного основного фактора - длительности импульса, проходящего по волокну. Так как она может быть выбрана, то каждому ее значению соответствует определенная мертвая зона. Следовательно, чем больше длина импульса, тем больше мертвая зона. Однако после установления определенной длительности импульса (для определенного волокна) становятся очевидны другие факторы. В частности, при конкретной длительности импульса мы можем столкнуться с различными мертвыми зонами для отражающих неоднородностей, зависящих от расстояния до точки отражения и интенсивности отраженного сигнала. Дело в том, что для того чтобы принимать отраженный сигнал, детектор рефлектометра должен обладать большой чувствительностью. При этом, когда на детектор приходит сильный сигнал (от точки с высокой отражательной способностью) происходит перегрузка детектора. Мертвые зоны всегда связаны с наличием отражений и вызваны насыщением детектора рефлектометра. В этом случае детектору потребуется определенное время для восстановления чувствительности после перегрузки, что приводит к потере информации. Как результат, определенный участок волокна исключается из процесса тестирования. При этом следует различать два типа мертвых зон (рис. 27):

1. Мертвая зона отражения - определяется расстоянием между началом отражения и точкой с уровнем - 1.5 дБ от вершины понижающегося отрезка кривой отражения, после чего следующие события легко идентифицировать.

2. Мертвая зона затухания - определяется расстоянием от начала отражения до точки, в которой произошло восстановление чувствительности приемника с погрешностью 0.5 дБ от установившейся рефлектограммы обратного рассеяния и зависит от длительности импульса, длины волны, коэффициента обратного рассеяния, коэффициента отражения и полосы пропускания.

Таким образом, понятие «мертвой зоны» заключается в количественном определении расстояния, на котором после сильного отражения происходит потеря данных.

Мертвая зона ослабления, как правило, указывается для наиболее коротких импульсов.

Рис. 26.

Рис. 27.

Лучшие оптические рефлектометры характеризуются большим динамическим диапазоном, кратным определением затухания, однокнопочным интерфейсом, упрощенной панелью управления, наличием дисплея, использованием “дальнобойной” оптики с высокой степенью разрешения, применением специального программного обеспечения, оборудованы дисководом для сохранения данных и принтером, для их распечатки, а также имеют возможность определения ОПО и сопоставления нескольких рефлектограмм. Выбирая рефлектометр, следует убедиться, что он может работать с одномодовоми или многомодовыми волокнами. Модульные оптические рефлектометры обладают большей гибкостью и могут быть сконфигурированы по-разному. Примерная цена: 10000-40000 $.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ХРОМАТИЧЕСКОЙ ДИСПЕРСИИ.

Этот прибор, как следует из его названия, предназначен для измерений хроматической дисперсии волоконных световодов. Как правило, выполнен в лабораторном варианте для использования в закрытых помещениях. Различные методы измерения хроматической дисперсии подробно описаны в ITU.

Примерная цена, в зависимости от метода: 25000 - 120000$.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПМД.

Поляризационная модовая дисперсия волоконных световодов, как и хроматическая, ограничивает широкополосность волоконных световодов. Как правило, измеритель ПМД выполнен в лабораторном варианте для использования в закрытых помещениях. Различные методы измерения ПМД подробно описаны в ITU.

Примерная цена, в зависимости от метода: 40000 - 200000$.

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

Данная компьютеризированная система идеально подходит для автоматического управления работой целой волоконно-оптической сетью. Все задачи: монтаж, текущий уход, разрешение проблем, ремонт, могут быть быстро отслежены и проконтролированы с центральной станции. Любые обрывы и прочие неисправности в считанные минуты локализуются с точностью до нескольких метров. Примерная цена: свыше 100000 $.

БРИЛЛЮЭНОВСКИЙ ОПТИЧЕСКИЙ РЕФЛЕКТОМЕТР.

Этот прибор производит измерения не только рэлеевского рассеяния и френелевского отражения, как оптический рефлектометр, но и способен измерить сдвинутую по частоте относительно центральной волны излучения компоненту рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Способен различать напряженные участки волокна и оценивать степень их нагрузки. Может использоваться и как обычный рефлектометр. Примерная цена: 200000$

Важным достоинством волоконно-оптических линий связи является их потенциальная долговечность. Однако для обеспечения долголетней работы необходимы соответствующие условия и главное из них - отсутствие механических напряжений в волокне, которые могут возникать при нарушении технологий производства кабеля, его прокладки, при мерзлотных деформациях грунта, при ветровых нагрузках и обледенении подвесного кабеля, просадке грунта (особенно вблизи высотных зданий и мостов), при вибрациях кабеля, проложенного вблизи автомагистралей, при землетрясениях, прочих техногенных вмешательствах. Повышенное натяжение волокна в кабеле вызывает деградацию его прочностных характеристик, что в конце концов приводит к разрыву волокна. Даже незначительное увеличение натяжения волокна может привести к многократному уменьшению его срока службы. Время жизни волокна в нормальных условиях эксплуатации (при относительном удлинении волокна меньше 0,35 %) составляет 25 лет и более, в то время, как уже при относительном удлинении 0,5% разрыв волокна произойдет в течение 1 (одного)!!! года (рис. 28).

Рис. 28

Поэтому надежность волоконно-оптических линий связи невозможно оценить, не имея достоверной информации о натяжении волокна в кабеле. Обычные оптические рефлектометры не в состоянии определить степень натяжения волокна, поскольку величина оптических потерь при возникновении напряжений в волокне, как правило, остается в пределах нормы вплоть до момента наступления необратимых изменений в волокне. Бриллюэновский рефлектометр незаменим на предприятиях по производству оптического кабеля и для крупных операторов связи, масштабы сетей и объемы передачи данных которых делают вопросы качества и надежности связи определяющими.