RU44389U1 - OPTICAL INTEGRATING REFLECTOMETER - Google Patents
OPTICAL INTEGRATING REFLECTOMETER Download PDFInfo
- Publication number
- RU44389U1 RU44389U1 RU2004130114/22U RU2004130114U RU44389U1 RU 44389 U1 RU44389 U1 RU 44389U1 RU 2004130114/22 U RU2004130114/22 U RU 2004130114/22U RU 2004130114 U RU2004130114 U RU 2004130114U RU 44389 U1 RU44389 U1 RU 44389U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- optical
- indicator
- duration
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
Предлагаемая полезная модель относится к области оптических измерений, в частности, к оптико-электронным устройствам для измерения и контроля параметров волоконных световодов. Задачей полезной модели является уменьшение времени измерения путем исключения проведения многократных измерений и повышение точности регистрации рефлектограмм. Решение данной задачи обеспечивается в оптическом интегрирующем рефлектометре, содержащем источник оптического излучения, оптически связанный через направленный ответвитель с входным концом исследуемого волоконного световода и со входом фотоприемника, связанного через АЦП с блоком памяти, соединенным с тактовым генератором, и индикатор, введением формирователя интервала заполнения, формирователя интервала дифференцирования и управляемого дифференциатора, связанного с блоком памяти, формирователем интервала дифференцирования и индикатором, формирователь интервала заполнения связан с источником излучения, индикатором и тактовым генератором. Это позволяет сформировать зондирующий импульс большой длительности, которая обеспечивает заполнение оптическим излучением всего тестируемого волоконного световода, и осуществить регистрацию так называемой интегральной рефлектограммы, преобразовать ее в традиционную рефлектограмму, регулируя эквивалентную длительность зондирующего импульса в необходимых пределах. Это исключает необходимость проведения многократных измерений и повышает точность регистрации.The proposed utility model relates to the field of optical measurements, in particular, to optoelectronic devices for measuring and monitoring the parameters of optical fibers. The objective of the utility model is to reduce the measurement time by eliminating multiple measurements and improving the accuracy of recording reflectograms. The solution to this problem is provided in an optical integrating reflectometer containing an optical radiation source that is optically coupled through a directional coupler to the input end of the fiber to be studied and to the input of a photodetector connected via an ADC to a memory unit connected to a clock generator and an indicator, the introduction of a fill interval shaper, a differentiation interval shaper and a controlled differentiator associated with the memory unit, a differentiation interval shaper and and As an indicator, the fill interval shaper is connected to a radiation source, an indicator, and a clock. This allows you to generate a probe pulse of long duration, which ensures filling the entire fiber under test with optical radiation, and register the so-called integrated trace, convert it into a traditional trace, adjusting the equivalent duration of the probe pulse to the required limits. This eliminates the need for multiple measurements and improves registration accuracy.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области оптических измерений, в частности, к оптико-электронным устройствам для измерения и контроля параметров волоконных световодов (оптическим рефлектометрам).The proposed utility model relates to the field of optical measurements, in particular, to optical-electronic devices for measuring and monitoring the parameters of optical fibers (optical reflectometers).
В настоящее время при измерении параметров оптического тракта наиболее распространенными являются методы импульсной рефлектометрии (OTDR), в которых с помощью импульсного генератора формируют зондирующий оптический сигнал, который через оптический направленный ответвитель вводят в исследуемое волокно. Сигналы обратного рассеяния и отражения от неоднородностей волокна, поступают на фотоприемник рефлектометра. Временной анализ отраженного сигнала обеспечивает фиксацию изменений зондирующего сигнала вдоль волоконного световода (регистрацию рефлектограммы) и последующее определение его параметров (см. А.Г.Свинцов, Н.А.Слуцкий «Системы мониторинга волоконно-оптических сетей связи». Вестник связи, №12, 2000 г.).Currently, when measuring the parameters of the optical path, the most common methods are pulse reflectometry (OTDR), in which using a pulse generator a probing optical signal is generated, which is introduced through the optical directional coupler into the fiber under study. Signals of backscattering and reflection from inhomogeneities of the fiber are fed to the photodetector of the reflectometer. A temporary analysis of the reflected signal ensures the recording of changes in the probe signal along the fiber (recording the trace) and the subsequent determination of its parameters (see A. G. Svintsov, N. A. Slutsky, “Monitoring systems for fiber-optic communication networks.” Communication Bulletin, No. 12 , 2000).
Известны устройства, в которых реализуется метод импульсной рефлектометрии, в которых в качестве зондирующего сигнала используется одиночный импульс (см. Европейский патент №ЕР 318043, М. кл. G 01 М 11/00, опубл. 31.05.1989 г.; патент США №4732469, М. кл. G 01 N 21/88, G 01 M 11/00, опубл. 22.03.1988 г.). В патенте ЕР318043 рассмотрен оптический рефлектометр с временным анализом сигнала, в котором зондирующий импульс вводится в оптическое волокно, а оптический приемник формирует электрический сигнал, соответствующий отраженному световому сигналу. Имеющийся в устройстве процессор преобразует этот сигнал в цифровую форму для последующего определения с помощью дискриминатора разницы в положении во времени посланного и отраженного импульсов и последующего вычисления решающим устройством положения дефектного участка исследуемого волокна.Known devices that implement the method of pulse reflectometry, in which a single pulse is used as the probing signal (see European patent No. EP 318043, M. class G 01 M 11/00, publ. 05/31/1989; US patent No. 4732469, M. cl. G 01 N 21/88, G 01 M 11/00, publ. 03/22/1988). EP318043 discloses an optical time domain reflectometer with a time analysis of the signal, in which a probe pulse is introduced into the optical fiber, and the optical receiver generates an electrical signal corresponding to the reflected light signal. The processor available in the device converts this signal into digital form for subsequent determination using a discriminator of the difference in the position in time of the sent and reflected pulses and subsequent calculation by the resolver of the position of the defective portion of the investigated fiber.
В патенте США №4732469 рассмотрен оптический рефлектометр с временным анализом сигнала, в котором в качестве зондирующего сигнала используется короткий импульс, создаваемый импульсным генератором, длительность которого определяет пространственное разрешение рефлектометра. Этот импульс с помощью оптического направленного ответвителя вводят в испытуемое оптическое волокно, и затем с помощью средств контроля регистрируют отраженный сигнал, например, сигнал обратного рассеяния.U.S. Patent No. 4,732,469 describes an optical reflectometer with a temporal analysis of a signal, in which a short pulse created by a pulse generator is used as a probing signal, the duration of which determines the spatial resolution of the reflectometer. This pulse is introduced using an optical directional coupler into the optical fiber under test, and then a reflected signal, for example, a backscatter signal, is recorded using monitoring means.
Устройство содержит также тактовый генератор, источник оптического излучения, направленный ответвитель, фотоприемник, АЦП, блок памяти для запоминания выходных цифровых величин и индикатор для отображения регистрируемой рефлектограммы тестируемого волоконного световода.The device also contains a clock generator, an optical radiation source, a directional coupler, a photodetector, an ADC, a memory unit for storing output digital values, and an indicator for displaying the recorded reflectograms of the fiber under test.
Однако при реализации обоих устройств возникает ряд проблем. Типичная рефлектограмма тестируемого волокна состоит из ряда фрагментов. Однородные участки с постоянным коэффициентом затухания выглядят как прямая линия с наклоном, пропорциональным коэффициенту затухания. Для регистрации этих участков и определения коэффициента затухания с минимальной погрешностью необходимо использовать зондирующий импульс оптимальной длительности (см. приложение).However, the implementation of both devices raises a number of problems. A typical trace of a test fiber consists of a number of fragments. Homogeneous regions with a constant attenuation coefficient look like a straight line with a slope proportional to the attenuation coefficient. To register these sections and determine the attenuation coefficient with a minimum error, it is necessary to use a probe pulse of optimal duration (see Appendix).
Выбросы сигнала возникают из-за отражений в волокне в местах расположения разъемных соединителей, дефектов или паразитных включений инородных примесей. Для точного определения положения этих неоднородностей необходимо использовать по возможности более короткие зондирующие импульсы.Signal emissions occur due to reflections in the fiber at the locations of the detachable connectors, defects or spurious inclusions of foreign impurities. To accurately determine the position of these inhomogeneities, it is necessary to use as short probing pulses as possible.
Перепады сигнала возникают из-за потерь в неразъемных соединителях. Для точного определения потерь в неразъемных соединителях и положения этих неоднородностей необходимо использовать зондирующие импульсы, длительность которых выбирается с учетом величины потерь (перепада) и отношения сигнала к шуму.Signal drops occur due to losses in one-piece connectors. To accurately determine the losses in one-piece connectors and the position of these inhomogeneities, it is necessary to use probe pulses, the duration of which is selected taking into account the magnitude of the loss (difference) and the signal-to-noise ratio.
Для точной регистрации всей рефлектограммы необходимо различные ее фрагменты регистрировать, используя различные длительности зондирующих импульсов. Этого можно достичь только при проведении нескольких измерений с различными длительностями зондирующих импульсов и последующим составлением рефлектограммы из необходимых фрагментов. На практике это недопустимо, так как требует значительного времени измерения.For accurate registration of the entire trace, it is necessary to register its various fragments using different durations of probing pulses. This can only be achieved by conducting several measurements with different durations of the probe pulses and then compiling the trace from the necessary fragments. In practice, this is unacceptable, since it requires a significant measurement time.
В качестве прототипа выбрано устройство по патенту США №4732469.As a prototype of the selected device according to US patent No. 4732469.
Задачей полезной модели является уменьшение времени измерения путем исключения проведения многократных измерений и повышение точности регистрации рефлектограмм.The objective of the utility model is to reduce the measurement time by eliminating multiple measurements and improving the accuracy of recording reflectograms.
Решение поставленной задачи обеспечивается в оптическом рефлектометре, содержащем источник оптического излучения, оптически связанный через направленный ответвитель с входным концом исследуемого волоконного световода и со входом фотоприемника, выход которого через аналогово-цифровой преобразователь соединен с первым входом блока памяти, связанного вторым входом с выходом тактового генератора, и индикатор, отличающемся тем, что он содержит формирователь интервала заполнения, формирователь интервала дифференцирования и управляемый дифференциатор, первый вход которого соединен с выходам блока памяти и первым входом формирователя интервала дифференцирования, второй вход - с выходом формирователя интервала дифференцирования, а выход - со The solution to this problem is provided in an optical reflectometer containing an optical radiation source, optically coupled through a directional coupler with the input end of the fiber to be studied and with the input of a photodetector, the output of which is connected via an analog-to-digital converter to the first input of the memory unit connected to the second input by the output of the clock generator , and an indicator, characterized in that it comprises a fill interval shaper, a differentiation interval shaper, and controllable differentiator, the first input of which is connected to the outputs of the storage unit and the first input of the differentiation interval, the second input - to the output of the differentiation interval, and output - with
вторым входом формирователя интервала дифференцирования и первым входом индикатора, выход формирователя интервала заполнения соединен со входом источника излучения и вторым входом индикатора, а выход тактового генератора соединен со входом формирователя интервала заполнения.the second input of the shaper of the differentiation interval and the first input of the indicator, the output of the shaper of the fill interval is connected to the input of the radiation source and the second input of the indicator, and the output of the clock generator is connected to the input of the shaper of the fill interval.
Такое построение оптического рефлектометра обеспечивает формирование зондирующего импульса большой длительности, которая обеспечивает заполнение оптическим излучением всего тестируемого волоконного световода, регистрацию так называемой интегральной рефлектограммы и преобразование ее в традиционную рефлектограмму, регулируя эквивалентную длительность зондирующего импульса в необходимых пределах.This construction of an optical reflectometer ensures the formation of a probe pulse of long duration, which ensures that the entire fiber under test is filled with optical radiation, registers the so-called integrated reflectogram and converts it into a traditional reflectogram, adjusting the equivalent duration of the probe pulse to the required limits.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.1, а временные диаграммы - на фиг.2. В соответствии с фиг.1 устройство содержит тактовый генератор 1, выходом связанный со входом формирователя 2 интервала заполнения, выход которого соединен со входом источника 3 оптического излучения, выход которого через направленный ответвитель 4 подключен ко входному концу тестируемого волоконного световода 5, выходной конец которого через направленный ответвитель 4 подключен ко входу фотоприемника 6, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 7, выход которого подключен к первому входу блока 8 памяти, ко второму входу которого подключен выход тактового генератора 1, а выход блока 8 памяти соединен с первыми входами управляемого дифференциатора 9 и формирователя интервала дифференцирования 10, выход управляемого дифференциатора 9 подключен ко второму входу формирователя 10 интервала дифференцирования и к первому входу индикатора 11, ко второму входу которого подключен выход формирователя 2 интервала заполнения.The structural diagram of the proposed device is shown in figure 1, and timing diagrams in figure 2. In accordance with figure 1, the device contains a clock generator 1, the output connected to the input of the shaper 2 of the filling interval, the output of which is connected to the input of the source 3 of optical radiation, the output of which through a directional coupler 4 is connected to the input end of the fiber test fiber 5, the output end of which the directional coupler 4 is connected to the input of the photodetector 6, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 7, the output of which is connected to the first input of the memory unit 8, to the second the input of which the output of the clock generator 1 is connected, and the output of the memory unit 8 is connected to the first inputs of the controlled differentiator 9 and the differentiation interval shaper 10, the output of the controlled differentiator 9 is connected to the second input of the differentiation interval shaper 10 and to the first input of the indicator 11, to the second input of which shaper output 2 filling intervals.
Рефлектометр работает следующим образом. Тактовый генератор 1 вырабатывает импульсы, из которых формирователь 2 интервала заполнения формирует импульс (фиг.2.а), длительностью, большей или равной удвоенному времени распространения излучения в тестируемом волоконном световоде 5. Этот импульс управляет источником 3, оптическое излучение которого через направленный ответвитель 4 вводится в тестируемый волоконный световод 5 и полностью его заполняет. После окончания зондирующего импульса сигнал обратного рассеяния через тот же направленный ответвитель 4 поступает на фотоприемник 6, преобразуется в электрический сигнал, а затем аналого-цифровым преобразователем 7 - в цифровые значения, которые запоминаются (накапливаются) в блоке 8 памяти. В результате в блоке 8 памяти запоминается, так называемая интегральная рефлектограмма (фиг.2.б). Для преобразования интегральной рефлектограммы в традиционную ее необходимо продифференцировать. Дифференцирование производит управляемый дифференциатор 9, интервал дифференцирования которого (фиг.2.в) регулирует формирователь 10. OTDR operates as follows. The clock generator 1 generates pulses, from which the shaper 2 of the filling interval generates a pulse (Fig.2.a), a duration greater than or equal to twice the propagation time of the radiation in the fiber test fiber 5. This pulse controls the source 3, the optical radiation of which through the directional coupler 4 is inserted into the fiber test fiber 5 under test and completely fills it. After the probe pulse ends, the backscattering signal through the same directional coupler 4 is fed to a photodetector 6, converted into an electrical signal, and then by an analog-to-digital converter 7 into digital values that are stored (stored) in the memory unit 8. As a result, the so-called integrated reflectogram is stored in the memory unit 8 (Fig.2.b). To convert an integrated reflectogram into a traditional one, it is necessary to differentiate it. Differentiation is performed by a controlled differentiator 9, the differentiation interval of which (Fig.2.c) is regulated by the driver 10.
Полученная рефлектограмма отображается в логарифмическом масштабе (фиг.2.г) на индикаторе 11.The resulting trace is displayed on a logarithmic scale (Fig.2.g) on the indicator 11.
При таком способе обработки интегральной рефлектограммы интервал дифференцирования равен эквивалентной длительности зондирующего импульса рефлектометра-прототипа. Возможность регулирования эквивалентной длительностью зондирующего импульса позволяет с высокой точностью регистрировать различные фрагменты рефлектограммы при однократном измерении. Это уменьшает общее время измерения за счет исключения необходимости проведения многократных измерений и повышает точность регистрации рефлектограмм.With this method of processing an integrated reflectogram, the differentiation interval is equal to the equivalent duration of the probe pulse of the prototype reflectometer. The ability to control the equivalent duration of the probe pulse allows one to record with high accuracy various fragments of the trace in a single measurement. This reduces the total measurement time by eliminating the need for multiple measurements and improves the accuracy of recording reflectograms.
Рассмотрим пример выполнения блоков предлагаемого устройства.Consider an example of the execution of the blocks of the proposed device.
Тактовый генератор 1 и формирователь 2 интервала заполнения и блок 8 памяти могут быть выполнены на основе программируемой логики ALTERA (см. на сайге сети ИНТЕРНЕТ: http://www.altera.ru/Articles/Altera 0.3htm).The clock generator 1 and the shaper 2 of the filling interval and the memory unit 8 can be performed on the basis of the programmable logic ALTERA (see the website of the INTERNET: http://www.altera.ru/Articles/Altera 0.3htm).
В качестве источника 3 оптического излучения может быть использована модель LFO-18/4.i (см. на сайте сети ИНТЕРНЕТ: http//www.fti-optronic.com/modul_rus/mod_rus LD.htm).As an optical radiation source 3, the LFO-18 / 4.i model can be used (see the INTERNET website: http // www.fti-optronic.com / modul_rus / mod_rus LD.htm).
В качестве направленного ответвителя 4 может быть использован направленный ответвитель производства Физико-технического института им.Иоффе - типоразмер 01 (см. на сайте сети ИНТЕРНЕТ: http://www.krone.ru).As a directional coupler 4, a directional coupler manufactured by the Ioffe Institute of Physics and Technology can be used - frame size 01 (see the INTERNET website: http://www.krone.ru).
В качестве фотоприемника 6 может быть использована модель PD 1375 s-ip (см. на сайте сети ИНТЕРНЕТ: http//www.fti-optronic.com/modul_rus_PD.htm).As the photodetector 6, the PD 1375 s-ip model can be used (see the INTERNET website: http // www.fti-optronic.com / modul_rus_PD.htm).
АЦП 7 может быть выполнен на микросхеме max 1190 (см. Key Specifications: High-Speed ADCS (≥ 1MSPS) на сайте сети ИНТЕРНЕТ: http://www.maxim-ic.com/quick view 2.cfm qv pk=3516@ln=).ADC 7 can be performed on the max 1190 chip (see Key Specifications: High-Speed ADCS (≥ 1MSPS) on the INTERNET website: http://www.maxim-ic.com/quick view 2.cfm qv pk = 3516 @ ln =).
Управляемый дифференциатор 9, формирователь 10 интервала дифференцирования и индикатор 11 могут быть реализованы на персональном компьютере (например, ноутбуке), работающем в соответствии с алгоритмом, приведенном в разделе 5 Приложения.A controlled differentiator 9, a differentiator of the differentiation interval 10 and an indicator 11 can be implemented on a personal computer (for example, a laptop) operating in accordance with the algorithm described in Section 5 of the Appendix.
ПРИЛОЖЕНИЕATTACHMENT
1. Определение коэффициента затухания1. Determination of attenuation coefficient
Для определения коэффициента затухания измеряется затухание между двумя точками однородного участка линейного волоконно-оптического тракта, на котором отсутствуют френелевские отражения и локальные неоднородности. Для точек, расположенных на расстояниях l1 и l2 от его начала коэффициент затухания вычисляется по выражениюTo determine the attenuation coefficient, attenuation is measured between two points of a homogeneous portion of a linear fiber optic path in which there are no Fresnel reflections and local inhomogeneities. For points located at distances l 1 and l 2 from its beginning, the attenuation coefficient is calculated by the expression
αP=y1/y2·(l2-l1),α P = y 1 / y 2 · (l 2 -l 1 ),
где y1, y2 - значения сигналов в точках 1 и 2 после преобразования обратно рассеянного оптического излучения в электрический сигнал и его последующей обработки.where y 1 , y 2 are the signal values at points 1 and 2 after the conversion of the backscattered optical radiation into an electrical signal and its subsequent processing.
Основным источником погрешности измерения затухания является случайная погрешность, обусловленная усредненными шумами фотоприемника, с учетом которых выражение для коэффициента затухания принимает видThe main source of attenuation measurement error is the random error due to the average noise of the photodetector, taking into account which the expression for the attenuation coefficient takes the form
, ,
где yN1, yN2 - мгновенные значения шумов в 1 и 2 точках после обработки сигнала обратного рассеяния.where y N1 , y N2 are the instantaneous noise values at 1 and 2 points after processing the backscatter signal.
Так как фотоприемник работает в режиме очень слабых сигналов, можно полагать, что среднее квадратичное значения шумов в точках 1 и 2 одинаковы и равны σ. В этом случае погрешность измерения коэффициента затухания определяется выражениемSince the photodetector operates in the mode of very weak signals, it can be assumed that the root mean square noise values at points 1 and 2 are the same and equal to σ. In this case, the measurement error of the attenuation coefficient is determined by the expression
Зависимость погрешности измерения коэффициента затухания от расстояния между точками для разных длин волн и длительностей импульсов показана на (фиг.1.П). Увеличение расстояния между выбранными точками сначала уменьшает погрешность, которая проходит через минимум при некотором расстоянии, а затем вновь начинает возрастать.The dependence of the measurement error of the attenuation coefficient on the distance between the points for different wavelengths and pulse durations is shown in (Fig.1.P). Increasing the distance between the selected points first reduces the error that passes through the minimum at a certain distance, and then starts to increase again.
Для нахождения оптимального расстояния между точками найден экстремум этого выражения и получено оптимальное значение произведения 2αP(l2-l1)=0.569.To find the optimal distance between the points, the extremum of this expression was found and the optimal value of the product 2α P (l 2 -l 1 ) = 0.569 was obtained.
Таким образом, для коэффициента затухания 0.2 ∂Б/км (λ=1550 им) оптимальное расстояние составляет 6.1 км, для 0.35 ∂Б/км (λ=1310 нм) составляет 3.5 км и для 2 ∂Б 1 км (λ=850 нм) - 0.6 км.Thus, for the attenuation coefficient of 0.2 ∂B / km (λ = 1550 nm), the optimal distance is 6.1 km, for 0.35 ∂B / km (λ = 1310 nm) it is 3.5 km and for 2 ∂B 1 km (λ = 850 nm) ) - 0.6 km.
Из изложенного следует, что для определения коэффициента затухания с минимальной погрешностью необходимо устанавливать оптимальное расстояние между точками измерения затухания и выбирать зондирующие импульсы максимальной длительности, вплоть до импульсов, длительность которых занимает в оптическом волокне протяженность равную оптимальному расстоянию. Кроме того, сокращение полосы пропускания фотоприемника до согласования ее с импульсами максимальной длительности увеличивает отношение сигнала к шуму и, следовательно, уменьшает случайную составляющую погрешности измерения.It follows from the foregoing that in order to determine the attenuation coefficient with a minimum error, it is necessary to establish the optimal distance between the points of attenuation measurement and to select probing pulses of maximum duration, up to pulses whose duration in an optical fiber is equal to the optimal distance. In addition, reducing the passband of the photodetector to match it with pulses of maximum duration increases the signal-to-noise ratio and, therefore, reduces the random component of the measurement error.
2. Определение вносимых и возвратных потерь2. Determination of insertion and return loss
Одно из основных назначений рефлектометра - определение вносимых и возвратных потерь в разъемных и неразъемных соединениях, а также в любых локальных неоднородностях.One of the main purposes of an OTDR is to determine insertion and return losses in detachable and one-piece connections, as well as in any local heterogeneities.
На (фиг.2.П) приведены фрагменты рефлектограмм отражательной неоднородности, возникающей при соединении двух одинаковых одномодовых волокон, для двух длин волн и двух длительностей зондирующего импульса. Коэффициент отражения r=10-7 Вносимые потери в стыке на расстоянии l=10 км составляют q=0.04 ∂Б.On (fig.2.P) are fragments of reflectograms of reflective inhomogeneity that occurs when two identical single-mode fibers are connected, for two wavelengths and two durations of the probe pulse. Reflection coefficient r = 10 -7 Insertion loss at the joint at a distance l = 10 km is q = 0.04 ∂Б.
Из рисунка видно, что амплитуда скачков сигнала обратного рассеяния от отражающей неоднородности зависит от длительности импульса. Это кажущаяся зависимость, абсолютная амплитуда скачков одинакова для любой длительности зондирующего импульса и зависит лишь от коэффициента отражения r. Кажущаяся неодинаковость амплитуд связана с пропорциональным изменением общего уровня сигнала обратного рассеяния при изменении длительности импульса и применением логарифмического масштаба при отображении фрагмента рефлекгограммы.It can be seen from the figure that the amplitude of the jumps of the backscattering signal from the reflecting inhomogeneity depends on the pulse duration. This is an apparent dependence, the absolute amplitude of the jumps is the same for any duration of the probe pulse and depends only on the reflection coefficient r. The apparent dissimilarity of the amplitudes is associated with a proportional change in the overall level of the backscattering signal with a change in the pulse duration and with the use of a logarithmic scale when displaying a fragment of the reflectogram.
На (фиг.3.П) приведены те же фрагменты рефлектограмм неотражающей неоднородности, для двух длин волн и различных длительностях зондирующего импульса. Коэффициент отражения r=0. Вносимые потери в стыке на расстоянии l=10 км составляют q=0.04 ∂Б.On (fig.3.P) the same fragments of reflectograms of non-reflecting heterogeneity are shown for two wavelengths and different durations of the probe pulse. Reflection coefficient r = 0. The insertion loss at the joint at a distance of l = 10 km is q = 0.04 ∂B.
Из рисунка видно, что амплитуда перепадов сигнала обратного рассеяния от неотражающей неоднородности не зависит от длительности импульса. Это кажущаяся независимость, абсолютная амплитуда перепадов пропорциональна локальным потерям q в стыке и общему уровню сигнала обратного рассеяния, который пропорционален длительности зондирующего импульса. Кажущаяся независимость амплитуд связана с пропорциональным изменением общего уровня сигнала обратного рассеяния при изменении длительности импульса и применением логарифмического масштаба при отображении фрагмента рефлектограммы.It can be seen from the figure that the amplitude of the differences in the backscattering signal from the non-reflecting inhomogeneity does not depend on the pulse duration. This is apparent independence, the absolute amplitude of the differences is proportional to the local losses q at the junction and the general level of the backscattering signal, which is proportional to the duration of the probe pulse. The apparent independence of the amplitudes is associated with a proportional change in the overall level of the backscattering signal with a change in the pulse duration and the use of a logarithmic scale when displaying a fragment of the trace.
Основным источником погрешности измерения вносимых и возвратных потерь является случайная погрешность, обусловленная усредненными шумами фотоприемника.The main source of measurement error of insertion and return loss is a random error due to the averaged noise of the photodetector.
Для уменьшения погрешности регистрации отражающей неоднородности можно увеличить длительность зондирующего импульса. Это не приведет к возрастанию амплитуды скачка сигнала обратного рассеяния, но позволит сократить полосу пропускания фотоприемника и, следовательно, увеличить отношение сигнала к шуму. При этом необходимо помнить, что сокращение полосы пропускания ведет к увеличению погрешности измерения расстояния до неоднородности.To reduce the error of registration of reflecting inhomogeneity, it is possible to increase the duration of the probe pulse. This will not lead to an increase in the amplitude of the jump of the backscattering signal, but will reduce the passband of the photodetector and, therefore, increase the signal-to-noise ratio. It should be remembered that reducing the bandwidth leads to an increase in the error in measuring the distance to heterogeneity.
Для уменьшения погрешности регистрации неотражающей неоднородности тоже можно увеличить длительность зондирующего импульса. Это приведет к возрастанию амплитуды перепада сигнала обратного рассеяния, и, следовательно, увеличит отношение сигнала к шуму. Полосу пропускания фотоприемника сокращать необязательно. Однако неотражающую неоднородность обнаружить значительно труднее, чем отражающую, так как амплитуда перепада обычно значительно меньше амплитуды скачка, поэтому необходимость в сокращении полосы пропускания возникает автоматически.To reduce the error in recording non-reflecting heterogeneity, one can also increase the duration of the probe pulse. This will increase the amplitude of the differential backscatter signal, and therefore increase the signal-to-noise ratio. The photodetector bandwidth is optional. However, non-reflective heterogeneity is much more difficult to detect than reflective, since the amplitude of the difference is usually much less than the amplitude of the jump, so the need to reduce the bandwidth arises automatically.
Если отношение сигнала к шуму позволяет проводить измерение вносимых и возвратных потерь с допустимой погрешностью, то длительность зондирующего импульса необходимо выбирать минимальной, а полосу пропускания фотоприемника максимальной. Это обеспечит измерение расстояния до неоднородности с наивысшей точностью.If the signal-to-noise ratio allows measurement of insertion and return losses with an acceptable error, then the duration of the probe pulse must be selected as minimum and the passband of the photodetector as maximum. This will ensure that the distance to the heterogeneity is measured with the highest accuracy.
3. Пространственное разрешение оптического рефлектометра3. Spatial resolution of an optical reflectometer
Пространственное разрешение определяется минимальным расстоянием между двумя френелевскими неоднородностями, которые могут быть выявлены по рефлектограмме. Часто пространственное разрешение упрощенно определяют через длительность зондирующего импульса τ по выражению:Spatial resolution is determined by the minimum distance between two Fresnel inhomogeneities that can be detected by trace. Often, spatial resolution is simplified to determine through the duration of the probe pulse τ by the expression:
lР=τ·с/2n,l P = τ · s / 2n,
где c - скорость света в вакууме, n - коэффициент преломления сердцевины волокна.where c is the speed of light in vacuum, n is the refractive index of the fiber core.
Однако это выражение не учитывает амплитудно-частотную характеристику фотоприемника, отношение сигнала к шуму и соотношение между амплитудами френелевских отражений.However, this expression does not take into account the amplitude-frequency characteristic of the photodetector, the signal-to-noise ratio and the ratio between the amplitudes of the Fresnel reflections.
На (фиг.4.П) приведены фрагменты рефлектограммы, содержащей два разделенных френелевских отражения при следующих исходных данных:On (fig.4.P) are fragments of the trace containing two separated Fresnel reflections with the following initial data:
l1=10 км, l2=10.05 км, q1=0.04 ∂Б, q2=0.04 ∂Б, r1=10-7, r=0.75·10-7, αР=0.2 ∂Б/км, τY=10-7 с.l 1 = 10 km, l 2 = 10.05 km, q 1 = 0.04 ∂ B, q 2 = 0.04 ∂ B, r 1 = 10 -7 , r = 0.75 · 10 -7 , α P = 0.2 ∂ B / km, τ Y = 10 -7 s.
Из рисунка видно, что при малых длительностях зондирующего импульса две рядом расположенные неоднородности четко различаются. При увеличении длительности импульсов различать неоднородности становится затруднительно. Особенно сложно различать неоднородности при малом отношении сигнала к шуму.It can be seen from the figure that for short durations of the probe pulse, two adjacent inhomogeneities clearly differ. With increasing pulse duration, it becomes difficult to distinguish heterogeneities. It is especially difficult to distinguish heterogeneities with a small signal-to-noise ratio.
На пространственное разрешение оптического рефлектометра в окрестностях элементов оптических трактов, имеющих большие френелевские отражения, существенно влияет насыщение фотоприемника. Из-за его насыщения импульсом от первой неоднородности длительность импульса увеличивается, и импульс от второй неоднородности может сливаться с первым импульсом, поэтому различить неоднородности становится затруднительно или вообще невозможно.The spatial resolution of an optical reflectometer in the vicinity of optical path elements having large Fresnel reflections is significantly affected by photodetector saturation. Due to its saturation with a pulse from the first heterogeneity, the pulse duration increases, and the pulse from the second inhomogeneity can merge with the first pulse, so it becomes difficult or even impossible to distinguish heterogeneities.
При регистрации рефлектограммы волоконно-оптического тракта длительность импульса необходимо выбирать с учетом наличия или отсутствия близко расположенных друг к другу неоднородностей, кроме длительности можно изменять полосу пропускания фотоприемника, меняя при этом отношение сигнала к шуму.When registering an OTDR trace of a fiber-optic path, the pulse duration must be selected taking into account the presence or absence of heterogeneities close to each other, in addition to the duration, the passband of the photodetector can be changed, changing the signal to noise ratio.
4. Выбор оптимальных параметров рефлектометра4. The choice of optimal reflectometer parameters
Типичная рефлектограмма волоконно-оптического тракта с различными неоднородностями приведена на (фиг.5.П).A typical reflectogram of a fiber optic path with various inhomogeneities is shown in (Fig.5.P).
На рефлектограмме можно выделить однородные участки 2, 3 тракта с постоянным коэффициентом затухания αP, на которых сигнал обратного рассеяния после логарифмирования выглядит, как прямая линия, наклон которой определяет коэффициент затухания. Из рисунка видно, что на участке 2 коэффициент затухания больше, чем на участке 3.On the trace, homogeneous sections 2, 3 of the path with a constant attenuation coefficient α P can be distinguished, in which the backscatter signal after logarithm looks like a straight line, the slope of which determines the attenuation coefficient. The figure shows that in section 2 the attenuation coefficient is greater than in section 3.
Наряду с линейным изменением уровня сигнала на рефлектограмме имеются особенности, обусловленные различными неоднородностями. Начальный выброс сигнала 1 вызван френелевским отражением от входного торца, исследуемого волоконного тракта. Как правило, он вводит фотоприемное устройство в насыщение, на рисунке показано пунктиром. Время выхода из насыщения определяет важный параметр рефлектометра - мертвую зону, т.е. расстояние, на котором невозможно обнаружить неоднородности и измерить коэффициент затухания.Along with a linear change in the signal level, the trace has features due to various inhomogeneities. The initial emission of signal 1 is caused by the Fresnel reflection from the input end of the fiber path under study. As a rule, it introduces a photodetector into saturation, the figure shows a dotted line. The saturation exit time determines an important OTDR parameter - the dead zone, i.e. the distance at which it is impossible to detect inhomogeneities and measure the attenuation coefficient.
Выброс сигнала с перепадом затухания 5 возникает при наличии в тракте разъемного соединителя, а также при наличии в волокне маленьких включений инородных примесей или пузырьков воздуха. Такие отражения характеризуются возвратными потерями. Неразъемные соединения (сварные, The emission of a signal with an attenuation difference of 5 occurs when there is a detachable connector in the path, as well as in the presence of small inclusions of foreign impurities or air bubbles in the fiber. Such reflections are characterized by return loss. One-piece joints (welded,
клеевые и механические сростки волокон), в которых обычно отсутствуют отражения, отображаются на рефлектограмме ступенькой 4, величина которой характеризуется вносимыми потерями.adhesive and mechanical splices of fibers), in which reflections are usually absent, are displayed on the trace as step 4, the value of which is characterized by insertion loss.
Конец волоконно-оптического тракта или его обрыв определяется по отраженному от заднего торца импульсу 6. Если тракт заканчивается оптическим разъемом с идеальным торцом оптического волокна, то амплитуда импульса достигает значительных величин, и при коротком оптическом кабеле даже может ввести в насыщение фотоприемник. Если тракт заканчивается обрывом, то амплитуда импульса зависит от угла скола волокна в месте обрыва, и может изменяться в широких пределах, иногда отраженный импульс вообще отсутствует.The end of the fiber-optic path or its break is determined by the pulse 6 reflected from the rear end. If the path ends with an optical connector with an ideal end of the optical fiber, the pulse amplitude reaches significant values, and even with a short optical cable can introduce a photodetector into saturation. If the path ends with a cliff, then the amplitude of the pulse depends on the angle of cleavage of the fiber at the cliff, and can vary within wide limits, sometimes there is no reflected pulse at all.
После конца волоконно-оптического тракта следует участок 7, который характеризуется резкими случайными перепадами уровня регистрируемого сигнала, обусловленными шумами фотоприемника.After the end of the fiber optic path, section 7 follows, which is characterized by sharp random drops in the level of the recorded signal due to the noise of the photodetector.
Для регистрации рефлектограммы всего волоконно-оптического тракта с высокой точностью необходимо изменять длительность зондирующего импульса и полосу пропускания фотоприемника в широких пределах, в соответствии с выше изложенными рекомендациями. Кроме того, при исследовании трактов большой протяженности, отношение сигнала к шуму вначале и конце тракта может отличаться на несколько порядков, поэтому при регистрации фрагментов рефлектограммы с любыми неоднородностями практически всегда в конце волоконно-оптического тракта необходимо использовать зондирующие импульсы большей длительности и более узкую полосу пропускания, чем в его начале.To record the trace of the entire fiber optic path with high accuracy, it is necessary to change the duration of the probe pulse and the passband of the photodetector over a wide range, in accordance with the above recommendations. In addition, when studying long paths, the signal-to-noise ratio at the beginning and end of the path can differ by several orders of magnitude, therefore, when recording fragments of a trace with any inhomogeneities, it is almost always necessary to use longer-duration probe pulses and a narrower transmission band at the end of the fiber-optic path than at its beginning.
Выполнить указанные требования можно только при проведении многократных измерений, последовательно изменяя длительность зондирующего импульса и полосу пропускания фотоприемника в необходимых пределах. На практике это весьма затруднительно, так как для увеличения отношения сигнала к шуму во всех оптических рефлектометрах используется накопление сигнала обратного рассеяния, и поэтому регистрация каждой рефлектограммы занимает большое время, иногда достигающее десятков минут. Обычно проводится одно измерение, выбирается некоторая промежуточная длительность зондирующего импульса и самая широкая полоса пропускания фотоприемника. При обработке зарегистрированного сигнала обратного рассеяния соответствующего различным фрагментам рефлектограммы полоса пропускания сокращается до необходимой величины за счет усреднения мгновенных значений сигнала на соответствующем интервале. Для обеспечения оптимального приема этот интервал должен быть равен длительности зондирующего импульса, но при высоком отношении сигнала к шуму интервал усреднения может выбирается более коротким. Такое техническое решение позволяет изменять эквивалентную полосу пропускания измерительного тракта и повышает точность регистрации, но оно далеко от оптимального, так как длительность зондирующего импульса остается постоянной, следовательно, не используются все потенциальные возможности рефлектометра и не These requirements can be met only when conducting multiple measurements, sequentially changing the duration of the probe pulse and the passband of the photodetector within the necessary limits. In practice, this is very difficult, since in order to increase the signal-to-noise ratio in all optical reflectometers, the accumulation of the backscatter signal is used, and therefore, the registration of each reflectogram takes a long time, sometimes reaching tens of minutes. Usually one measurement is carried out, some intermediate duration of the probe pulse and the widest passband of the photodetector are selected. When processing the registered backscatter signal corresponding to various fragments of the trace, the bandwidth is reduced to the required value by averaging the instantaneous values of the signal in the corresponding interval. To ensure optimal reception, this interval should be equal to the duration of the probe pulse, but with a high signal-to-noise ratio, the averaging interval can be chosen shorter. This technical solution allows you to change the equivalent bandwidth of the measuring path and increases the accuracy of the registration, but it is far from optimal, since the duration of the probe pulse remains constant, therefore, all potential capabilities of the OTDR are not used and
достигается наивысшая точность измерений параметров волоконно-оптических трактов.the highest accuracy in measuring the parameters of fiber optic paths is achieved.
5. Алгоритм работы формирователя интервала дифференцирования5. The algorithm of the shaper of the interval of differentiation
Для преобразования интегральной рефлектограммы в традиционную в каждой i-той точке интегральной рефлектограммы вычисляются среднее значение, среднее квадратичное отклонение и дифференциалы первого и второго порядковTo convert an integrated trace into a traditional one at each i-th point of an integrated trace, the average value, the standard deviation and the first and second order differentials are calculated
, ,
, ,
Δz(i)=z(i)-z[i+u(i)],Δz (i) = z (i) -z [i + u (i)],
Δ2z(i)=4·{z(i)-2z[i+u(i)/2]+z[i+u(i)]},Δ 2 z (i) = 4 · {z (i) -2z [i + u (i) / 2] + z [i + u (i)]},
где z(i) - значение интегральной рефлектограммы в i-той точке.where z (i) is the value of the integrated trace at the i-th point.
Традиционная рефлектограмма регистрируется в виде функцииA traditional OTDR is recorded as a function
y(i)=Δz(i)/u(i),y (i) = Δz (i) / u (i),
а эквивалентная длительность зондирующего импульса u(i) выбирается максимальной, но не превышающей длительности оптимальной для измерения коэффициента затухания, и обеспечивающей выполнение неравенствand the equivalent duration of the probe pulse u (i) is selected as maximum, but not exceeding the duration optimal for measuring the attenuation coefficient, and ensuring the fulfillment of the inequalities
Δz(i)/σ(i)≤, Δ2z(i)/σ(i)≤ψ,Δz (i) / σ (i) ≤ , Δ 2 z (i) / σ (i) ≤ψ,
где и ψ - коэффициенты, характеризующие степень сглаживания рефлектограммы.Where and ψ are coefficients characterizing the degree of smoothing of the trace.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004130114/22U RU44389U1 (en) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | OPTICAL INTEGRATING REFLECTOMETER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004130114/22U RU44389U1 (en) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | OPTICAL INTEGRATING REFLECTOMETER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU44389U1 true RU44389U1 (en) | 2005-03-10 |
Family
ID=35365573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004130114/22U RU44389U1 (en) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | OPTICAL INTEGRATING REFLECTOMETER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU44389U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759785C1 (en) * | 2021-03-09 | 2021-11-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптические технологии" (ООО "Оптические технологии") | Optical correlation reflectometer |
-
2004
- 2004-10-14 RU RU2004130114/22U patent/RU44389U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759785C1 (en) * | 2021-03-09 | 2021-11-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптические технологии" (ООО "Оптические технологии") | Optical correlation reflectometer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7016024B2 (en) | Accuracy automated optical time domain reflectometry optical return loss measurements using a “Smart” Test Fiber Module | |
| US9709460B2 (en) | Method and system for measuring an optical loss value of an optical fiber link | |
| CN101793600B (en) | Measuring device and method of optical fibre transmission loss factor | |
| US8428902B2 (en) | System and method for measuring fiber temperatures using OTDR measurements | |
| US20160013860A1 (en) | Multiple-acquisition otdr method and device | |
| WO2014101754A1 (en) | Multi-core optical fibre, sensing device adopting multi-core optical fibre and running method therefor | |
| US8400622B2 (en) | Enhanced OTDR sensitivity by utilizing mode-field diameter measurements | |
| CN103051378A (en) | Optical fiber fault detecting system based on optical fiber laser chaotic signal | |
| Kapron et al. | Fiber-optic reflection measurements using OCWR and OTDR techniques | |
| KR20140051495A (en) | Method for improving optical time domain reflectometer(otdr) performance | |
| CN109004973B (en) | OTDR performance evaluation device and method | |
| US5357333A (en) | Apparatus for measuring the effective refractive index in optical fibers | |
| KR20050084946A (en) | Method of evaluating fiber pmd using polarization optical time domain recflectometry | |
| CN108957209B (en) | Automatic broken line detection device for communication optical fiber cable production | |
| US6366347B1 (en) | Instrument for measuring the near-end crosstalk per unit length of multicore fibers | |
| CN101794506A (en) | Method and device used for data calibration in distributed type optical fiber temperature sensor | |
| CN114631002A (en) | Special optical fiber for measuring three-dimensional curve shape, manufacturing method thereof and system for measuring three-dimensional curve shape by using special optical fiber | |
| RU44389U1 (en) | OPTICAL INTEGRATING REFLECTOMETER | |
| EP3647757B1 (en) | Reflected light measurement device | |
| CN210327579U (en) | Optical cable vibrating positioning device | |
| RU2339929C1 (en) | Optical reflectometer | |
| CN110518967B (en) | Single-axis optical fiber interferometer and positioning device for eliminating optical fiber vibration blind area | |
| CN104457583B (en) | A kind of optic fibre length measurer and method | |
| US6912046B2 (en) | Instrument measuring chromatic dispersion in optical fibers | |
| RU2655046C1 (en) | Optical reflectometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20051015 |