28. Reflektometry i pomiary reflektometryczne.

Reflektometria światłowodowa (Optical Time Domain Reflectometry) - OTDR lub inaczej tzw. metoda rozpraszania wstecznego odgrywa dużą rolę w metrologii światłowodowej. Umożliwia wykrycie defektów oraz nieniszczącego pomiaru tłumienia, przy dostępie do jednego końca światłowodu. Metoda reflektometrii polega na wprowadzeniu do światłowodu krótkiego impulsu promieniowania i następnie zbadania zaniku w czasie, mocy powracającego promieniowania rozproszonego, ewentualnie odbitego.

Reflektometr jest podstawowym narzędziem dla instalacji i konserwacji linii światłowodowych. Zasada pomiaru reflektometrem opiera się na zasadzie pomiaru tłumienności światłowodu metodą rozproszenia wstecznego.

Metoda pomiaru wykorzystuje fakt, że ośrodek propagacji fal świetlnych jakim jest światłowód jest ośrodkiem stratnym, to znaczy że amplituda fali maleje wraz z pokonywanym przez nią dystansem. Zakłada się, że charakter tych strat jest jednorodny dla całego światłowodu.

Podstawowy problem stanowi interpretacja wyników, tym bardziej, że mogą nakładać się różne zjawiska, np. uskok przebiegu może być spowodowany tłumieniem złącza w którym znaczący udział może mieć różnica średnic i różnica apertur łączonych światłowodów. Trudności pomiarowe związane są z bardzo małym stosunkiem sygnał/szum, powodując konieczność stosowania techniki uśredniania sygnału. Dokładność pomiaru odległości (dokładność lokalizacji zdarzeń) jest funkcją stabilności źródła, czystości próbek, błędu apertury kabla, współczynnika kabla, błędu podstawy czasu.

Schemat transmisji mocy przedstawia poniższy schemat: rys 1.

Układ bazowy reflektometru: rys 2.

Rozproszenie wsteczne jest niewielką częścią rozproszenia Rayleigh'a, które wraca do reflektometru. Poszczególne elementy tłumiące przedstawione na rysunku nr 3 można ogólnie podzielić na przypadki bezodbiciowe i odbiciowe.

Spoiny i zgięcia powodują tłumienie bez odbić, natomiast złącza stykowe, złączki i pęknięcia są powodem odbić i tłumienia. Ich zobrazowanie na ekranie jest podobne. Zakończenie włókna może być odbiciowe lub nieodbiciowe. Złączka i złącze stykowe w porównaniu z pęknięciem i końcem włókna wprowadza dużo mniejsze tłumienie (rys 3).

Rys 4.

Podstawowe definicje:

• Dynamika;

Dynamika określa zasięg i jak małe zmiany tłumienia w kablu może „zobaczyć” reflektometr. Dynamika reflektometru jest to różnica między maksymalnym poziomem mocy rozproszenia wstecznego dla zerowej odległości i poziomem mocy szumu własnego odbiornika OTDR stanowiącej 98% szczytowej wartości szumu.

DR=P_bs(x=0)-P_sz98%

Dynamikę reflektometru można wyznaczyć na podstawie reflektogramu, rys 5.

Wymagana dynamika równa jest sumie całkowitej tłumienności linii i wymaganego SNR. Na dynamikę reflektometru ma wpływ: szerokość impulsu (krótki impuls zmniejsza dynamikę), czas uśredniania (dłuższy czas uśredniania zwiększa dynamikę poprzez zmniejszenie poziomu szumów reflektometru), konstrukcja reflektometru (reflektometr OTDR z zasięgiem krótkim zmniejsza dynamikę poprzez większy poziom szumów, natomiast odwrotnie jest przy zasięgu długim reflektometru).

• strefa martwa; strefa martwa tłumieniowa i zdarzeniowa.

Strefa martwa występuje zawsze na wyjściu reflektometru oraz przy każdym skoku tłumienia w światłowodzie. Na strefę martwą ma wpływ: szerokość impulsu (krótki impuls zmniejsza strefę martwą), amplituda odbić, konstrukcja reflektometru (reflektometr z zasięgiem krótkim daje krótszą strefę martwą - szybsze przejścia i na odwrót w przypadku reflektometru z zasięgiem długim).

Rys 5.

Dynamika Strefa martwa

Wpływ szerokości impulsu wpływ czasu uśredniania na dynamikę

na dynamikę i strefę martwą

P_r(x)

x

P(0)

P(x)

P(L)

0

L

laser

Generator impulsów

Układ analizy i wyświetlacz

detektor

sprzęgacz

spoina

zagięcie

złączka podłącze pęknięcie koniec

stykowe

spoina

zgięcie

tłumienie

Szczelina powietrzna

Złącza stałe lub złączka

pęknięcie

tłum

odbicie

Koniec włókna lub rozłączenie (odbiciowe)

Koniec przerwanego włókna (niodbiciowe)

---