Способ измерения потерь в световоде и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых потерь в волоконно-оптических трактах и датчиках физических величин. Сущность изобретения заключается в том, что в способе, основанном на пропускании через световод зондирующего импульса и измерении амплитуд сигнала релеевского рассеяния, пропускают многократно зондирующий импульс через световод, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода зондирующего импульса IgPoi, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в конце М-го прохода IgPrxi, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния между концом N и началом N+1-ro проходов, N - 1- суммируют их 2 A gPn - n+1 и определяют п 1 потери сигнала в световоде по приведенной формуле, а в устройство, содержащее источник оптического излучения, фотоприемник, регистрирующее устройство, Y-образный ответвитель, световод, при этом боковые каналы его ответвителя подключены к источнику излучения и фотоприемнику, а общий канал подключен к световоду, дополнительно введен второй Y-образный ответвитель, один из боковых каналов которого подключен к общему каналу первого Y-образного ответвителя, а световод подключен между общим и другим боковым каналом второго ответвителя.2 с.п. ф-лы,2 ил. (Л С 4 О 01 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 М 11/02

ГОСУДАРСТВЕННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

/ I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а = — 10 . 1g (дВ/км), Рвых

Рвх

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4887661/10 (22) 30.11,90 (46) 30.09,92, Бюл, К 36 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) И.К,Полякова и А,А,Соколовский (56) Андрушко Р..M., Гроднев И,И„Панфилов

И.П, Волоконно-оптические линии связи, M. Радио и связь, 1984, с. 105-112, Григорьянц В,B„×àìoðîâñêèé Ю,К. Диагностика волоконных световодов и оптических кабелей методом обратного рассеяния.

Итоги науки и техники, М.: Радиотехника, I 982, т, 29, с. 47-80, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ В СВЕТОВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩECTB J1EHI (57) Использование; изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых потерь в волоконно-оптических трактах и датчиках физических величин, Сущность изобретения заключается в том, что в способе, основанном на пропускании через световод зондирующего импульса и измерении амплитуд сигнала релеевского рассеяния, проИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых потерь (в том числе и наведенных) в волоконно-оптических трактах и датчиках физических величин, в которых внешнее воздействие приводит к изменению потерь.

Известен способ измерения потерь, сущность которого состоит в следующем: вводят излучение в волоконный световод через смеситель мод и измеряют мощность прошедшего сигнала Рвых, затем не меняя условий ввода, обламывают световод на

„„SU<„1765742 А1 пускают многократно зондирующий импульс через световод, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода зондирующего импульса IgP01, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в конце

И-го прохода IgPtu, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния между концом N и началом N+1-го проходов, N — 1 суммируют их,, Л IgI n и+1 и определяют и =1 потери сигнала в световоде по приведенной формуле, а в устройство, содержащее источник оптического излучения, фотоприемник, регистрирующее устройство, Y-образный ответвитель, световод, при этом боковые ка- 2 налы его ответвителя подключены к источнику излучения и фотоприемнику, а общий М канал подключен к световоду, дополнитель- С но введен второй Y-образный ответвитель, один из боковых каналов которого подключен к общему каналу первого Y-образного ответвителя, а световод подключен между общим и другим боковым каналом второго ответвителя. 2 с.п. ф-лы, 2 ил, расстоянии 1-2 м от источника и измеряют мощнось прошедшего сигнала Р» и потери определяют, как где L — длина волоконного световода.

Устройство для реализации этого способа состоит из источника оптического излучения, световода, фотоприемника, регистрирующего устройства и смесителя мод, при этом один конец световода через

1765742 смеситель мод подключен к источнику света, а второй — к фотоприемнику.

Недостатком данного технического решения является разрушение измеряемого волоконного световода, в процессе измере- 5 ния и низкая точность при измерении коротких Отрезков световодов, В качестве прототипа рассмотрим способ, который состоит в том, что импульс оптического излучения вводят в световод и 10 измеряют ослабление мощности обратного релеевского рассеяния от разных точек световода Р(1) и P(t2), При этом разделение сигналов от различных точек световодов происходит за счет временной задержки 15 распространения зондирующего импульса, Потери в волокне определяют по формуле а = — 10 Ig (дБ/км), l1 Р 1 1) C(t2 — т1 ) P (С2) где п — показатель преломления материала световедущей жилы;

С вЂ” скорость света в вакууме.

Устройство для реализации этого спосо- 25 ба состоит из источника оптического излучения, фотоприемника, регистрирующегс устройства., Y-образного волоконно-оптического ответвителя, световода, при этом боковые каналы Y-ответвителя подключены к 30 фотоприемнику и источнику оптического излучения, а общий канал его подключен к световоду.

Недостатком данного технического решения является низкая чувствительность, 35 обусловленная малой амплитудой сигнала релеевского рассеяния и, как следствие этого, малым отношением сигнал/шум на выходе фотоприемника.

Целью изобретения является повыше- 40 ние чувствительности, Указанная цель достигается: а) по способу тем, что в способе измерения потерь, основанном на пропускании зондирующего импульса через световод и 45 измерении ослабления мощности сигнала релеевского рассеяния, пропускают многократно зондирующий импульс через световод, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в начале 1- 50 го прохода зондирующегб импульса IgPo1, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в конце M-ro прохода IgPg, измеряют ослабление мощности сигнала между концом 1-го и началом N-го 55

И вЂ” 1 проходом, суммируют их,>, Л ОР— п+1

A =1 и определяют ослабление сигнала в световоде по формуле

К вЂ” 1

Ig Pq — Ig Po1 —,>, AIg Р „„+1 (дБ), где N — число проходов зондирующего импульса по волоконно-оптическому концу (целое положительное число); и — текущий проход; б) по устройству тем, что в устройстве для реализации способа измерения потерь в световоде, содержащем источник оптического излучения, фотоприемник, регистрирующ е устройство, Y-образный ответвитель, световод, при этом боковые ка. налы Y-ответвителя подключены к фотоприемнику и источнику излучения, а общий канал подключен к световоду, дополнительно введен второй Y-образный ответвитель, один из боковых каналов подключен к общему каналу первого Y-образного ответвителя, а световод подключен между общим и боковым каналом второго ответвителя.

В результате проведенных патентных исследований не установлено наличие технических решений, содержащих отличительные признаки предложенйого технического решения

Таким образом. предложенное техническОе решение удовлетворяет кри..ерию существенHых стличий, Блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа приведена на фиг.1: на фиг,2 — ослабление сигнала релеевского рассеяния в кольцевом гветоводе за И проходов, где 1 — источник оптического излучения, 2 — фотоприемник, 3 — регистрирующее устройство. 4 — первый Y-образный Ответвитель, 5 — световод, 6 — второй Y-образный ответвитель, с коэффициентами деления

К31, К13, К12, К21, согласно маркировке каналов, указанной на чертеже, причем боковые каналы первого Y-ответвителя подключены к источнику оптического излучения и фотоприемнику, общий канал этого ответвителя подключен к одному из боковых каналов второго Y-образного ответвителя, а второй боковой канал соединен со своим общим каналом через исследуемый световод.

Рассмотрим физические основы изобретения.

Зондирующий импульс источника излучения 1 рефлектометра мощностью P через отвствители 4, 6 попадает в волоконно-оптическое кольцо и циркулирует по нему до полного затухания из-за потерь в волоконном тракте 5 и ответвителе 6. Сигнал релеевского рассеяния распространяется в сторону, противоположную распространению ЗИ, В ответвителе 6 этот сигнал делит1765742 ся на 2 части, одна из которых выводится из кольца на фотоприемник 2 рефлектометра (канал 2 ответвителя) и используется в качестве информационной. Величина сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода зондирующего прохода по кольцу равна Ро1=Р р К1г Кг1, где р коэффициент релеевского рассеяния, Вторая часть сигнала (канал 3) начинает циркулировать по кольцу в обратном направлении по отношению к ЗИ. В момент, когда ЗИ завершил первый проход, на фотоприемник поступает игнал релеевского рассеяния, пришедший от середины волоконно-оптического кольца, мощностью Рк1=Рp Кг1 К1г 10

Далее ЗИ ослабляется в К 32 раз в направленном ответвителе и начинается второй проход по кольцу. Сигнал релеевского рассеяния от второго прохода накладывается на сигнал релеевского рассеяния от первого прохода.

Нетрудно показать, что в конце N-го прохода зондирующего импульса регистрируемый сигнал является суперпозицией 2N1 парциальных сигналов, циркулирующих в кольце, и при равномерном распределении потерь вдоль тракта определяется по формуле

N — 1

PN=P Кг1 К1г "0 (г, К31 К13+

=д.

i =о

»ч г

+, >,КЗ1 К1З), »=о

Регистрируемый сигнал релеевского рассеяния имеет вид квазипериодической ступенчатой кривой, период которой пропорционален L (фиг.2), Измерение сигнала при окончании N-го и начале (К+1)-ro проходов не зависит от длины волоконно-оптического тракта и потерь в нем, а является функцией параметров ответвителя, числа проходов ЗИ й-е »е»-»»»

Z К31 К»Ъ+, I<3(К»

Я

3 "+» "»=» М- -» »»-2

-е» i 8=i=»

КЯ+ 0 К » К»3 е=О е =0

»»-» t»- » „ Я 2

=»1 атее ке + ееы а i>) =о е— = е.а

Суммирование всех перепадов между первым и»" »-м проходами: ее-»

K 3< Kеъ+,О, К gt К е

i-- О =0

/N I»» е Nx ае-2-

= 9Д-К е К е К зе К еъ) е=О еО

И тогда измеряемые потери в световоде определяют как

»»-е е. е(е» а„- е» а„-т ее а 5i Ке » К » К а »а Кде К»2(К е К Е +

=»o N(-о,«j = »» .

Итак, видно, что при многократном прохождении импульса света через волоконный

25 световод можно измерять потери ниже предела амплитудного разрешения рефлектометра, Накопление слабого измеряемого сигнала позволяет повысить чувствительность по сранению с прототипом в N раз.

30 Пример реализации предложенного способа.

Устройство для реализации предложенного способа представлено на фиг,1, В качестве источника и приемника излучения

35 применялся импульсный волоконно-оптический рефлектометр (рабочая длина волны

А = 0,85 мкм, мощность зондирующего импульса P=200 мвт, длительность импульса т= 30 нс), В кольцевой системе использовал40 ся многомодовый направленный ответвитель Y-типа с коэффициентами деления

К1з=0,5, Кз1=0,45, избыточными потерями (на разъединение) = 0,9 дБ. Измеряемый световод имел ступенчатый профиль пока45 зателя преломления. Сигнал релеевского рассеяния с выхода рефлектометра контролировался осциллографом типа С1-75, через стробоскопический накопитель регистрировался на графопостроителе Н-306, Рефлек50 тометр откалиброван так, что каждый сантиметр на графике эквивалентен потерями в1дБ.

Порядок реализации предложенного способа, 55, Зондирующий импульс рефлектометра многократно пропускали через световод, Измеряли ослабление сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода

1765742 рующий импульс пропускают через световод многократно, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода зондирующего импульса IgPo1, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в конце

N-го прохода IgPg, измеряют ослабление мощности сигнала между концом (N-1)-го и началом N-го проходов, суммируют их

И вЂ” 1

Л IgPn — и+1, а потери сигнала в светоn=1 воде определяют по формуле

Находим потери в исследуемом световоде по формуле а =10

2, Устройство для измерения потерь в световоде, содержащее источник оптического излучения, фотоприемник, регистрирующее устройство, Y-образный ответвитель, при этом боковые каналы

Y-образного ответвителя подключены к источнику излучения и фотоприемнику, а общий канал его подключен к световоду, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно введен второй Y-образный ответвитель, один из боковых каналов которого подключен к общему каналу первого Y-образного ответвителя, а общий и второй каналы ответвителя являются входами световода.

= 0,2б дБ. зондирующего импульса (в логарифмическом масштабе) 10 IgPo1=3,8.

Измеряли ослабление сигнала релеевского рассеяния в конце, например, пятого прохода 10 IgPь=7,3 дБ. 5

Измеряли сумму ослаблений сигнала релеевского сигнала между концом предыдущего прохода и началом следующего прохода:

4 10

Л I g P п - и+1 = 1 0 (Л g P 1- 2+ g Р 2- з+ и =1

+ Л Ig РЗ-:4+ Л Ig P4 )=-0,9+0,8+1,1+1,2=

= 2,2 дБ.

10lgR l0lgP0l — 10 (AlgP0 Л-1

Q — — 1 20

Предложенный способ позволил измерить величину потерь в световоде в 2 раза 25 ниже предела разрешения рефлектометра

0,5 дБ.

Формула изобретения

1, Способ измерения потерь в световоде, состоящий в пропускании через свето- 30 вод зондирующего импульса и измерении ослабления мощности сигнала релеевского рассеяния, отл и чаю щийся тем,что,с целью повышения чувствительности, зондиИ вЂ” 1

Ig F N — Ig Р— Х @Ig Рn +

1765742!

Составитель И,Полякова

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С.Лисина

Редактор Н,Коляда

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1О1

Заказ 3381 TNp8>K Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5