Способ измерения избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля в процессе климатических испытаний

Изобретение относится к измерительной технике и применяется для измерения избыточной длины оптического волокна. В указанном способе используют климатическую камеру, в которой устанавливают отрицательную температуру и выдерживают при этой температуре испытуемую длину оптического кабеля в течение заданного интервала времени. С помощью оптического переключателя к оптическому волокну подключают импульсный оптический рефлектометр обратного релеевского рассеяния, измеряют и запоминают характеристику обратного релеевского рассеяния оптического волокна. Далее его отключают и подключают поляризационный импульсный оптический рефлектометр, посредством которого измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, далее повторяют измерения характеристик при другом значении отрицательной температуры и по характеристикам обратного релеевского рассеяния определяют коэффициент затухания, а по поляризационным - длину биений оптического волокна при различных температурах, далее рассчитывают изменение коэффициента затухания и длины биений при изменении температуры и определяют локальную избыточную длину для каждого участка оптического волокна. Технический результат - повышение чувствительности измерения избыточной длины оптического волокна. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля в процессе климатических испытаний.

Известны способы измерения избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле в процессе изготовления оптических модулей оптических кабелей [1-3]. Реализующие данные способы системы позволяют измерять значение избыточной длины оптического волокна в модульной трубке по всей длине оптического модуля путем непрерывного сравнения скорости пучка оптических волокон со скоростью модульной трубки. Эти способы могут быть использованы только при изготовлении оптического модуля. Соответственно, они эффективны только в том случае, если в дальнейшем исключена усадка полимерной трубки и, следовательно, дальнейшее изменение "избыточной длины". Однако известно [4, 5], что говорить о неизменности избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле на последующих производственных операциях можно, лишь когда полимерная оболочка оптического модуля (модульная трубка) жестко связана с силовым элементом. При этом очевидно, что данные способы нельзя применять в процессе климатических испытаний строительных длин оптического кабеля, в частности при низких отрицательных температурах, когда эффект избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле проявляется наиболее существенно.

Известны способы измерений избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля, базирующиеся на измерениях длины модульной трубки и оптического волокна короткого образца оптического модуля после его изготовления [6, 7]. Данные способы не позволяют оценивать распределения избыточной длины оптического волокна по длине оптического модуля, а дают некоторую выборочную оценку избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле. Соответственно, они не позволяют выявлять на строительной длине оптического кабеля участки, на которых имеют место повышенные механические напряжения в оптических волокнах. Кроме того, эти способы трудно реализовать в процессе климатических испытаний строительных длин оптического кабеля при низких отрицательных температурах, когда избыточная длина волокна и, соответственно, механические напряжения в нем максимальны.

От этих недостатков свободен способ [8], согласно которому к оптическому волокну испытуемой строительной длины оптического кабеля подключают Бриллюэновский импульсный оптический рефлектометр (B-OTDR) и измеряют характеристику обратного Бриллюэновского рассеяния оптического волокна, по которой оценивают распределение локальных оценок избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле вдоль длины оптического кабеля. Главное ограничение, присущее B-OTDR, связано с распространением диагностирующего излучения по сердечнику ОВ, что не позволяет выделять отдельные части ОВ, подвергнутые растяжению, например при его изгибе [8, 9], а следовательно, корректно оценивать локальную избыточную длину оптического волокна. Кроме того, применение B-OTDR существенно ограничивает его высокая стоимость.

Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.

Эта сущность достигается тем, что согласно способу измерения избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля в процессе климатических испытаний к оптическому волокну строительной длины оптического кабеля подключают импульсный оптический рефлектометр и измеряют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, используя которую рассчитывают распределение локальных оценок избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле вдоль длины оптического кабеля, при этом барабан с испытуемой строительной длиной оптического кабеля помещают в климатическую камеру, один конец испытуемой строительной длиной оптического кабеля выводят через шлюз климатической камеры и измеряют характеристики обратного релеевского рассеяния и поляризационные характеристики обратного релеевского рассеяния при нескольких разных значениях отрицательной температуры в климатической камере, для чего устанавливают в климатической камере отрицательную температуру T_i, выдерживают барабан с испытуемой строительной длиной оптического кабеля при этой температуре в течение заданного интервала времени, после чего к оптическому волокну строительной длины оптического кабеля на выведенном из шлюза климатической камеры конце подключают импульсный оптический рефлектометр обратного релеевского рассеяния, с помощью которого измеряют и запоминают характеристику обратного релеевского рассеяния оптического волокна, затем вместо импульсного оптического рефлектометра обратного релеевского рассеяния к этому же оптическому волокну испытуемой строительной длины оптического кабеля подключают поляризационный импульсный оптический рефлектометр, с помощью которого измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, далее повторяют измерения при отрицательной температуре T_i+1, измеренные характеристики обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого k-того участка по характеристикам обратного релеевского рассеяния определяют коэффициент затухания, а по поляризационным характеристикам обратного рассеяния длину биений оптического волокна при значениях температуры T_i и T_i+1, соответственно, для каждого k-того участка рассчитывают изменение коэффициента затухания Δα_k и длины биений ΔL_Bk оптического волокна при изменении температуры от T_i до T_i+1 и определяют оценки локальной избыточной длины δl_k для каждого k-того участка оптического волокна испытуемой строительной длины оптического кабеля при значениях температуры T_i и T_i+1, используя соотношения:

где С, γ, K - постоянные для заданных конструкций оптического волокна и кабеля величины;

Δα_k, ΔL_Bk - изменения коэффициента затухания и длины биений оптического волокна на k-том участке при изменении температуры от T_i до T_i+1, соответственно;

δl_k(T) - оценка локальной избыточной длины на k-том участке при температуре Т.

На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.

Устройство содержит климатическую камеру 1 со шлюзом 2, испытуемую строительную длину оптического кабеля 3 с оптическим волокном 4 на барабане 5, импульсный оптический рефлектометр обратного релеевского рассеяния 6 и поляризационный импульсный оптический рефлектометр 7, выходы которых соединены с первым и вторым входами блока обработки и отображения данных 8, а также оптический переключатель 9. При этом, испытуемая строительная длина оптического кабеля 3 с оптическим волокном 4 на барабане 5 помещена в климатическую камеру 1, один конец испытуемой строительной длины оптического кабеля 3 с оптическим волокном 4 выведен через шлюз 2 климатической камеры 1, на этом конце оптическое волокно 4 соединено со входом оптического переключателя 9, первый выход которого соединен со входом импульсного оптического рефлектометра обратного релеевского рассеяния 6, а второй выход - со входом поляризационного импульсного оптического рефлектометра 7.

Устройство работает следующим образом. В климатической камере 1 устанавливают отрицательную температуру T_i и выдерживают при этой температуре испытуемую строительную длину оптического кабеля 3 с оптическим волокном 4 на барабане 5 в течение заданного интервала времени. С помощью оптического переключателя 9 к оптическому волокну 4 строительной длины оптического кабеля 3 со стороны выведенного из шлюза климатической камеры его конца подключают импульсный оптический рефлектометр обратного релеевского рассеяния 6, с помощью которого измеряют и запоминают характеристику обратного релеевского рассеяния оптического волокна 4. Затем с помощью оптического переключателя 9 отключают импульсный оптический рефлектометр обратного релеевского рассеяния 6 от оптического волокна 4 и подключают к нему поляризационный импульсный оптический рефлектометр 7, с помощью которого измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна 4. Далее повторяют измерения характеристик при другом значении отрицательной температуры в климатической камере - T_i+1. После чего данные характеристик обратного рассеяния оптического волокна 4 передают в блок обработки и отображения данных 8, в котором измеренные характеристики обратного рассеяния оптического волокна 4 разбивают на одинаковые участки, для каждого k-того участка по характеристикам обратного релеевского рассеяния определяют коэффициент затухания, а по поляризационным характеристикам обратного рассеяния длину биений оптического волокна при температуре T_i и T_i+1, соответственно, для каждого k-того участка рассчитывают изменение коэффициента затухания Δα_k и длины биений ΔL_Bk оптического волокна 4 при изменении температуры от T_i до T_i+1 и определяют оценки локальной избыточной длины δl_k для каждого k-того участка оптического волокна 4 испытуемой строительной длины оптического кабеля 3 при температуре T_i и T_i+1, используя соотношения:

где С, γ, K - постоянные для заданных конструкций оптического волокна и кабеля величины;

Δα_k, ΔL_Bk - изменения коэффициента затухания и длины биений оптического волокна на k-том участке при изменении температуры от T_i до T_i+1, соответственно;

δl_k(T) - оценка локальной избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля на k-том участке при температуре Т.

Как известно, сигнал обратного Мандельштам-Бриллюэновского рассеяния слабо зависит от радиусов изгиба оптического волокна в оптическом модуле и, как следствие, от значений локальной избыточной длины волокна в модуле. В предлагаемом способе для определения оценок локальной избыточной длины используются поляризационные характеристики обратного рассеяния, сильно коррелированные с радиусами изгиба волокна, что обеспечивает большую чувствительность предлагаемого способа измерений по сравнению с прототипом. Кроме того, чувствительность предлагаемого способа измерения избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля увеличивается за счет выполнения измерений при низких отрицательных температурах. При этом для измерений в отличие от известного способа, которым является прототип, используются не дорогостоящий импульсный оптический рефлектометр обратного бриллюэновского рассеяния, а относительно недорогие обычный импульсный рефлектометр обратного релеевского рассеяния и поляризационный импульсный оптический рефлектометр. Все это расширяет область применения предлагаемого способа по сравнению с прототипом.

Источники информации

1. Патент US 4921413.

2. Патент US 4983333.

3. For Loose Tube Fiber and Fiber Ribbon Cabling - Excess Fiber Length Manufacturing Measurement System, http://www.betalasermike.com/

4. Авдеев Б.В., Барышников E.H., Длютров O.B., Стародубцев И.И. Изменение избыточной длины в процессе изготовления ВОК // Кабели и провода. - 2002. - №3(274). - с. 32-34.

5. Авдеев Б.В., Барышников Е.Н. Проблемы корректного определения избыточной длины оптического волокна в оптическом кабеле // Электротехника, электромеханика и электротехнологии: Тез. докладов III международной конференции 1999 г., Россия, Клязьма. - М.: МЭИ, 1999 г. - С. 86-87.

6. Барышников Е.Н., Длютров О.В., Рязанов И.Б., Серебрянников С.В. Измерение избыточной длины волокна в оптическом модуле // Тез. докладов IV международной конференции по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов 24-27 сентября 2001 г., Россия, Клязьма. - М.: МЭИ, 2001 г. - С. 40-42.

7. Патент CN 101105559.

8. Корн В.М., Длютров О.В., Авдеев Б.В., Барышников Е.Н. О применении метода Мандельштам-Бриллюэновского рассеяния для измерений характеристик оптических кабелей // Кабели и провода, №5(288), 2004. - С. 19-21.

9. Акопов С.Г. Контроль бриллюэновским рефлектометром технологии производства оптических кабелей // Вестник связи, 2003. №4. - С. 136-138.

Способ измерения избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля в процессе климатических испытаний, согласно которому к оптическому волокну строительной длины оптического кабеля подключают импульсный оптический рефлектометр и измеряют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, используя которую рассчитывают распределение локальных оценок избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле вдоль длины оптического кабеля, отличающийся тем, что барабан с испытуемой строительной длиной оптического кабеля помещают в климатическую камеру, один конец испытуемой строительной длиной оптического кабеля выводят через шлюз климатической камеры и измеряют характеристики обратного релеевского рассеяния и поляризационные характеристики обратного релеевского рассеяния при разных значениях отрицательной температуры в климатической камере, для чего устанавливают в климатической камере отрицательную температуру T_i, выдерживают барабан с испытуемой строительной длиной оптического кабеля при этой температуре в течение заданного интервала времени, после чего к оптическому волокну строительной длины оптического кабеля на выведенном из шлюза климатической камеры конце подключают импульсный оптический рефлектометр обратного релеевского рассеяния, с помощью которого измеряют и запоминают характеристику обратного релеевского рассеяния оптического волокна, затем вместо импульсного оптического рефлектометра обратного релеевского рассеяния к этому же оптическому волокну испытуемой строительной длины оптического кабеля подключают поляризационный импульсный оптический рефлектометр, с помощью которого измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, далее повторяют измерения при отрицательной температуре T_i+1, измеренные характеристики обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого k-того участка по характеристикам обратного релеевского рассеяния определяют коэффициент затухания, а по поляризационным характеристикам обратного рассеяния длину биений оптического волокна при значениях температуры T_i и T_i+1, соответственно, для каждого k-того участка рассчитывают изменение коэффициента затухания Δα_k и длины биений ΔL_Bk оптического волокна при изменении температуры от T_i до T_i+1 и определяют оценки локальной избыточной длины δl_k для каждого k-того участка оптического волокна испытуемой строительной длины оптического кабеля при значениях температуры T_i и T_i+1, используя соотношения:

где С, γ, K - постоянные для заданных конструкций оптического волокна и кабеля величины;
Δα_k, ΔL_Bk - изменения коэффициента затухания и длины биений оптического волокна на k-том участке при изменении температуры от T_i до T_i+1, соответственно;
δl_k(T) - оценка локальной избыточной длины на k-том участке при температуре Т.