Измерители мощности оптического излучения

Методы измерений и приборы, используемые в процессе строительства и эксплуатации.

Измерения параметров ВОСП в проходящем излучении

Классификация измерений

В процессе строительства и эксплуатации ВОЛС проводятся следующие виды измерений:

1. Измерения в процессе строительства

¨ входной контроль;

¨ оценка качества строительных работ с целью доведения параметров до установленных нормативов;

¨ приемно-сдаточные испытания.

2. Измерения в процессе эксплуатации

¨ профилактические измерения;

¨ аварийные измерения;

¨ входной контроль;

¨ контрольные измерения после аварийно-восстановительных работ

¨ непрерывный мониторинг с помощью встроенного в ВОСП контрольно-измерительного оборудования.

Входной контроль производится перед проведением строительных и ремонтных работ, связанных с заменой кабеля и прочих компонентов ВОЛС. В ходе этих измерений контролируется качество строительных длин кабеля и других компонентов. При входном контроле с помощью оптического тестера (мультиметра) измеряют вносимое затухание всех ОВ и по известной строительной длине рассчитывают коэффициенты затухания, измеряют с помощью рефлектометра потери в контрольных сварках ОВ между собой. Для паспортизации строительной длины используют результаты измерений вносимого затухания и регистрируют рефлектограммы всех ОВ строительной длины с двух сторон.

Оценка качества строительных работи контрольные измерения после аварийно-восстановительных работ включают измерения с помощью оптического тестера (мультиметра) вносимого затухания всех ОВ на смонтированных или отремонтированных участках, двухсторонние измерения с помощью оптического рефлектометра потерь в смонтированных соединениях ОВ и ремонтных кабельных вставках. Для паспортизации построенного или отремонтированного кабельного участка используют результаты измерений вносимого затухания и регистрируют рефлектограммы всех ОВ кабельного участка с двух сторон.

Приемно-сдаточные испытания и профилактические измерения включают те же измерения и предполагают паспортизацию построенного кабельного участка или внесение в существующий паспорт результатов профилактических измерений.

Аварийные измерения проводятся для определения характера повреждения и расстояния до него. Для аварийных измерений обычно используется оптический рефлектометр, которым проводят двухсторонние измерения. Иногда могут использоваться другие методы, например, использующие мостовые или трассопоисковые приборы для определения расстояния до обрыва или понижения сопротивления изоляции в проводниках дистанционного питания, металлических влагозащитных оболочках, бронепокровах и.т.п.

Для определения параметров ВОСП проводят различные измерения в проходящем и рассеянном свете. В проходящем свете проводятся измерения следующих величин:

· мощности и спектрального состава оптического излучения источников;

· параметров фотоприемных устройств;

· энергетического запаса на регенерационном участке;

· вносимого затухания на кабельном участке;

· среднего коэффициента затухания;

· коэффициента ошибок;

· параметров формы оптических импульсов.

Для измерения параметров компонентов ВОЛС и параметров ВОЛС в целом нужны следующие оптические средстваизмерения:

· Измерители оптической мощности,

· Измерительные источники излучения,

· Анализаторы оптического спектра,

· Оптические аттенюаторы,

· и электрические приборы:

· широкополосный осциллограф,

· измеритель коэффициента ошибок или сетевой анализатор трафика.

Измерители мощности оптического излучения

Мощность оптического излучения P может измеряться в единицах мощности (Вт) или в логарифмических единицах p (дБм) по отношению к мощности 1 мВт. Для измерения мощности излучения используют специальные приборы - измерители оптической мощности или оптические ваттметры, которые могут использоваться отдельно или входить в состав комплектов оптического тестера или в состав мультиметров.

Измерители оптической мощности используются для определения мгновенных, средних и максимальных значений мощности на выходах излучателя или в различных точках волоконно-оптического линейного тракта (ВОЛТ).

Измеритель оптической мощности (рис. 12.1) состоит из следующих функциональных узлов:

· входного оптического разъема (ОР) или ОР с аттенюатором (АТТ);

· фотоприемника (ФП), который преобразует мощность оптического излучения в электрический сигнал (обычно фототок);

· усилителя фототока (УФТ), на выходе которого с помощью осциллографа можно наблюдать сигнал, пропорциональный мгновенному значению мощности;

· аналого-цифрового преобразователя (АЦП);

· микроконтроллера (МК);

· устройства отображения (УО).

Рис. 12.1. Структурная схема измерителя оптической мощности

Программное обеспечение МК позволяет проводить обработку цифрового сигнала с выхода АЦП, выполняя следующие функции:

· автоматическое управление коэффициентом усиления УФТ,

· вычисление среднего значения сигнала,

· определение максимального и минимального значений,

· логарифмирование,

· вывод информации на УО и персональный компьютер (ПК).

Существует большое разнообразие фотоприемников, например фотоэлементы, фотоумножители (квантовые приемники с внешним фотоэффектом), фотодиоды, фототриоды, фототиристоры (квантовые приемники с внутренним фотоэффектом), термоэлектрические, болометрические (тепловые приемники). В качестве ФП чаще всего применяют p- i- n фотодиоды (ФД). К ФД для измерителей оптической мощности предъявляется ряд требований.

ФД должен иметь минимальную фоточувствительную площадку, но достаточную для регистрации всего потока излучения, выходящего из источника излучения или ОВ.

Чувствительность ФД должна быть однородна по площади, а характеристика преобразования - линейной во всем диапазоне измеряемых мощностей. Чувствительность должна мало зависеть от температуры.

ФД должен обладать малым уровнем шума, низким порогом реагирования. Для этого он должен иметь малый уровень темнового тока, который возрастает с увеличением площади фоточувствительной площадки.

Наилучшими параметрами для измерителей мощности обладают ФД p- i- n структуры. Для длин волн до l = 1 мкм обычно используют кремниевые ФД, для длин волн от 1 мкм до 1.65 мкм используют ФД на основе германияили на основе арсенида галлия, легированного индием. Наилучшими параметрами: высокой линейностью, температурной стабильностью, широким динамическим диапазоном по линейности и по шумам (малый темновой ток) - обладают кремниевые p- i- n фотодиоды.

Измерители оптической мощности в ВОСП работают в широком динамическом диапазоне уровней от -85 дБм до 20 дБм. Их разрешающая способность обычно составляет 0.1 или 0.01 дБ, а погрешность измерения от 0.1 до 0.5 дБ. На нижнем пределе измерения погрешность измерения определяется шумами ФД и УФТ, а на верхнем пределе приходится бороться с перегрузкой ФД и УФТ. Эти требования не всегда удается сочетать в одном приборе. Поэтому существует широкая номенклатура измерителей мощности, ориентированных на измерения в определенном диапазоне мощностей. При уровнях входных мощностей более 3-10 дБм перед входом ФП устанавливают АТТ (рис.12.1).

Чувствительность ФДобычно возрастает с увеличением длины волны. Измерение мощности излучения с заданной погрешностью возможно только на определенных длинах волн калибровки. Длину волны надо знать или уметь определять до измерения мощности. Обычно измерители оптической мощности имеют переключаемый вручную набор длин волн, на которых они откалиброваны.

В качестве примера приведем параметры измерителя мощности серии Топаз 3200 (рис. 12.2а). Изготовитель НПК «СвязьСервис» СПб. Длины волн калибровки 850, 1310, 1490, 1550 и 1625 нм, разрешающая способность 0.1 дБ, погрешность 0.4 дБ, диапазон измеряемых уровней оптической мощности -60 - +6 дБм (для модели 3210) и -40 - +20 дБм (для модели 3220).

Более совершенным изделием того же производителя являетсяизмеритель мощности серии Топаз-7200-А (рис. 12.2б). Помимо указанных длин волн калибровки для серии Топаз 3200 он позволяет устанавливать любые длины волн калибровки в диапазонах 800-900 и 1210-1650 нм с шагом 5 нм. Разрешающая способность 0.01 дБ, погрешность 0.3 дБ, диапазон измеряемых уровней оптической мощности -85 - +6 дБм (для модели 7210-А) и -60 - +20 дБм (для модели 7220-А). При использовании специального источника оптического излучения может измерять затухание одновременно на 3-х длинах волн в реальном масштабе времени.

 

а	б

Рис.12.2. Внешний вид измерителей мощности

Существуют также измерители - анализаторы оптической мощности с набором оптических фильтров, которые позволяют определять мощности в некотором спектральном диапазоне, используемом для систем связи CWDM(рис.12.3а) или DWDM (рис.12.3б).

 

а	б

Рис.12.3. Измерители – анализаторы оптической мощности для длин волн систем CWDM (а) и DWDM (б).

Измерители оптической мощности в сочетании с другими приборами могут использоваться для определения параметров ФПУ ВОСП:

· чувствительности ФПУ p _фмин,

· уровня перегрузки ФПУ p _фмакс,

· динамического диапазона ФПУ D _ф

и параметров регенерационного участка ВОСП:

· вносимого затухания a _вн,

· энергетического запаса Э_зап.

Методы измерения вносимого затухания будут изложены ниже.