Основные измерительные приборы и их параметры

Для решения указанных выше задач по измерению уровней мощности оптических сигналов, определению места разрыва оптического волокна, а также затухания оптического волокна в настоящее время используются следующие основные типы измерительных приборов:

источники стабилизированного оптического излучения, или генераторы тестового оптического сигнала;

измерители уровней оптической мощности;

анализаторы затухания оптического волокна, или оптические рефлектометры;

комбинированные измерительные приборы, или оптические тестеры.

Рассмотрим каждый из указанных типов приборов более подробно.

1. Генераторы тестового оптического сигнала являются лазерными источниками стабилизированного одномодового оптического излучения. Они предназначены для введения в ООВ сигнала заданного уровня на заданной длине волны с целью определения затухания этого волокна. Основные параметры некоторых источников оптических сигналов приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Тип прибора	Произво­дитель	Длина волны излуче­ния, нм	Выход­ной уровень, дБм	Ширина спектральной линии, нм	Масса, г	Габариты, мм	Условия работы при температуре, °С
Е 5974 А	HP	1310;	-7			95 x 49 x 195	-10...+ 55
OLS -17	W&G		-			95 х 49 х 195	-10...+ 55
FLS- 135 A	EXFO	1310;	-7			210 x 100 x 50	-10...+ 50
266 А	RIFOCS		-10	Меньше 3		72 х 142 х 36	-15...+ 50
TOP 150	Tektronix		-10	Меньше 3		72 х 142 х 36	-15...+ 50
7 ХТ	Photodyne	1300;	-10	Меньше 3		77 х 375 х 18	0...+ 40
ОТ- 30 -Х	ОПТЕЛ	1310;				160 х 85 х 30	+ 5...+ 40

Учитывая, что здесь рассматриваются вопросы эксплуатационных измерений, в данной и последующих таблицах приводятся и чисто эксплуатационные параметры измерительного оборудования, такие как масса, габариты и температурные условия работы.

Иногда в качестве стабилизированного источника оптического сигнала на уже работающих (действующих) СЛТ используются лазеры оптических передатчиков линейного оборудования данной системы передачи SDH.

2. Измерители уровней оптической мощности ОРМ (Optical Power Meters) предназначены для определения уровня мощности на выходе оптических излучателей сигналов (оптический передатчик, регенератор СЛТ), а в паре с генератором тестового оптического сигнала обеспечивают измерение затухания различных устройств системы передачи SDH (станционных или линейных участков ОВ, оптических адаптеров, аттенюаторов и т. д.).

Измеритель ОРМ представляет собой последовательное соединение трех основных его устройств: оптического детектора (фотодиода), сигнального процессора и цифрового дисплея. Наиболее важным устройством прибора является оптический детектор, который определяет основные параметры самого измерителя ОРМ. В качестве детектора самое широкое распространение получил твердотельный фотодиод на основе сплава тройного соединения индия и арсенида галлия InGaAs. Такой детектор оптических сигналов на длинах волн 1300 и 1550 нм имеет наиболее равномерную измерительную (ватт-амперную) характеристику (зависимость выходного тока фотодиода от мощности входного оптического сигнала), высокую температурную и временную стабильность и меньший уровень собственных шумов по сравнению с фотодетекторами на основе германия.

Наиболее мощные современные измерители ОРМ используют детектор на основе сплава InGaAs [8]. Оптический детектор принимает входной оптический сигнал и превращает его в электрический ток, который поступает на сигнальный процессор. В соответствии с измерительной характеристикой детектора процессор пересчитывает полученный электрический сигнал в единицы измерений уровней мощности (дБм) и представляет их на экран прибора. Если измерительная характеристика фотодиода существенно неравномерна, то для компенсации этой неравномерности сигнальный процессор должен иметь более сложную структуру.

Если высокотехнологичный детектор будет иметь более равномерную измерительную характеристику, то сигнальный процессор может быть относительно простым. При разработке измерителя ОРМ основным вопросом является выбор между стоимостью высококачественного фотодиода и сложностью (стоимостью) сигнального процессора. Необходимо также учитывать, что некачественный фотодиод может иметь низкую временную стабильность измерительной характеристики, что потребует регулярной калибровки прибора.

Основными параметрами измерителей ОРМ являются тип детектора, точность и диапазон измерений на заданной длине волны принимаемого оптического излучения. Параметры некоторых типов измерителей ОРМ приведены в табл. 6.2 [7].

Таблица 6.2

Тип прибора	Произво­дитель	Тип детектора	Точность измере­ния, дБм	Диапазон измере­ния, дБм	Длина волны, нм	Масса, г	Габариты, мм	Условия работы при темпера­туре, °С
OLP -25	W&G	InGaAs	±0,10	-75...+ 5	1300;		98x180x68	-10...+ 50
FOT -92 A	EXFO	Ge	±0,20	-70...+ 10	780...1600		190x100x45	-10...+ 50
FOT- 93 A	EXFO	InGaAs	±0,20	-73...+ 3	850... 1600		190x100x45	-10...+ 50
E 5970 A	HP	InGaAs	±0,13	-70...+ 11	800... 1600		95х49х 195	-10...+ 55
555 В	RIFOCS	InGaAs	±0,25	-60...+ 3	1300;		72 х 142 х 36	-15...+ 55
558 B	RIFOCS	InGaAs	±0,25	-40...+ 20	1300;		72 х 142 х 36	-15...+ 55
FM 8515 B	Wilcom	InGaAs	±0,20	-60...+ 5	1300;		83x152x33	0...+ 50
T 339 С	Wilcom	Ge	±0,30	-60...+ 0	1300;		152x89x71	-10... + 40
OT- 30 -U	ОПТЕЛ	InGaAs	±0,20	-60...+ 3	850... 1600		160 х 85 х 30	+5...+ 40

Возможность поддержки различных оптических адаптеров в современных системах передачи SDH является также важным условием выбора измерителя ОРМ. В настоящее время на сети SDH номенклатура используемых стандартных адаптеров достаточно велика: Biconic, D 4, FC, SC, МIС, SMA, ST, Лист- X и др.

3. Оптические рефлектометры являются примером многофункциональных приборов для эксплуатационного измерения и анализа следующих параметров оптического волокна:

обнаружение мест различных неоднородностей в структуре волокна;

затухание и распределение потерь вдоль волокна;

временная стабильность затухания оптических сигналов в волокне;

затухание между двумя любыми точками волокна;

дополнительные потери в местах соединения оптических волокон;

коэффициент обратного рассеяния в волокне;

диаметр сердцевины ОВ и его флуктуации вдоль волокна и др.

В основе прибора используется метод обратного рэлеевского рассеяния в материале волокна. Часть рассеянного в волокне оптического излучения вследствие френелевского отражения на неоднородностях волокна (дефекты материала, сварка волокон, разъемные соединители и т. д.) возвращается по нему в обратном направлении и содержит сведения о значении и распределении параметров оптического волокна по его длине. Для реализации этого метода на одном конце волокна вводят в него короткий мощный оптический импульс и затем на этом же конце принимают и наблюдают сигнал, отраженный различными неоднородностями.

Рефлектометр представляет собой совокупность четырех основных устройств: источника импульсов оптического излучения, фотоприемника (измерителя) отраженного сигнала, управляющего процессора и оптического разветвителя. Структурная схема рефлектометра приведена на рис. 6.16.

Рис. 6.16

Для ввода оптических импульсов в волокно используются направленный ответвитель и оптический адаптер. Отраженный сигнал через тот же ответвитель поступает на высокочувствительный (уровень шума минус 75 дБ) фотоприемник, где преобразуется в электрическое напряжение.

Это напряжение подается на вход Y осциллографа, вызывая соответствующее принятой мощности обратного рассеяния отклонение луча осциллографа. Управляющий процессор согласует работу лазерного диода и осциллографа, создавая возможность наблюдения потока обратного рассеяния полностью или по частям. Ось X осциллографа градуируется в единицах расстояния, а ось Y - в децибелах.

Основными параметрами рефлектометров являются длина волны оптического излучения, разрешающая способность и диапазон возможных измерений затухания волокна.

Обычно рефлектометры разделяют на два класса: дальнего действия и минирефлектометры. Последние имеют высокую разрешающую способность, обеспечивают локализацию разрыва ОВ и различение двух объектов неоднородности на расстоянии менее 10 м. Мертвая зона рефлектометров дальнего действия обычно превышает 10 м.

Основные параметры рефлектометров дальнего действия приведены в табл. 6.3, а минирефлектометров - в табл. 6.4.

Таблица 6.3

Тип прибора	Произво­дитель	Длина волны, нм	Диапазон затухания, дБ	Разреша­ющая спо­собность, м	Макси­мальная длина, км	Дополнительные устройства
AQ 7210	Ando	1310; 1550	37...34	0,01		FDD 1,44;
						внешний принтер
MW 9060 A	Anristu	1310; 1550	34,5...33,0	0,05	-	FDD 1,44; MS DOS;
						внешний принтер
	HP	1310; 1550	40...39	0,1	-	FDD 1,44; WIN 95;
						внешний принтер
Fiber Master	Tektronix	1310; 1550	-	0,2		FDD 1,44; MS DOS;
						встроенный принтер
Helios	Wavetek	1310; 1550	35...33	0,01		FDD 1,44;
(7920)						встроенный принтер

Таблица 6.4

Тип прибора	Произво­дитель	Длина волны, нм	Диапазон затухания, дБ	Разрешающая способность, м	Масса, кг	Дополнительные устройства
MW 9070 A	Anristu	1310; 1550	23,0... 20,5		0,45	FDD 1,44;
						внешний принтер
FTB 250	EXFO	1310; 1550	28... 26		-	FDD 1,44; Windows;
						внешний принтер
Е 6000 А	HP	1310; 1550	29... 27		2,8	FDD 1,44;
OFT- 50	W&G	1310; 1550			2,5	внешний принтер
MTS 5200	Wavetek	1310; 1550	До 38		-	Встроенный термо­ принтер
7976 HR	Wavetek	1310;1550	27... 25	7,5	1,6

Однако приведенные в табл. 6.3 и 6.4 параметры не дают полного представления о рефлектометрах, их комплектации, возможностях и сервисе. Ниже излагаются более подробные сведения о двух современных рефлектометрах.

Рефлектометр дальнего действия типа СМА- 4000фирмы Laser Precision создан на базе 486-го процессора, оснащен активным матричным цветным VGA -дисплеем (8.4"), волоконно-оптическим ваттметром и памятью для хранения полученных сведений (комплектация прибора возможна 540 Мбайт жестким диском, 3.5"-дисководом, детектором разрыва волокна, световым источником и измерителем оптических потерь на отражение). Основные параметры моделей прибора приведены в табл. 6.5.

Таблица 6.5

Параметры	Значения параметров
Модель прибора	ОР 25	ОР 35
Длина волны излучения, нм	1300; 1550	1300; 1500
Диапазон затухания, дБ	36...34	38...41,5
Точность измерения, м	0,01	0,01
Точность отсчета, дБ	0,001	0,001
Масса, кг	4,85	4,85
Габариты, мм	228,6 x 331,0 x 88,9	228,6 x 331,0 x 88,9
Мертвая зона, м	15...20	15...20

Минирефлектометры типа AQ 7220и AQ 7250фирмы ANDO разработаны после многолетних испытаний полевых рефлектометров. Основные возможности приборов:

запуск измерений нажатием одной клавиши;

большой жидкокристаллический дисплей, варианты поставки: 7"монохромный дисплей 640 х 480 точек или 7"цветной дисплей;

окно просмотра рефлектограммы;

внешний интерфейс GP-IB, RS- 232 C, Centronics, выход на внешний VGA -дисплей, карта памяти PC MCIA (тип 2 или 3), подключение клавиатуры и «мыши»;

дополнительный непрерывный режим работы лазера;

режим оптического тестера с уровнем выходной оптической мощности 3 дБм;

автоматическое измерение коэффициента отражения;

возможность создания архива рефлектограмм.

Основные параметры типов прибора приведены в табл. 6.6.

Таблица 6.6

Параметры	Значения параметров
Модель прибора Длина волны излучения, нм Диапазон затухания, дБ Точность измерения, м Точность отсчета, дБ Масса, кг Габариты, мм	AQ 7220 1300; 1550 34...32 0,05 0,001 4,6 240,6 х 235 х 100	АQ 7250 1300; 1550 41,5...39,5 0,05 0,001 3,0 290 х 194 х 75

4. Оптические тестеры предназначены для проведения эксплуатационных измерений на различных участках сети SDH. Они позволяют измерять уровень оптической мощности на выходе различных устройств и определять затухание различных элементов систем передачи SDH (участков ОВ, адаптеров, оптических разветвителей, аттенюаторов и т. д.). В состав тестера входят источник оптического излучения, измеритель уровня оптической мощности и набор различных вспомогательных устройств (оптические шнуры, адаптеры, ножницы для кевлара и т. д.). Конструктивно оптические тестеры выполняются в виде малогабаритного блока с питанием от сети, батареек или аккумуляторов.

Ниже приводятся состав, возможности и основные параметры трех современных тестеров различных разработчиков и фирм-производителей.

Оптический тестер типа AQ 2150фирмы ANDO может использоваться как стабилизированный источник оптического излучения и измеритель уровня оптической мощности на выходе различных устройств систем передачи SDH. Портативный и высокоточный мультиметр типа AQ 2150 удобен для проведения приемо-сдаточных, контрольных и эксплуатационных измерений систем передачи и сетей SDH, поставляется с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации на русском языке.

Основные параметры прибора:

стабилизированный переключаемый лазерный источник излучения на длинах волн 1310 и 1550 нм; нестабильность уровня мощности излучения лазера с оптическим изолятором не более 0,02 дБм;

высокочувствительный фотоприемник с большой приемной площадкой (его уровень шума минус 75 дБ);

диапазон измеряемого затухания оптического волокна 3...80 дБм;

продолжительность непрерывной работы от комплекта батареек составляет 15 ч.

Для измерения коэффициента отражения прибор может комплектоваться различными входными адаптерами (FS, ST, SC).

Оптический мультиметр разработан Украинским научно-исследовательским институтом радио и телевидения (УНИИРТ, г. Одесса) и представлен на рынке в 1999 г. Предназначен для определения затухания многомодовых и одномодовых оптических волокон при строительстве и эксплуатации плезиохронных и синхронных оптических линейных трактов.

В состав комплекта входят: измеритель, адаптерные оптические шнуры, сменная измерительная головка и сетевой блок питания.

Основные параметры мультиметра:

переключаемый лазерный источник излучения на длинах волн 850, 1310 и 1550 нм (временная и температурная нестабильность уровня мощности излучения лазера не более 0,5 дБм);

динамический диапазон измерений уровней оптической мощности от минус 60 до 3 дБм, погрешность измерения ± 5 % (имеется возможность измерять оптическую мощность в абсолютных единицах);

габариты прибора 180 х 114 x 50 мм (рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающей среды от минус 10 до + 50 °С и относительной влажности до 90 % при температуре + 30 °С.

Возможности прибора:

использование в качестве источника непрерывного лазерного излучения на трех длинах волн 850, 1310 и 1550 нм с таймером на отключение;

измерение уровней оптической мощности на выходе различных устройств, в том числе и на выходе одномодовых и многомодовых оптических волокон на трех длинах волн 850, 1310 и 1550 нм;

отображение получаемых результатов в цифровом виде на жидкокристаллическом дисплее;

ведение служебных телефонных переговоров по измеряемому ОВ.

Семейство оптических тестеров серии OTS 794 х фирмы Wavetex включает источники оптического излучения и измерители уровня оптической мощности. Большой экран с подсветкой и защищенная от проникновения воды клавиатура позволяют использовать приборы в сложных условиях окружающей среды. Источники сигналов имеют выход с регулируемым уровнем оптической мощности, могут передавать значение длины волны, на которой ведется измерение. Программируемые пороги результатов измерений упрощают тест «проходит - не проходит», а встроенная в измеритель уровня мощности память позволяет хранить полученные результаты измерений.

Основные параметры тестера типа OTS 7945:

длина волны оптического излучения 1550 ± 30 нм (ширина спектральной линии менее 5 нм);

выходной уровень оптической мощности источника излучения 0 дБм с возможностью его повышения путем регулировки до 10 дБм;

стабильность выходного уровня ± 0,05 дБм за 1 ч и ± 0,15 дБм за 24 ч;

динамический диапазон измерений уровней оптической мощности от минус 65 до 5 дБм (точность измерений при уровне минус 30 дБм равна 0,2 дБм).

Приведенные сведения о трех типах оптических тестеров не означают, что этим исчерпывается их номенклатура [71, 72]. Все ведущие фирмы мира по производству оборудования для волоконно-оптических телекоммуникаций производят и современные оптические тестеры, которые постепенно вытесняют с рынка отдельные источники оптических сигналов и измерители уровней оптической мощности.