Вантеева К.А.

Казахская академия транспорта и коммуникаций имени

М. Тынышпаева, Казахстан

Влияние методической погрешности на точность определения места повреждения оптического волокна

Методические ошибки в определении расстояния до неоднородности в линии передачи возникают из-за того, что положение неоднородности на рефлектограмме получается разным для отражающей и не отражающей (поглощающей) неоднородности. Эти ошибки влияют на точность определения места повреждения волокна. Происходит это потому, что при обрыве волокна угол наклона торца волокна может получиться практически любым и коэффициент отражения от торца волокна может меняться в широких пределах практически от нуля до френелевского коэффициента отражения. Величина ошибки в определении положения конца волокна зависит от многих факторов: крутизны фронта импульса, коэффициента отражения от неоднородности и коэффициента обратного релеевского рассеяния света в волокне, вида скола и других. При хорошем сколе торца волокна в конце рефлектограммы будет наблюдаться всплеск сигнала, обусловленный отражением. Амплитуда этого всплеска пропорциональна мощности оптического импульса, а крутизна начала всплеска пропорциональна крутизне переднего фронта импульса. Но при неровном сколе отраженный сигнал может быть размытым и в результате оказывается, что измеренное значение длины волокна может превысить его истинное значение на несколько десятков метров [1]. Эта методическая ошибка может существенно повлиять на точность определения места повреждения волокна в линии передачи. Целью данной работы является оценка влияния длины волны зондирующих импульсов на величину методической погрешности.

Любое измерение сопровождается систематической погрешностью [2]:

d_{х сис} = d_{х инс} +d_{х отс} + d_{х мет ,} (1)

где - d_{х мет} есть методическая погрешность.

Для выполнения измерений была собрана схема, которая представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема измерений

1 – компьютер, 2 – оптический рефлектометр ТОПАЗ-7000-AR, 3 – исследуемый оптический волоконный кабель марки ОМЗКГм-10-0,1-0,22-4

В качестве исследуемого кабеля брались две эталонные катушки, длиной 3500 м и 10 км. К катушке 3500 м через соединитель подключался кабель длиной 0,5 м с обрывом на конце. К катушке 10000 м через соединитель подключалась дополнительная катушка длиной 150 м, на конце которой был подключен тот же кабель длиной 0,5 м с обрывом на конце. Форму скола проконтролировать практически невозможно, поэтому эксперименты проводились по очереди с тремя оборванными на конце кабелями. Анализ рефлектограмм проводился на персональном компьютере, с помощью программы TopOTDRViewer 0.28В. Экранная распечатка одной из рефлектограмм для длины волны зондирующего импульса равной 1310 мкм и при длине катушки 3500 м приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Рефлектограмма замера длины кабеля для длины волны зондирующего импульса 1310 мкм

Погрешность измерения определялась как разница между фактической длиной катушки и полученным результатом. Результаты замеров приведены в таблице 1 и на рисунках 3,4.

Таблица 1 – Результаты замеров и вычисления погрешностей измерения

Длина волны зондирующего импульса, мкм	890	1310	1550
Погрешность измерения для катушки 3500 м с кабелем №1, м/ %	12 0,34	25 0,71	32 0,91
Погрешность измерения для катушки 3500 м с кабелем №2, м/ %	15 0,42	29 0,82	36 1,02
Погрешность измерения для катушки 3500 м с кабелем №3, м/ %	14 0,4	28 0,8	36 1,02
Погрешность измерения для катушки 10150 м с кабелем №1, м/ %	19 0,18	29 0,28	37 0,36
Погрешность измерения для катушки 10150 м с кабелем №2, м/ %	22 0,21	35 0,34	42 0,41
Погрешность измерения для катушки 10150 м с кабелем №3, м/ %	21 0,2	33 0,32	41 0,4

Рисунок 3 – Зависимость погрешности измерения от длины волны зондирующего импульса для катушки 3500 метров

Рисунок 4 – Зависимость погрешности измерения от длины волны зондирующего импульса для катушки 10150 метров

Методическую ошибку можно скорректировать, если предварительно измерить её зависимость от величины коэффициента отражения и ввести соответствующую поправку в измеренное значение длины волокна. В формуле (1), инструментальная погрешность и погрешность отсчета - (d_{х инс} + d_{х отс}) в данном случае имеют постоянное значение, так как определяются классом точности прибора – 0,5% от измеряемой длины и точностью отсчета, автоматически определяемой с помощью программы TopOTDRViewer 0.28В. Изменение систематической погрешности, в основном, будет определяться изменением методической погрешности:

var d_{х сис} = var d_{х мет.} (2)

Таким образом, анализируя полученные зависимости, видно, что уменьшение длины волны зондирующего импульса приводит к уменьшению методической погрешности измерения не только в числовом, но и в процентном соотношении. В зависимости от вида сколов на конце кабеля, методическая погрешность, выраженная в процентах, уменьшается с (0,91…1,02)%, для длины волны 1550 мкм до (0,34…0,42)%, для длины волны 890 мкм при длине кабеля 3500 м и с (0,36…0,41)%, для длины волны 1550 мкм до (0,18…0,21)%, для длины волны 890 мкм при длине кабеля 10150 м.

Литература:

1 Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. – М.: Из-во «ЛЕСАРарт», 2005 г., стр. 208.

2 Артюхин В.В. Электро-радиоизмерения. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: КУПС, 2012. – 56с.