НТЦ Метротек. Архив блога

У современного рефлектометра существует множество технических параметров, но основным, на который обращают все внимание, является динамический диапазон.

Именно эта характеристика определяет максимальную дальность работы рефлектометра, максимальную дальность обнаружения события [1].

Существует несколько способов для увеличения динамического диапазона оптического рефлектометра, но большинство из них основано на различных схемотехнических решениях, которые нуждаются в отдельной разработки.

Более простым вариантом является корреляционный метод, который позволяет улучшить характеристики рефлектометра на базе классического схемотехнического решения.

Схема классического рефлектометра показана на рис. 1.

Рисунок 1. Схема классического рефлектометра

Вкратце, работу рефлектометра можно описать следующим образом. При помощи лазерного диода, для зондирования оптического волокна, запускается единичный импульс. После чего происходит регистрация отклика оптического волокна на зондирующий импульс на фотодетекторе (в нашем случае в качестве фотодетектора использовался лавинный фотодиод). Далее происходит усиление сигнала с фотодетектор и его последующая оцифровка.

Схемы классического и корреляционного рефлектометров в схемотехническом плане выглядят одинаково, исключение составляет цифровая часть, рис. 2.

Рисунок 2. Схема корреляцинного рефлектометра

Вместо одного импульса в волокно запускается серия импульсов, называемая зондирующая последовательность, а на приеме, после оцифровки, считается корреляция принятого сигнала с переданной последовательностью. Другими словами, на приемной стороне производится суммирование откликов импульсов зондирующей последовательности от события. Такой алгоритм позволяет получить более мощный сигнал отклика от события по сравнению с классической схемой рефлектометра, где в волокно запускают всего один импульс.

Данный алгоритм был применен на карте OTDR прибора Bercut-MMT.

В эксперименте производилось сравнение двух методов снятия рефлектограмм для одной и той же трассы с прочими равными характеристиками:

• Трасса: бухта 4 км → патч-корд 1.2 м → бухта 25 км;
• Длительность импульса: 20нс;
• Время усреднения: 20с;
• Количество импульсов в
  последовательности: 64.

Вид рефлектограммы полученный классическим методом представлен на рис. 3.

Рисунок 3. Рефлектограмма полученная классическим методом.

Обратим внимание на уровень шумов в конце трассы.

Теперь сравним с рефлектограммой полученной корреляционным рефлектометров, рис. 4.

Рисунок 4. Рефлектограмма полученная методом CC-OTDR.

Как можно видеть уровень шумов значительно ниже. Оно и понятно, т. к. в корреляционном методе измеряется отражения от событий сразу всех импульсов в последовательности.

С одной стороны это хорошо, чем больше импульсов в волокне, тем сильнее будет отражение от слабого события, но с другой стороны будет больше отражение и от явного события, такого как коннектор.

В связи с этим на рефлектограмме видны провалы после коннекторов. Это следствие перегрузки фотодетектора, который ушел в насыщение из-за большой принятой мощности сигнала.

А как быть с мертвыми зонами по событию? [2] С начала может показаться, что у классического метода данная характеристика будет лучше, т. к. один импульс по длительности занимает меньшее время, в то время как зондирующая последовательность суммарно в 64 раза длиннее. Но на самом деле мертвая зона по событию для зондирующей последовательности будет определятся шириной ее автокорреляционной функции. Мы использовали в качестве зондирующих последовательностей комплиментарные последовательности Голея, автокорреляционная функция которых есть дельта-функция.

На рис. 5 показана рефлектограмма патч-корда длинной 1.2 м, которая позволяет сравнить мертвые зоны по событиям двух методов.

а)

б)

Рисунок 5. Отражения от двух концов 1.2 метрового патч-корда на классической рефлектограмме а) и рефлектограмме полученной при помощи алгоритма CC-OTDR б).

Как можно видеть оба метода обладают примерно одинаковыми мертвыми зонами по событиям. Хотя классический метод показывает немного лучшие характеристики, т. к. мы можем видеть небольшой провал между двумя отражениями, чего мы не наблюдаем у корреляционного метода.

Причина же отличий опять кроется в перенасыщении приемного фотодетектора.

Но не все так хорошо как кажется на первый взгляд, посмотрим более детально на отражение возникающие от коннектора, рис. 6

Рисунок 6. Искажения рефлектограммы полученной методом CC-OTDR из-за нелинейности тракта.

Как мы видим на рефлектограмме справа и слева от соединения видны явные искажения рефлектограммы, основная причина которых все тоже насыщение фотодетектора и возникающие в следствии этого нелинейности канала.

Подводя итог сравнения двух методов снятия рефлектограммы можно сказать, что комплементарный корреляционный метод позволяет получить рефлектограмму с меньшим уровнем шумов по сравнению с классическим методом при том же времени усреднения и с одинаковой мертвой зоной по событию, но из-за возникающего перенасыщения фотодетектора происходит искажение рефлектограммы.

В связи с этим представляется два пути решения данной проблемы, либо борьба с насыщением фотодетектора различными схемотехническими решениями, либо использование корреляционного метода на мощностях не вызывающих перенасыщением фотодетектора.

Ссылки:

1. http://www.2a-systems.ru/newsdesk_info.php/newsdesk_id/82/subpage/#d41

2. http://www.2a-systems.ru/newsdesk_info.php/newsdesk_id/82/subpage/#d42

 

Алексей Литвинов, 2013