Оптический рефлектометр

 

Оптический рефлектометр содержит последовательно установленные формирователь импульсов, источник излучения, ответвитель, контролируемый волоконно-оптический тракт, два фотоприемника, аналоговый коммутатор, компаратор, аттенюатор, расширитель импульсов, аналого-цифровой преобразователь, два микроконтроллера, индикатор, пульт управления, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство. Также в него введены два электронных цифровых ключа, электронный аналоговый ключ, линия задержки и программируемый счетчик-делитель частоты. Технический результат - повышение точности и разрешающей способности измерений. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, техники связи и оптоэлектроники и может быть использовано в электротехнической промышленности, промышленности средств связи при производстве оптических волокон и волоконно-оптических кабелей, а также при прокладывании и эксплуатации волоконно-оптических трактов.

Известно устройство для диагностики волоконно-оптических трактов, включающее импульсный источник оптического излучения, оптический направленный ответвитель, фотоприемник, усилитель измерительных сигналов, устройство обработки, осциллографический регистратор [1].

Работа устройства заключается в том, что на вход контролируемого волоконно-оптического тракта подают короткий оптический импульс и измеряют параметры импульсных сигналов на выходе фотоприемника, установленного на выходе ответвителя таким образом, что этот фотоприемник принимает оптический сигнал обратного рассеяния. Величина отраженной оптической мощности от неоднородностей определяется амплитудой импульсов оптического сигнала, отраженного от места их расположения. О расстоянии до неоднородности можно судить по величине задержки оптического сигнала. Чем короче измерительный импульс, тем точнее можно определить место расположения локальной неоднородности. С другой стороны, при уменьшении длительности зондирующих импульсов увеличивается их частотный спектр. При увеличении широкополосности узлов устройства уменьшается динамический диапазон измерений и увеличивается сложность и стоимость устройства. Устройство имеет небольшой динамический диапазон измерений и невысокую точность измерения расстояний до локальных неоднородностей.

Известно устройство диагностики волоконно-оптических трактов, наиболее близкое по своей технической сущности к изобретению [2]. Устройство позволяет измерять величину локальных неоднородностей, расстояние до локальных неоднородностей и потери на отражение. Устройство содержит: - два микроконтроллера; - формирователь импульсов; - полупроводниковый источник излучения; - оптический ответвитель; - два оптических соединителя; - два фотоприемника; - коммутатор; - программируемый аттенюатор; - компаратор;
- расширитель импульсов;
- аналого-цифровой преобразователь;
- пульт управления;
- цифровой индикатор;
- перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство.

Недостатком устройства является: невысокая разрешающая способность и точность измерений, ограниченные временем выполнения одной операции микроконтроллера, обнаруживающего сигнал на выходе компаратора. Наличие сигнала на выходе компаратора определяется следующей последовательностью инструкций:
РR1: SNB $06.0; тест бита 0 (порта "В"), пропуск следующей инструкции, если сигнал есть;
JMP PR1; переход на метку PR1.

Эта последовательность инструкций занимает три машинных цикла. Если использовать в качестве микроконтроллера, обнаруживающего сигнал, отраженный от неоднородностей, микроконтроллер фирмы Scenix Semiconductor SX18AC, работающий на частоте 150 МГц, с конвейерным выполнением команд, то неоднозначность определения момента прихода очередного импульса, отраженного от неоднородности, составит время выполнения трех машинных циклов, то есть 3•6,7 нс=20,1 нс. С учетом коэффициента преломления сердцевины оптического волокна 1,47 неоднозначность определения расстояния до места расположения неоднородности составит около 4 м.

Предложенное устройство решает задачу повышения разрешающей способности и точности измерения расстояния до места расположения локальных неоднородностей в волоконно-оптическом тракте.

Сущность изобретения заключается в том, что введены два электронных цифровых ключа, один электронный аналоговый ключ, линия задержки, программируемый счетчик-делитель частоты, причем шина данных программируемого счетчика-делителя частоты соединена с выходами первого микроконтроллера, управляющая шина с выходами второго микроконтроллера, счетный вход с выходом компаратора, дополнительный выход подключен к управляющему входу аналогового ключа, основной выход подключен к входу линии задержки, к входу второго микроконтроллера и к выходу первого электронного цифрового ключа, вход которого соединен с выходом линии задержки и входом второго электронного цифрового ключа, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, а управляющие входы первого и второго электронных ключей соединены с одним из выводов второго микроконтроллера, аналоговый электронный ключ включен между выходом аттенюатора и входом расширителя импульсов, входы компаратора и аттенюатора подключены к выходу аналогового коммутатора.

На чертеже (см. фиг.1) изображена структурная схема рефлектометра.

Устройство состоит из последовательно установленных формирователя импульсов 1, полупроводникового источника излучения 2, оптического ответвителя 3, оптического соединителя 4, подключенного к измеряемому волоконно-оптическому тракту 5, второго оптического соединителя 6, оптически связанного с фотоприемником 7, второго фотоприемника 8, установленного на втором выходе ответвителя 3, аналогового коммутатора 9, входы которого подключены к выходам фотоприемников 7 и 8, а выход подключен к входам компаратора 10 и программируемого аттенюатора 11, двух микроконтроллеров 12 и 13, программируемого счетчика-делителя частоты 14, двух цифровых ключей 15 и 16, аналогового ключа 17, расширителя импульсов 18, линии задержки 19, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 20, индикатора 21, пульта управления 22, перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 23.

Рефлектометр работает следующим образом.

Рефлектометр измеряет потери на отражение, отраженную оптическую мощность и расстояние до места расположения локальных неоднородностей волоконно-оптического тракта. Для измерения потерь на отражение предварительно необходима калибровка. В режиме калибровки измеряется оптическая мощность на выходном полюсе измеряемого волоконно-оптического тракта. Измерительным сигналом в этом случае является последовательность оптических импульсов, формируемых формирователем импульсов 1 и полупроводниковым источником излучения 2 из меандра вырабатываемого микроконтроллером 12.

В режиме измерений микроконтроллер 12 формирует при помощи формирователя 1 и полупроводникового источника излучения 2 одиночный оптический импульс, который вводится в волоконно-оптический тракт 5. Оптические импульсы, отраженные от локальных неоднородностей тракта, через соединитель 4 и ответвитель 3 направляются на оптический вход фотоприемника 8. Фотоприемник преобразует оптические импульсы в электрические. За счет положительной обратной связи устанавливается режим автогенерации. Положительная обратная связь состоит из следующей цепи: оптический соединитель 4, ответвитель 3, фотоприемник 8, коммутатор 9, компаратор 10, счетчик-делитель 14, линия задержки 19, электронный ключ 16, формирователь 1, источник излучения 2. В зависимости от длины тракта импульс может быть задержан в линии задержки n раз. Это необходимо для того, чтобы новый измерительный импульс не наложился на отраженные импульсы от предыдущего измерительного сигнала. Частота автоколебаний зависит от времени распространения импульса по волоконно-оптическому тракту и постоянных задержек в узлах рефлектометра и однозначно определяет расстояние до места расположения неоднородности. Основным преимуществом предложенного устройства по сравнению с устройством прототипа является отсутствие в цепи обратной связи микроконтроллера, вносящего неопределенность при обнаружении появления измерительного импульса.

Амплитудное значение импульсных измерительных сигналов пропорционально мощности, отраженной от неоднородностей с постоянным коэффициентом преобразования. Кроме расстояния до места расположения неоднородностей и величины отраженной оптической мощности, рефлектометр может рассчитать потери на отражение от выбранной неоднородности по формуле:
α_o = -10•lgP_i/P_o (дБ), (1)
где α_o - потери на отражение от выбранной неоднородности,
Р_i - мощность, отраженная от i-ой локальной неоднородности,
Р_о - мощность оптического излучения в выходном полюсе волоконно-оптического тракта, полученная при калибровке.

При измерении только отраженной оптической мощности от локальных неоднородностей и расстояния до места расположения неоднородностей режим калибровки не используется.

Управление узлами рефлектометра, выбор измеряемой неоднородности, количество повторов фиксированной задержки, расчет искомых характеристик осуществляется при помощи двух микроконтроллеров: быстродействующего микроконтроллера 12 и более медленного, но имеющего значительно более широкий набор команд (инструкций) микроконтроллера 13.

В резидентную память программ микроконтроллеров записываются инструкции (пользовательские программы). При включении питания рефлектометра инструкции, записанные в памяти программ микроконтроллеров 12 и 13, начинают выполняться. Алгоритм основной программы микроконтроллера 12 представлен на фиг. 2а, подпрограммы обработки внешнего прерывания - на фиг.2б, основной программы микроконтроллера 13 - на фиг.3а, алгоритма обработки внутреннего прерывания - на фиг.3б. Эпюры сигналов в различных узлах рефлектометра в режиме калибровки представлены на фиг.4а, в режиме измерения - на фиг.4б.

Микроконтроллер 12 более быстродействующий. Он первым заканчивает инициализацию. Во время инициализации микроконтроллер настраивает свои выводы (порты) на ввод либо вывод информации, настраивает параметры внешнего прерывания и специальные регистры. После инициализации контроллер переходит в режим ожидания команд от микроконтроллера 13.

Микроконтроллер 13 после инициализации рабочих и специальных регистров, настройки портов на ввод или вывод осуществляет диалог с оператором. Оператор задает следующие параметры измерений:
- один из следующих режимов работы:
измерение расстояния до места расположения неоднородностей и потерь на отражение (в этом режиме должны быть доступны оба полюса волоконно-оптического тракта);
измерение расстояния до места расположения неоднородностей и величины отраженной оптической мощности (в этом режиме достаточно иметь доступ к одному полюсу волоконно-оптического тракта);
- коэффициент преломления сердцевины оптического волокна (по умолчанию устанавливается коэффициент преломления плавленого кварца 1,44778);
- максимальное значение длины волоконного тракта, если длина тракта неизвестна, то устанавливается длина по умолчанию (максимально возможная длина тракта);
- диапазон локальных неоднородностей, характеристики которых необходимо измерить (по умолчанию устанавливается максимально возможное количество неоднородностей);
- количество усреднений (по умолчанию устанавливается количество усреднений, соответствующее времени измерений, не превышающему трех минут).

После ввода параметров и подключения контролируемого волоконно-оптического тракта к оптическим соединителям оператор вводит команду "ПРОВЕСТИ ИЗМЕРЕНИЕ".

После того как микроконтроллер 13 запоминает параметры измерений и принимает команду "ПРОВЕСТИ ИЗМЕРЕНИЕ", он настраивает встроенный таймер на определенное время, зависящее от заданного количества усреднений.

Если необходим режим калибровки, то микроконтроллер 13:
- устанавливает на шине данных счетчика-делителя частоты код для выделения второй неоднородности;
- производит подключение при помощи аналогового коммутатора 9 выхода фотоприемника 7 на входы компаратора 8 и аттенюатора;
- производит передачу команды о калибровке в микроконтроллер 12;
- запрещает прерывания от встроенного таймера;
- выполняет подпрограмму чтения результата преобразования АЦП, которая включает следующие операции:
пуск АЦП;
задержку на время преобразования;
анализ результата преобразования;
увеличение затухания аттенюаторов, если сигнал выше нормы;
уменьшение затухания аттенюатора, если сигнал ниже нормы;
сброс расширителя импульсов;
если сигнал был ниже или выше нормы, то возврат в начало подпрограммы, если сигнал в пределах нормы, то выход из подпрограммы;
- производит аппаратный сброс микроконтроллера 12;
- разрешает прерывания от встроенного таймера и переходит к отработке режима измерений.

В режиме проведения измерения:
- устанавливает на шине данных счетчика-делителя частоты код первой неоднородности из заданного списка измеряемых неоднородностей;
- производит подключение при помощи аналогового коммутатора 9 выхода фотоприемника 8 на входы компаратора и аттенюатора;
- производит расчет повторов фиксированной задержки и производит передачу команд и данных в микроконтроллер 12;
- переходит к ожиданию сигнала "ПУСК" от микроконтроллера 12.

Микроконтроллер 12, принимая команду калибровки, производит следующие действия:
- записывает в счетчик-делитель частоты 14 код выставленный микроконтроллером 13, разрешает счет и формирование импульсов переполнения;
- зацикливается, вырабатывая на входе формирователя импульсов 1 меандр;
- при поступлении сигнала аппаратного сброса повторяет инициализацию и ожидает команд и данных от микроконтроллера 13.

Принимая команду "ПРОВЕСТИ ИЗМЕРЕНИЕ" микроконтроллер 12:
- принимает и запоминает в регистре повторов значение количества повторов фиксированной задержки;
- записывает в счетчик-делитель частоты 14 код выставленный микроконтроллером 13 на шину данных счетчика-делителя;
- открывает ключ 15 и закрывает ключ 16;
- разрешает счет и сигнал переполнения счетчика-делителя частоты 14;
- вырабатывает на входе формирователя импульсов однократный импульс, одновременно являющийся сигналом "ПУСК" для микроконтроллера 13;
- ожидает появления сигнала на основном выходе счетчика-делителя частоты 14;
- после обнаружения сигнала на выходе счетчика-делителя 14:
блокирует счетчик-делитель частоты 14;
проверяет содержимое регистров повтора фиксированной задержки;
если регистр повторов не обнулился, то микроконтроллер производит его декремент, переходит к ожиданию сигнала на выходе линии задержки, после прихода сигнала возвращается к анализу содержимого регистра повторов;
если регистр повторов обнулился, то микропроцессор открывает ключ 16, закрывает ключ 15,
разрешает счет и сигналы переполнения счетчика-делителя 14;
производит инкремент регистров накопителей;
вновь переходит к ожиданию сигнала на выходе счетчика-делителя 14.

Принимая сигнал "ПУСК", микроконтроллер 13 производит следующие действия:
- запускает встроенный таймер;
- выполняет подпрограмму чтения АЦП;
- анализирует наличие команды "СТОП" от оператора, если команда поступила, возвращается в режим диалога для корректировки параметров измерения;
- если команда "СТОП" отсутствует, проверяет флаг окончания цикла, если флаг сброшен, возвращается к анализу команды "СТОП";
- если флаг установлен, производит его сброс;
- анализирует, все ли неоднородности, заданные оператором, обработаны, если измерены параметры всех неоднородностей, то производит аппаратный сброс микроконтроллера 12, переходит к обработке базы измеренной информации, рассчитывает потери на отражение, значение отраженной мощности, расстояния до места расположения для всех неоднородностей, переходит к диалогу с оператором и выводу информации на индикатор;
- если не все заданные неоднородности обработаны, то формирует новые данные для микроконтроллера 12, выставляет модифицированный код на входах счетчика-делителя частоты 14;
- производит аппаратный сброс микроконтроллера 12.

При отработке таймером заданного интервала времени устанавливается соответствующий флаг, вызывающий прерывание основной программы микропроцессора 13. При этом микропроцессор:
- формирует сигнал внешнего прерывания микроконтроллера 12;
- производит чтение накопительных регистров микроконтроллера 12, в которых хранится количество импульсов, отраженных от заданной неоднородности, накопленных за заданный таймером интервал времени;
- устанавливает флаг окончания цикла;
- восстанавливает содержимое регистров встроенного таймера;
- возвращается в основную программу.

Микропроцессор 12 при поступлении сигнала внешнего прерывания переходит к подпрограмме его обработки:
- блокирует счетчик-делитель частоты 14;
- передает содержимое накопительных регистров в микроконтроллер 13;
- переходит в режим малого энергопотребления.

Эпюры сигналов в узлах устройства представлены на фиг.4а (для режима калибровки) и 4б (для режима измерений). В режиме калибровки микропроцессор 12 формирует меандр, направляемый на вход формирователя импульсов 1, который укорачивает передний фронт и формирует короткий импульс тока накачки полупроводникового источника излучения 2. Короткие оптические импульсы, пройдя ответвитель 3, вводятся при помощи соединителя 4 в волоконно-оптический тракт (ВОТ) и при помощи соединителя 6 выводятся на оптический вход фотоприемника 7. Фотоприемник преобразует их в электрические импульсы, которые через аналоговый коммутатор 9 поступают одновременно на компаратор 10 и аттенюатор 11. Переключение аналогового коммутатора 9 производится микроконтроллером 13. Компаратор 10 преобразует уровень импульсов в стандартное значение (КМОП либо ТТЛ) и направляет их на вход счетчика-делителя частоты 14. Счетчик-делитель частоты представляет собой набор двоичных счетчиков, имеющих входы для предварительной записи данных и срабатывающих по спаду напряжения на счетном входе. Основным выходом счетчика-делителя частоты является выход переполнения последнего двоичного счетчика. Дополнительным выходом счетчика-делителя 14 является выход многовходового элемента "И" (входящего в состав счетчика-делителя), подключенного к двоичным счетчикам таким образом, что его выход активизируется за один импульс до появления сигнала переполнения. В режиме калибровки в двоичные счетчики, в регистры данных, записывается код, при котором сигнал переполнения появляется при каждом втором счетном импульсе. Дополнительный выход счетчика-делителя 14 подключен к управляющему входу аналогового ключа 17. Как следует из эпюр на фиг.4а, в режиме калибровки ключ 17 выделяет каждый второй импульс, который поступает на вход расширителя импульсов от фотоприемника 7. Расширитель импульсов снижает требования по быстродействию аналого-цифрового преобразователя 20, преобразующего амплитуду импульса в цифровой код. Амплитуда импульсов пропорциональна оптической мощности на выходном полюсе волоконно-оптического тракта (с учетом затухания, вносимого аттенюатором 11). Значение мощности на выходном полюсе необходимо для расчета потерь на отражение по формуле (1).

В режиме измерений при помощи микроконтроллера 12, формирователя 1 и источника излучения 2 формируется одиночный оптический импульс (сигнал "ПУСК"), направляемый в ВОТ. Излучение обратного рассеяния из волоконно-оптического тракта при помощи ответвителя 3 направляется на оптический вход фотоприемника 8. При помощи аналогового коммутатора 9 микроконтроллер 13 подключает выход фотоприемника 8 к входам компаратора 10 и аттенюатора 11. На эпюрах, представленных на фиг.4б, рассмотрен пример, в котором на фотоприемник 8 поступают отраженные импульсы от входного торца, двух локальных неоднородностей и от выходного торца ВОТ. Счетчик-делитель 14 настроен на выделение третьего по порядку импульса (с учетом того, что первый импульс всегда отражается от входного торца ВОТ, выделяется импульс от второй локальной неоднородности). Дополнительный выход счетчика-делителя 14 подключен к управляющему входу аналогового ключа 17. Как следует из эпюр, ключ открывается задним фронтом импульса от предыдущей неоднородности и закрывается задним фронтом импульса от измеряемой неоднородности. При этом сигнал, отраженный от измеряемой неоднородности, пропускается через ключ на вход расширителя импульсов 18. На выходе расширителя импульсов при помощи АЦП 20 производится измерение его амплитуды. Импульс на основном выходе счетчика-делителя частоты обнаруживается микроконтроллером 12 в течение трех машинных тактов. После обнаружения импульса на основном выходе счетчика-делителя микроконтроллер блокирует счетчик-делитель частоты 14, запрещая режим счета. Затем анализирует, куда этот импульс направить. Если возможны появления других импульсов от неоднородностей волоконно-оптического тракта, вызванные сигналом "ПУСК", то этот импульс задерживается в линии задержки 19, для этого ключ 16 должен быть закрыт, а ключ 15 открыт. Количество повторов прохождения линии задержки 19 определяется содержимым регистра повторов, которое задается микроконтроллером 13, и зависит от длины ВОТ (должна быть больше удвоенного значения времени распространения сигнала по волоконно-оптическому тракту). После того как необходимый интервал времени задержки достигнут, микроконтроллер 12:
- открывает ключ 16 для прохождения сигнала на вход формирователя импульсов 1 для формирования нового измерительного оптического импульса;
- разрешает режим счета счетчика-делителя частоты 14 для приема следующей партии отраженных импульсов;
- производит инкремент регистров накопителей импульсов от заданной неоднородности ВОТ;
- переходит в режим ожидания нового импульса на основном выходе счетчика-делителя частоты 14.

Итак, процесс измерения волоконно-оптического тракта состоит из следующих стадий:
1. Настройка на локальную неоднородность из заданного диапазона.

2. Инициализация автоколебательного процесса. Период автоколебаний определяется квазипостоянной задержкой измерительного сигнала в узлах устройства: фотоприемнике 8, коммутаторе 9, компараторе 10, счетчике-делителе частоты 14, линии задержки 19 (n раз), ключе 15 (n-1 раз), ключе 16, формирователе импульсов 1, источнике излучения 2, в подводящих оптических шнурках, соединяющих выход источника излучения 1, ответвитель 3, оптический вход фотоприемника 8 и оптический соединитель 4 и переменной величиной задержки, связанной со временем распространения измерительного оптического сигнала до места локальной неоднородности. Период автоколебательного процесса, таким образом, определяет расстояние до места расположения неоднородности.

3. В каждом периоде автоколебательного процесса происходит измерение сигнала на выходе расширителя импульсов 19, определяющего сигнал френелевского отражения от места расположения неоднородности.

4. После срабатывания таймера, определяющего период накопления, в накопительных регистрах содержится информация о месте расположения неоднородности. Выходной сигнал АЦП определяет потери на отражение от неоднородности и уровень отраженной оптической мощности.

5. Если заданный диапазон неоднородностей обработан не полностью, то происходит настройка на следующую неоднородность из заданного диапазона.

6. Если все неоднородности обработаны, то производится вывод информации на индикатор в диалоговом режиме с оператором.

Произведем оценку характеристик предложенного устройства.

Как было отмечено ранее, период автоколебательного процесса при обработке каждой неоднородности состоит из двух составляющих:
T = t_y+2•τ, (2)
где t_y - задержка оптического сигнала в узлах устройства;
τ - задержка оптического сигнала в измеряемом ВОТ.

Известно, что задержка оптического сигнала в волокне определяет его длину по формуле:
L = c•τ/n_c, (3)
где с - скорость света в вакууме;
n_c - показатель преломления сердцевины волокна оптического кабеля ВОТ.

Перепишем формулу (2) в следующем виде:

Подставляя формулу (4) в (3), получим:

Таким образом, по периоду следования импульсов автоколебаний можно рассчитать расстояние до места неоднородности. Эту задачу решает микроконтроллер 13.

Исходными данными для расчета периода автоколебаний являются следующие данные:
- число накопленных импульсов в накопительных регистрах микроконтроллера 12 в момент срабатывания встроенного в микроконтроллер 13 таймера;
- период времени, на который настроен таймер Т_н.

За время накопления Т_н, на которое настроен таймер, будет зарегистрировано N импульсов.

Период следования импульсов можно найти из формулы:
T=T_н/N (6).

С учетом (6) перепишем формулу (4) в следующем виде:
.

Произведем оценку разрешающей способности измерения расстояния до места расположения неоднородности. Приращение задержки оптического сигнала, соответствующее увеличению числа накопленных импульсов на один импульс, можем найти из формулы:

С учетом (3) разрешение по расстоянию можно найти из формулы

где с - скорость света в вакууме;
n_c - показатель преломления сердцевины оптического волокна;
Т_н - период накопления;
N - количество накопленных импульсов.

Подставим значения параметров в формулу (9) для конкретного примера. Для этого зададимся следующими значениями:
- длина оптического волокна L=2 км;
- время задержки сигнала в узлах устройства должно быть больше удвоенного значения времени распространения сигнала по волоконно-оптическому тракту, пусть t_y=25 мкс;
- показатель преломления сердцевины оптического волокна n_с=1,4561;
- время накопления Т_н=30 с.

Пусть коэффициент преломления сердцевины оптического волокна n_c=1,4561, тогда задержка оптического сигнала в волокне будет равна τ=2L/(с•n_c)= 4000/(3•10⁸•1,5)=9,15688025 мкс.

Период следования импульсов Т= (9,15688025+25)мкс=34,15688025 мкс. За время Т_н=30 с будет накоплено N=Т_н/Т=878300 импульсов.

Если регистры-накопители зарегистрируют на один импульс больше, т.е. 878301 импульсов, то это будет соответствовать периоду следования, равному Т= Т_н/N= 34,15685511 мкс. Отсюда приращение задержки сигнала в оптическом волокне составит Δτ=0,00002514 мкс, что соответствует длине волокна - 0,0528 м. Таким образом, разрешающая способность предложенного измерителя при длине оптического волокна 2000 м составит - 5,28 см.

Точность измерения расстояния до места расположения оптических неоднородностей будет определяться стабильностью значения показателя преломления по длине оптического волокна, стабильностью кварцевых тактовых генераторов и задержек сигналов в узлах рефлектометра. С учетом возможных погрешностей параметров формулу (7) для расчета задержки оптического сигнала в оптическом волокне можем представить следующим образом:

Отсюда можно выделить выражение для погрешности времени задержки оптического сигнала в оптическом волокне:

Определим значения параметров для рассмотренного выше примера, задаваясь стабильностью кварцевых тактовых генераторов δ=10^-8 и нестабильностью задержки в микросхемах, равной 0,2 нс. Будем также учитывать отсутствие корреляционной связи между нестабильностью кварцевых генераторов микроконтроллеров 12 и 13 и нестабильностью задержек в узлах рефлектометра. Можно показать, что для рассмотренного случая погрешность измерения времени задержки составит 0,2 нс, что соответствует длине оптического волокна 40 см.

Источники информации
1. Метод и устройство для оптической рефлектометрии волокон во временной области. GB патент 2167261 А, G 01 S 17/10, G 02 B 6/00, 16.11.84.

2. Положительное решение по заявке 2000127248 от 31.10.2000.

Формула изобретения

Оптический рефлектометр, содержащий последовательно установленные формирователь импульсов, источник излучения, ответвитель, один выход которого соединен с оптическим входом фотоприемника, а второй при помощи соединителя - с входным оптическим полюсом контролируемого волоконно-оптического тракта, второй фотоприемник, оптически связанный оптическим соединителем с выходным полюсом контролируемого волоконно-оптического тракта, аналоговый коммутатор, входы которого соединены с выходами фотоприемников, компаратор, аттенюатор, расширитель импульсов, аналого-цифровой преобразователь, два микроконтроллера, индикатор, пульт управления, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, причем управляющие входы коммутатора и аттенюатора связаны с выходами первого микроконтроллера, выход аттенюатора соединен с входом расширителя импульсов, управляющий вход которого связан с первым микроконтроллером, а выход - с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого соединены с входами первого микроконтроллера, один из выходов второго микроконтроллера подключен к входу формирователя импульсов, микроконтроллеры соединены шиной передачи данных, к выводам первого микроконтроллера шинами управления подключены индикатор, пульт управления, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и точности измерений, в него введены два электронных цифровых ключа, электронный аналоговый ключ, линия задержки, программируемый счетчик делитель частоты, причем шина данных программируемого счетчика-делителя частоты соединена с выходами первого микроконтроллера, управляющая шина с выходами второго микроконтроллера, счетный вход с выходом компаратора, дополнительный выход подключен к управляющему входу аналогового ключа, основной выход подключен к входу линии задержки, к входу второго микроконтроллера и к выходу первого электронного цифрового ключа, вход которого соединен с выходом линии задержки и входом второго электронного цифрового ключа, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, а управляющие входы первого и второго электронных ключей соединены с одним из выводов второго микроконтроллера, аналоговый электронный ключ включен между выходом аттенюатора и входом расширителя импульсов, входы компаратора и аттенюатора подключены к выходу аналогового коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4