Способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния



Способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния
Способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния
Способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния
Способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния
H04B10/071 - Передающие системы, использующие потоки корпускулярного излучения или электромагнитные волны, кроме радиоволн, например световые, инфракрасные (оптические соединения, смешивание или разделение световых сигналов G02B; световоды G02B 6/00; коммутация, модуляция и демодуляция светового излучения G02B,G02F; приборы или устройства для управления световым излучением, например для модуляции, G02F 1/00; приборы или устройства для демодуляции, переноса модуляции или изменения частоты светового излучения G02F 2/00; оптические мультиплексные системы H04J 14/00)

Владельцы патента RU 2628740:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния заключается в формировании коротких зондирующих импульсов и преобразовании их в оптические импульсы, вводе их в оптическое волокно, приеме с волокна обратно-рассеянного и отраженных сигналов, которые преобразуют в электрический сигнал, после чего усиливают, преобразуют его в цифровую форму и вычисляют его среднее значение, из которого формируют рефлектограмму. На основании анализа рефлектограммы определяют величину дополнительных потерь. Местоположение дефекта определяют с учётом периода следования зондирующих импульсов, выбранного на основании отношения заданного времени обнаружения нарушения и требуемого количества вычислений среднего значения принятых сигналов для обеспечения заданного отношения сигнал/шум. Технический результат заключается в уменьшении периода следования зондирующих импульсов для обеспечения заданной инерционности. 3 ил.

 

Изобретение относится к способам обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния и может быть использовано в технических средствах защиты информации (ТСЗИ) волоконно-оптических систем передачи (ВОСП),

Известен способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния, который используется в «Оптическом рефлектометре» (см. патент РФ №2339929 от 26.01.2007 г., опубликованный в Б.И. №33 от 27.11.2008 г.). Способ состоит в формировании микроконтроллером на одном из своих выходов импульса напряжения. Сформированный импульс поступает на первый вход формирователя импульсов. Формирователь по фронту сигнала на его входе вырабатывает импульс тока накачки полупроводникового источника излучения с заданной длительностью. Полупроводниковый источник оптического излучения генерирует оптический импульс. Импульс направляется в отрезок оптического волокна, задерживается в нем на время, зависящее от его длины. Далее пройдя оптический Y-образный разветвитель и розетку оптического соединителя, оптический импульс направляется на вход измеряемого волоконно-оптического тракта. Обратное излучение, состоящее из обратно-рассеянного излучения и излучения отражений от локальных неоднородностей, направляется оптическим Y-образным разветвителем на оптический вход фотоприемника. Выходное напряжение фотоприемника подается на вход аналогового коммутатора. Далее сигнал преобразуется расширителем импульсов в уровень, который регистрируется АЦП. По полученным данным персональный компьютер, соединенный с микроконтроллером, строит рефлектограмму оптического волокна.

Период следования зондирующих импульсов Тп определяется временем прохождения по длине оптического волокна в обе стороны. Необходимо, чтобы период следования зондирующих импульсов был больше длительности обратно рассеянного сигнала. Длительность периода следования зондирующих импульсов в этом случае должна быть больше:

где С - скорость света в вакууме, км/с;

L - длина оптического волокна, км;

nc - показатель преломления сердцевины оптического волокна.

Микроконтроллер продолжает формировать зондирующие импульсы до тех пор, пока не будет получено заданное отношение сигнал/шум за счет накопления и усреднения сигналов, реализованное в микроконтроллере. На это уходит время, которое определяет инерционность устройства, вычисляемое по формуле:

где Тп - период следования зондирующих импульсов;

М - требуемое количество усреднений.

При появлении локальных дополнительных потерь Ад их амплитуда отражается на рефлектограмме, а местоположение z от входного полюса оптического волокна определяется по формуле:

где t - время на рефлектограмме от посылки зондирующего импульса до локального дефекта, с.

Устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатком вышеуказанного способа является инерционность, обусловленная большим периодом следования зондирующих импульсов.

Решаемой технической задачей является создание способа обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния с заданной инерционностью за счет уменьшения периода следования зондирующих импульсов с сохранением функции определения величины потерь и их местоположения.

Достигаемым техническим результатом является способ обнаружения величины и местоположения локальных дополнительных потерь методом обратного рассеяния с заданной величиной инерционности.

Для достижения технического результата в способе обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния, заключающимся в формировании коротких зондирующих импульсов и преобразовании их в оптические импульсы, вводе их в оптическое волокно, приеме с волокна обратно-рассеянного и отраженных сигналов, которые преобразуют в электрический сигнал, после чего усиливают, преобразуют его в цифровую форму и вычисляют его среднее значение, из которого формируют рефлектограмму, новым является то, что период следования коротких зондирующих импульсов Тп выбирают из условия:

где Т - заданное время обнаружения нарушения;

М - требуемое количество вычислений среднего значения,

величину локальных дополнительных потерь определяют для участка на рефлектограмме до обратно-отраженного импульса по формуле:

а для участка на рефлектограмме после обратно-отраженного импульса по формуле:

где N=Тлп - количество зондирующих импульсов, посланных за время прихода обратно - рассеянного сигнала с округлением до меньшего значения;

Тл - длительность обратно-рассеянного сигнала;

n - текущий номер участка обратно-рассеянного сигнала, начиная с рассматриваемого участка с отсчетом в обратную сторону;

k - номер участка обратно-рассеянного сигнала, на котором обнаружены локальные дополнительные потери;

С - скорость света в вакууме;

α - коэффициент затухания в волокне на рабочей длине волны;

nc - показатель преломления сердцевины оптического волокна на рабочей длине волны,

а местоположение локальных дополнительных потерь определяют по формуле:

где t - время от посылки зондирующего импульса до появления локальных дополнительных потерь.

Новая совокупность существенных признаков в заявляемом способе позволяет за заданный промежуток времени обнаружить локальные дополнительные потери, определить их величину и местонахождение.

На фигуре 1 представлена структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ.

На фигуре 2 приведены временные диаграммы работы заявляемого способа.

На фигуре 3 представлена рефлектограмма, полученная экспериментально с использованием заявляемого способа.

Устройство, в котором реализован заявляемый способ, работает следующим образом. После включения напряжения питания микроконтроллер 1 (см. фиг. 1) на выходе формирует короткие зондирующие импульсы длительностью Ти с периодом следования Тп, который определяется по формуле (4) (Ти<<Тп).

После этого оптический передатчик 2 преобразует их в оптические импульсы, которые поступают на вход циркулятора 3, с выхода которого оптические импульсы через разъемное соединение 4 поступают в оптическое волокно 5. После отражения от оптического соединителя 6, расположенного на другом конце линии, сигнал, представляющий собой сумму отраженных от концов оптического волокна импульсов и обратно-рассеянного по длине волокна 5, поступает обратно на оптический полюс 4. После этого, через оптический циркулятор 3 оптический сигнал поступает на вход оптического приемника 7 с логарифмической характеристикой, где преобразуются в электрический сигнал, напряжение которого пропорционально логарифму потерь в оптическом волокне 5. Сигнал поступает на вход микроконтроллера 1, где с помощью АЦП преобразуется в цифровую форму. В памяти микроконтроллера I происходит накопление и усреднение М принятых сигналов до получения требуемого значение отношения сигнал/шум. После этого на экране осциллографа 8 формируется рефлектограмма.

В случае появления на каком-либо участке оптического волокна локального дефекта с потерями Ад они отображаются на рефлектограмме, но с различной амплитудой Адо. Это обусловлено тем, что мощности обратно-рассеянных сигналов от различных зондирующих импульсов складываются друг с другом (см. фиг. 2). Относительная мощность обратно рассеянного сигнала на входе оптического приемника может быть вычислена по формуле:

где n - текущий номер участка обратно-рассеянного сигнала, начиная с рассматриваемого с отсчетом в обратную сторону;

С - скорость света в вакууме, км/с;

α - коэффициент затухания оптического сигнала в волокне на рабочей длине волны, дБ/км;

nc - показатель преломления сердцевины оптического волокна на рабочей длине волны;

t - время на рефлектограмме от посылки зондирующего импульса до локального дефекта, с;

Тп - период следования зондирующих импульсов, с.

Здесь и далее коэффициент затухания оптического сигнала в волокне на рабочей длине волны а является средним значением по всей длине волокна.

Суммарная относительная мощность Рн определяется как корень квадратный от суммы квадратов мощностей обратно-рассеянных сигналов от разных зондирующих импульсов. Для участка на рефлектограмме до обратно-отраженного импульса суммарная относительная мощность равна:

для участка на рефлектограмме после обратно-отраженного импульса:

где N=Тлп - количество зондирующих импульсов посланных за время длительности обратно - рассеянного сигнала с округлением до меньшего значения;

Тл - длительность обратно-рассеянного сигнала, с;

n - текущий номер участка обратно-рассеянного сигнала, начиная с рассматриваемого с отсчетом в обратную сторону.

После появления локального дефекта на любом участке оптического волокна суммарная относительная мощность Ра составит: для участков на рефлектограмме до (8) и после (9) обратно-отраженного импульса:

где k - номер участка обратно-рассеянного сигнала, на котором обнаружены локальные дополнительные потери.

Величина локальных дополнительных потерь Адо вычисляется по формуле:

Применяя свойства преобразования логарифмов, получаем итоговую формулу для вычисления локальных дополнительных потерь Адо для участков на рефлектограмме до (11) и после (12) обратно-отраженного импульса:

Местоположение дефекта может быть определено по формуле:

Таким образом, функция обнаружения амплитуды и местоположения локального дефекта сохраняется.

Для проверки работоспособности заявляемого устройства был собран макет. Оптический передатчик был выполнен на излучателе LDI-DFB-1550-20/70, в качестве фотодиода использовался фотодиод APDI-55, (изготовитель «LasersCom», г. Минск). Логарифмический усилитель был выполнен на микросхеме LOG 114. Рефлектограммы с выхода логарифмического усилителя отображались на экране осциллографа Fluke 190-202.

Испытания макета устройства подтвердили работоспособность заявляемого технического решения. На фиг. 3 приведена экспериментальная рефлектограмма, полученная при внесении дополнительных потерь 4,53 дБ с помощью ответвителя-прищепки FOD-5503 на оптическом волокне SFM-28e длиной 50,5 км на расстоянии 25,25 км от начала линии. Зондирование проводилось импульсами с периодом следования 200 мкс. Измеренные потери совпадают с расчетной величиной.

Способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния, заключающийся в формировании коротких зондирующих импульсов и преобразовании их в оптические импульсы, вводе их в оптическое волокно, приеме с волокна обратно-рассеянного и отраженных сигналов, которые преобразуют в электрический сигнал, после чего усиливают, преобразуют его в цифровую форму и вычисляют его среднее значение, из которого формируют рефлектограмму, отличающийся тем, что период следования коротких зондирующих импульсов Тп выбирают из условия:

Tп=T/M,

где Т - заданное время обнаружения нарушения;

М - требуемое количество вычислений среднего значения, величину локальных дополнительных потерь определяют для участка на рефлектограмме до обратно-отраженного импульса по формуле:

а для участка на рефлектограмме после обратно-отраженного импульса по формуле:

где N=Тлп - количество зондирующих импульсов, посланных за время прихода обратно-рассеянного сигнала с округлением до меньшего значения;

Тл - длительность обратно-рассеянного сигнала;

n - текущий номер участка обратно-рассеянного сигнала, начиная с рассматриваемого участка с отсчетом в обратную сторону;

k - номер участка обратно-рассеянного сигнала, на котором обнаружены локальные дополнительные потери;

С - скорость света в вакууме;

α - коэффициент затухания в волокне на рабочей длине волны;

nс - показатель преломления сердцевины оптического волокна на рабочей длине волны,

а местоположение локальных дополнительных потерь определяют по формуле:

z=[C(t+nTп)]/(2nc),

где t - время от посылки зондирующего импульса до появления локальных дополнительных потерь.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области устройств для представления меняющегося информационного материала, а также к области устройств или схем для управления индикаторными устройствами и может быть использовано для создания устройств демонстрации наружной видеорекламы.

Способ определения характеристик оптического канала передачи информационного сигнала включает в себя измерение затухания оптического канала от источника оптического излучения до приемника оптического излучения.

Изобретение относится к области электросвязи и может использоваться в комбинированных системах волоконно-эфирной структуры сетей мобильной радиосвязи. Технический результат состоит в расширении области применения.

Способ и устройство формирования внутренней шкалы времени устройств сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров основаны на генерации оптических импульсов и направлении их в циркулятор, регистрации момента излучения импульсов с помощью фотоприемника, циркулятора и полупрозрачного зеркала, расположенного между выходом циркулятора и входом в исследуемую, в случае рефлектометрии, или соединяющую удаленные объекты, в случае синхронизации шкал времени, волоконно-оптическую линию.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи.

Устройство квантовой криптографии включает источник излучения, первый волоконный светоделитель, волоконный интерферометр, второй волоконный светоделитель, первый фазовый модулятор, третий волоконный светоделитель, детектор, аттенюатор, линию задержки, поляризационный фильтр, второй фазовый модулятор, волоконное зеркало и однофотонный детектор.

Изобретение относится к области сетевой волоконно-оптической квантовой криптографии - к защищенным информационным сетям с квантовым распределением криптографических ключей.

Изобретение относится к области лазерной техники и касается устройства ввода импульсного лазерного пучка в волоконно-оптическую линию связи. Устройство включает в себя фокусирующую систему линз и волоконный световод с коллектором.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для регистрации импульсного ионизирующего и импульсного оптического излучения микро-, наносекундного временного диапазона и передаче по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) с использованием внешней модуляции излучения.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах передачи аналоговых сигналов микро-наносекундного временного диапазона по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) с использованием внешней модуляции излучения.

Изобретение относится к области для измерения физических свойств контактных линз. В заявленном устройстве для измерения волнового фронта офтальмологического устройства и способе, реализующем заявленное устройство, производят выравнивание системы волнового фронта офтальмологической линзы, содержащей устройство для измерения физической характеристики офтальмологического устройства, выполняют оптическое измерение оптической оправки и хранение этого измерения интенсивности оптической оправки в качестве справочного файла интенсивности.

Устройство для юстировки прицела-прибора наведения содержит опорную плиту, две пары стоек, скрепленных попарно направляющими планками с продольными уступами, в которые установлена плита-имитатор объекта с посадочными местами и отверстиями под фиксирующие и крепежные элементы прицела-прибора наведения.

Изобретение относится к способам измерения геометрической и оптической структуры оптического компонента. Способ включает этапы (S1) измерения первого сигнала (MS1), возникающего из первого преобразования указанной первой поверхностью (10) первого сигнала (PS1) от датчика; (S2) измерения второго сигнала (MS2), возникающего из второго преобразования по меньшей мере указанной второй поверхностью (20) второго сигнала (PS2) от датчика; (S3) определения третьего преобразования, обеспечивающего возможность преобразования от первого набора координат (R1), связанных с измерением первого сигнала (MS1), ко второму набору координат (R2), связанных с измерением второго сигнала (MS2); (S10) оценки указанной первой поверхности (10), осуществляемой на основании первого сигнала (MS1), указанного первого моделирования и первого показателя (VI) качества, определяющего расхождение между первой оценкой (ES1) и первым сигналом (MS1); и (S20) оценки указанной второй поверхности (20), осуществляемой на основании второго сигнала (MS2), указанного второго моделирования, указанного третьего преобразования и второго показателя (V2) качества, определяющего расхождение между оценкой (ES2) и вторым сигналом (MS2).

Заявленное устройство относится к области оптико-электронного приборостроения и предназначено для защиты оптических поверхностей оптических приборов от загрязнений, механических повреждений и контроля состояния оптических поверхностей объектива оптических приборов без демонтажа защитной крышки на всех этапах испытаний оптических приборов и может быть использовано в оптических приборах для космических аппаратов.

Заявленное устройство относится к области оптико-электронного приборостроения, предназначено для защиты оптических поверхностей оптических приборов от загрязнений, механических повреждений и контроля состояния оптических поверхностей в фокальной плоскости объектива оптического прибора без демонтажа защитной крышки на всех этапах испытаний оптического прибора и может быть использовано в оптических приборах для космических аппаратов.

Способ юстировки контрольного элемента линии визирования объектива, установленного в зоне экранирования светового пучка объектива, осуществляют с помощью зеркального коллиматора, содержащего вогнутое зеркало, плоское поворотное зеркало, установленное на его оптической оси под углом 45 градусов, и точечную диафрагму, установленную в фокусе коллиматора.

Предложен способ, в котором исследуемую оптическую систему освещают широким плоскопараллельным пучком лазерного излучения с известной длиной волны λ, сфокусированное излучение пропускают через плоскопараллельную пластинку одноосного нелинейного кристалла, установленную в плоскости изображения, преобразуя его в излучение с длиной волны λ/2, после чего это излучение передают на оптико-электронный датчик, который устанавливают в двух или более заданных значениях расстояния от выходной грани плоскопараллельной пластинки, измеряют радиусы полученных кружков рассеяния при различных значениях расстояний и определяют сферическую аберрацию оптической системы.

Устройство для измерения осевой толщины офтальмологической линзы содержит крепежное устройство для крепления оправки формирующей оптики, измерительное устройство, содержащее датчик перемещения, процессор, связанный с измерительным устройством; устройство хранения данных цифровой среды, связанное с процессором и хранящее программный код, который выполняется по требованию и служит для запоминания цифровых данных, описывающих перечень метрологических данных, получения входных цифровых данных из измерительного устройства, содержащих справочное измерение M1 оправки формирующей оптики без линзы и измерение М2 линзы на той же формирующей оптике, и вычисления величины осевой толщины линзы посредством вычитания метрологических данных, полученных при измерениях M1 и М2.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для центрировки линз в оправах при их сборке в случаях, когда линзы базируется в оправах по плоской фаске.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа центровки объектива штабельной конструкции. Способ включает в себя центрировку линз относительно базовой оси объектива, которой является ось вращения стола станции для автоматизированной центрировки.

Способ может использоваться при сборке объективов для тепловизионных приборов. Способ включает установку в центрирующий патрон токарного станка оправы с линзой и закрепление в оправе насадки с линзой-свидетелем и центрирование поверхностей линз с контролем автоколлимационным микроскопом. Линза-свидетель выполнена прозрачной в видимой области спектра и имеет сквозное центральное отверстие. Радиус поверхности линзы-свидетеля, ближайшей к автоколлимационному микроскопу, равен радиусу невидимой поверхности линзы. Смещением сдвиговой части патрона центрируют ближайшую к микроскопу поверхность линзы-свидетеля, выставляя автоколлимационное изображение центра кривизны этой поверхности на ось вращения шпинделя станка, при этом происходит самоцентрирование невидимой поверхности линзы. Затем перемещением поворотной сферической части патрона центрируют видимую поверхность линзы через отверстие в линзе-свидетеле. После этого извлекают насадку с линзой-свидетелем из оправы линзы и обрабатывают торцевые и цилиндрические поверхности оправы. Технический результат - повышение точности центрирования линз и снижение трудоемкости процесса центрирования. 1 ил.

Способ обнаружения локальных дополнительных потерь в оптическом волокне методом обратного рассеяния заключается в формировании коротких зондирующих импульсов и преобразовании их в оптические импульсы, вводе их в оптическое волокно, приеме с волокна обратно-рассеянного и отраженных сигналов, которые преобразуют в электрический сигнал, после чего усиливают, преобразуют его в цифровую форму и вычисляют его среднее значение, из которого формируют рефлектограмму. На основании анализа рефлектограммы определяют величину дополнительных потерь. Местоположение дефекта определяют с учётом периода следования зондирующих импульсов, выбранного на основании отношения заданного времени обнаружения нарушения и требуемого количества вычислений среднего значения принятых сигналов для обеспечения заданного отношения сигналшум. Технический результат заключается в уменьшении периода следования зондирующих импульсов для обеспечения заданной инерционности. 3 ил.

Наверх