Способ измерения потерь в световоде и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых потерь (в том числе и наведенных) в волоконно-оптических трактах и датчиках физических величин, в которых внешнее воздействие приводит к изменению потерь.

Известен способ измерения потерь, сущность которого состоит в следующем: вводят излучение в волоконный световод через смеситель мод и измеряют мощность прошедшего сигнала Рвых, затем не меняя условий ввода, обламывают световод на

расстоянии 1-2 м от источника и измеряют мощнось прошедшего сигнала РВх и потери определяют, как

а 1 10.|д-§(дВ/кМ).

где L - длина волоконного световода.

Устройство для реализации этого способа состоит из источника оптического излучения, световода, фотоприемника, регистрирующего устройства и смесителя мод, при этом один конец световода через

ГО

смеситель мод подключен к источнику света, а второй - к фотоприемнику.

Недостатком данного технического решения является разрушение измеряемого волоконного световода, в процессе измере- ния и низкая точность при измерении коротких отрезков световодов.

В качестве прототипа рассмотрим способ, который состоит в том, что импульс оптического излучения вводят в световод и измеряют ослабление мощности обратного релеевского рассеяния от разных точек световода P(ti) и P(t2). При этом разделение сигналов от различных точек световодов происходит за счет временной задержки распространения зондирующего импульса, Потери в волокне определяют по формуле

a

n

C(ta-tl)

10 -ig-j -j- (дБ/км),

где n - показатель преломления материала световедущей жилы;

С - скорость света в вакууме.

Устройство для реализации этого спосо- ба состоит из источнике оптического излучения, фотоприемника, регистрирующего устройства, Y-образного волоконно-оптического ответвителя, световода, при этом боковые каналы Y-ответвителя подключены к фотоприемнику и источнику оптического излучения, а общий канал его подключен к световоду.

Недостатком данного технического решения является низкая чувствительность, обусловленная малой амплитудой сигнала релеевского рассеяния и, как следствие этого, малым отношением сигнал/шум на выходе фотоприемника.

Целью изобретения является повыше- ние чувствительности.

Указанная цель достигается:

а) по способу тем, что в способе измерения потерь, основанном на пропускании зондирующего импульса через световод и измерении ослабления мощности сигнала релеевского рассеяния, пропускают многократно зондирующий импульс через световод, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в начале 1- го прохода зондирующего импульса IgPoi, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в конце N-ro прохода IgPiM, измеряют ослабление мощности сигнала между концом 1-го и началом N-ro

N -1

проходом, суммируют их AlgPn

n 1

и определяют ослабление сигнала в световоде по формуле

5

10 15

N -1

IgPw POI - 2 Aig РПn 1

vn +1

20

25 30

35

40

45 50 55

N

(ДБ),

где N - число проходов зондирующего импульса по волоконно-оптическому концу (целое положительное число);

n - текущий проход;

б) по устройству тем, что в устройстве для реализации способа измерения потерь в световоде, содержащем источник оптического излучения, фотоприемник, регистрирующее устройство, Y-образный ответвитель, световод, при этом боковые ка налы Y-ответвителя подключены к фотоприемнику и источнику излучения, а общий канал подключен к световоду, дополнительно введен второй Y-образный ответвитель, один из боковых каналов подключен к общему каналу первого Y-образного ответвителя, а световод подключен между общим и боковым каналом второго ответвителя.

В результате проведенных патентных исследований не установлено наличие технических решений, содержащих отличительные признаки предложенного технического решения

Таким образом предложенное техническое решение удовлетворяет критерию существенных ОБЛИЧИЙ.

Блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа приведена нз фиг.1; на фиг.2 - ослабление сигнала релеевского рассеяния в кольцевом световоде за N проходов, где 1 - источник оптического излучения, 2 - фотоприемник, 3 - регистрирующее устройство. 4 - первый Y-образный ответвитель. 5 - световод, 6 - второй Y-образный ответвитель, с коэффициентами деления Кз1, Ki3, Ki2, K21, согласно маркировке каналов, указанной на чертеже, причем боковые каналы первого Y-ответвителя подключены к источнику оптического излучения и фото- приемнику, общий канаг. этого ответвителя подключен к одному из боковых каналов второго Y-образного ответвителя, а второй боковой канал соединен со своим общим каналом через исследуемый световод.

Рассмотрим физические основы изобретения.

Зондирующий импульс источника излучения 1 рефлектометра мощностью Р через ответвители 4, 6 попадает в волоконно-оптическое кольцо и циркулирует по нему до полного затухания из-за потерь в волоконном тракте 5 и ответвителе 6. Сигнал релеевского рассеяния распространяется в сторону, противоположную распространению ЗИ. В ответвителе 6 этот сигнал делится на 2 части, одна из которых выводится из кольца на фотоприемник 2 рефлектометра (канал 2 ответвителя) и используется в качестве информационной. Величина сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода зондирующего прохода по кольцу равна Poi P/3 Ki2 K2i, где/3- коэффициент релеевского рассеяния, Вторая часть сигнала (канал 3) начинает циркулировать по кольцу в обратном направлении по отношению к ЗИ. В момент, когда ЗИ завершил первый проход, на фотоприемник поступает игнал релеевского рассеяния, пришедший от середины волоконно-оптического кольца, мощностью К21 Ki2 .

Далее ЗИ ослабляется в К 32 раз в направленном ответвителе и начинается второй проход по кольцу. Сигнал релеевского рассеяния от второго прохода накладывается на сигнал релеевского рассеяния от первого прохода.

Нетрудно показать, что в конце N-ro прохода зондирующего импульса регистрируемый сигнал является суперпозицией 2N- 1 парциальных сигналов, циркулирующих в кольце, и при равномерном распределении потерь вдоль тракта определяется по формуле

, K2iKi2io-0-uv(N2V3iN-MK13l+

Рi 0

+ Ы2Кз1№-2Клз ).

i 0

Регистрируемый сигнал релеевского рассеяния имеет вид квазипериодической ступенчатой кривой, период которой про- порцмонален L (фиг.2). Измерение сигнала при окончании N-ro и начале (N+1)-ro проходов не зависит от длины волоконно-оптического тракта и потерь в нем, а является функцией параметров ответвителя, числа проходов ЗИ

Ј-,,fr...i g н-м i

кзУш кзТ ке

&

ЫчРи Ја-

; N-i-i ;

I J л , I . . -. . 1 . .I

,. „-,-, , „ N,, .

2- K31 K13+2JK31 юз

.

v 1

Суммирование всех перепадов меж первым и N-м проходами:

е,Р .

- 3 n-tn-н - cg 7FT

- (|Ktrv f t2-v4 ° 10

И тогда измеряемые потери в световоде определяют как

ci (0

15v.)

.«.е,

)

20

ON(-0,tei « Nsu.

Итак, видно, что при многократном прохождении импульса света через волоконный

световод можно измерять потери ниже предела амплитудного разрешения рефлектометра. Накопление слабого измеряемого сигнала позволяет повысить чувствительность по сранению с прототипом в N раз.

Пример реализации предложенного способа.

Устройство для реализации предложенного способа представлено на фиг. 1. В качестве источника и приемника излучения

применялся импульсный волоконно-оптический рефлектометр (рабочая длина волны А 0,85 мкм, мощность зондирующего импульса мвт, длительность импульса т 30 не). В кольцевой системе использовался многомодовый направленный ответви- тель Y-типа с коэффициентами деления ,5, ,45, избыточными потерями (на разъединение) 0,9 дБ. Измеряемый световод имел ступенчатый профиль показателя преломления. Сигнал релеевского рассеяния с выхода рефлектометра контролировался осциллографом типа С1-75, через стробоскопический накопитель регистрировался на графопостроителе Н-306. Рефлектометр откалиброван так, что каждый сантиметр на графике эквивалентен потерями в 1 дБ.

Порядок реализации предложенного способа.

, Зондирующий импульс рефлектометра многократно пропускали через световод.

Измеряли ослабление сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода

зондирующего импульса (в логарифмическом масштабе) 10 igPoi 3,8.

Измеряли ослабление сигнала релеев- ского рассеяния в конце, например, пятого прохода 10 ,3 дБ.

Измеряли сумму ослаблений сигнала релеевского сигнала между концом предыдущего прохода и началом следующего прохода:

4

2 Д1дРп- п+1 10(Д1дР1-э2+

п 1

+ )-0,9+0,8+1,1+1,2 2,2ДБ.

Находим потери в исследуемом световоде по формуле

10lgFfe-ioigPoi-ю 2)Д|дРл- п-н

а п - 1

0,26 дБ.

Предложенный способ позволил измерить величину потерь в световоде в 2 раза ниже предела разрешения рефлектометра 0,5 дБ.

Формула изобретения 1. Способ измерения потерь в световоде, состоящий в пропускании через световод зондирующего импульса и измерении ослабления мощности сигнала релеевского рассеяния, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, зокди0

5

0

5

0

рующий импульс пропускают через световод многократно, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода зондирующего импульса IgPoi, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в конце N-го прохода 1дРм, измеряют ослабление мощности сигнала между концом (М-1)-го и началом N-го проходов, суммируют их N - 1 2 Д IgPn - п+1, а потери сигнала в светоп 1

воде определяют по формуле

N -1

IgPN-lgPoi- S Д1дРп п+1

„.

2. Устройство для измерения потерь в световоде, содержащее источник оптического излучения, фотоприемник, регистрирующее устройство, Y-образный ответвитель, при этом боковые каналы Y-образного ответвителя подключены к источнику излучения и фотоприемнику, а общий канал его подключен к световоду, отличающееся тем, что в него дополнительно введен второй Y-образный ответвитель, один из боковых каналов которого подключен к общему каналу первого Y-образного ответвителя, а общий и второй каналы ответвителя являются входами световода.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых потерь в волоконно-оптических трактах и датчиках физических величин. Сущность изобретения заключается в том, что в способе, основанном на пропускании через световод зондирующего импульса и измерении амплитуд сигнала релеевского рассеяния, пропускают многократно зондирующий импульс через световод, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в начале первого прохода зондирующего импульса IgPoi, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния в конце М-го прохода IgPrxi, измеряют ослабление мощности сигнала релеевского рассеяния между концом N и началом N+1-ro проходов, N - 1- суммируют их 2 A gPn - n+1 и определяют п 1 потери сигнала в световоде по приведенной формуле, а в устройство, содержащее источник оптического излучения, фотоприемник, регистрирующее устройство, Y-образный ответвитель, световод, при этом боковые каналы его ответвителя подключены к источнику излучения и фотоприемнику, а общий канал подключен к световоду, дополнительно введен второй Y-образный ответвитель, один из боковых каналов которого подключен к общему каналу первого Y-образного ответвителя, а световод подключен между общим и другим боковым каналом второго ответвителя.2 с.п. ф-лы,2 ил. (Л С 4 О 01 4

С

flGch/iej fnof C Tip

II

Фиг.1

Q

HV

Дэ

-В Ј: N

О, 0} h

с

,чЈ

Ј0