ДИАГНОСТИКА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ И ПОДГОТОВКА ОПТИЧЕСКИХ РАЗЪЕМОВ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

В данной статье рассмотрены вопросы диагностики волоконно-оптических линий передачи на предмет выявления разрывов, сколов, загрязнений и других дефектов, а также подготовка оптических разъемов к эксплуатации и возможные последствия в случае их загрязнения.

ДИАГНОСТИКА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ И ПОДГОТОВКА ОПТИЧЕСКИХ РАЗЪЕМОВ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ

Пацюк Тимур Тимофеевич,

Институт радиотехнических систем и управления,

Южный федеральный университет

Магистрант группы РТмо2-17

г. Таганрог, Россия

E-mail: patzyuck2011@yandex.ru

Терешков Владимир Васильевич,

кандидат технических наук доцент

Институт радиотехнических систем и управления,

Южный федеральный университет

г. Таганрог, Россия

E-mail: tervv@tgn.sfedu.ru

DIAGNOSTICS OF FIBER-OPTIC TRANSMISSION AND PREPARATION OF OPTICAL CONNECTORS FOR USE

Patzyuck Timur,

Master of the group RTmo2-17 Southern Federal University,

Taganrog, Russia

E-mail: patzyuck2011@yandex.ru

Tereshkov Vladimir,

Associate Professor

of the Institute of radio engineering and control systems of the Southern Federal University,

Taganrog, Russia

E-mail: tervv@tgn.sfedu.ru

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены вопросы диагностики волоконно-оптических линий передачи на предмет выявления разрывов, сколов, загрязнений и других дефектов, а также подготовка оптических разъемов к эксплуатации и возможные последствия в случае их загрязнения.

Abstract

This article discusses the diagnosis of fiber-optic transmission lines to identify gaps, chips, dirt and other defects, as well as the preparation of optical connectors for use and possible consequences in case of contamination.

Ключевые слова: волоконно-оптические линии передачи, волоконно-оптические кабели, оптические волокна, измерения ослабления в оптическом кабеле, метод комбинационного рассеяния, оптические рефлектометры, состояние поверхности оптических контактов.

Keywords: fiber optic transmission, fiber optic cables, optical fibers, measuring the attenuation in the optical cable, the method of Raman scattering, optical time-domain reflectometer, the surface condition of the optical contacts.

Волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП) состоят из волоконно-оптических кабелей (ВОК), являющихся основным элементом ВОЛП, а также из кабельных конструкций, муфт, разъемов, соединителей и т.п.

Тестирования и измерения характеристик волоконно-оптического кабеля, в том числе характеристик оптоволокон (ОВ), преследуют одну цель: обеспечить для кабеля данной конструкции высокую однородность и стабильность параметров линии передачи вне зависимости от времени [1], [2].

Тестирование ВОЛП ведется на всех этапах их производства, строительства, монтажа оборудования и эксплуатации.

В настоящее время, когда в эксплуатации находятся десятки тысяч километров ВОЛП, особую актуальность приобретает обеспечение их многолетней надежности.

В течение всего срока эксплуатации ВОК должны сохранять свои свойства неизменными. Основное условие – отсутствие механических напряжений в волокнах, собранных в кабель.

Срок службы ОВ определяется процессом роста в них микроскопических трещин. Если волокно подвержено натяжению, то трещина начинает лавинообразно расти и ОВ разрывается.

При прокладке первых ВОК на сетях связи использовались измерители мощности оптического излучения. Однако при массовом строительстве ВОЛП возможности этих приборов оказались недостаточными.

Появились новые унифицированные приборы – оптические рефлектометры, позволяющие определять затухание по длине волокна путем анализа оптического излучения, рассеянного назад.

Рефлектометр является основным прибором при строительстве, монтаже, пуско-наладочных работах и при производстве аварийно-восстановительных работ. 90% всех измерений выполняется именно этим прибором, который является прецизионным и дорогим.

Эффективность его эксплуатации, особенно при проведении аварийно-восстановительных работ, требует от специалистов высокой квалификации.

Для обеспечения эффективной работы ВОСП очень важным является быстрое установление и, естественно, устранение обрывов волокна, особенно в системах с высокой информационной емкостью, так как обрывы волокна могут привести к закрытию большого количества каналов. Не менее важным является и вопрос измерения ослабления в оптическом кабеле, а также потерь, вносимых коннекторами и другими компонентами ВОЛП при монтаже новых систем передачи.

Самым эффективным методом, на котором базируются современные средства измерения параметров для определения надежности ВОК, является метод комбинационного рассеяния (бриллюэновское рассеяние).

На его основе созданы бриллюэновские рефлектометры, позволяющие не только измерять параметры оптических волокон, но и после специальной математической обработки результатов прогнозировать их механические параметры, в том числе предсказывать обрывы.

Принцип их действия во многом такой же, как и у импульсных рефлектометров, применяемых для тестирования электрических кабелей.

Оба типа рефлектометров посылают в линию мощный зондирующий импульс (оптический или электрический) и измеряют мощность и время запаздывания импульсов, вернувшихся обратно в рефлектометр.

Отличие заключается в том, что в электрической линии наблюдаются только отражённые импульсы. Они образуются в местах, где в линии имеются скачки волнового сопротивления. В оптических же волокнах обратная волна образуется не только за счёт отражения от больших (по сравнению с длиной волны) дефектов, но и за счёт рэлеевского рассеяния. Рассеяние света происходит на флуктуациях показателя преломления кварцевого стекла, застывших при вытяжке волокна. Размер этих неоднородностей (рэлеевских центров) мал по сравнению с длиной волны и свет на них рассеивается во все стороны, в том числе и назад, в моду волокна (рис. 1).

Оптические рефлектометры могут быть легко адаптированы для определения воздействий, вызванных несанкционированным подключением к ОВ. Вследствие того, что оптические рефлектометры работают с отражённым сигналом, они также применимы и для определения других видов несанкционированных воздействий. Однако следует отметить, что немодулированные или слабо модулированные зондирующие сигналы рефлектометра могут быть источником помех (заглушения) за счёт взаимодействия их с информационными сигналами.

Недостатком метода оптической рефлектометрии также является то, что в сетях с оптическими разветвителями он не может быть применен по причине множества маршрутов прохождения сигнала. Например, пассивные оптические сети PON содержат оптические разветвители, за которыми могут располагаться другие разветвители. В этом случае препятствием для использования рефлектометрических методов контроля оказывается древовидная топология сети, приводящая к возникновению многих точек отражения зондирующего сигнала и к временным задержкам между отражениями зондирующего сигнала от точек, расположенных на разных расстояниях [3].

Рисунок 1 – Типичная рефлектограмма линии передачи

Чистота и очистка поверхности контакта

Говоря о том, что измеряется в ВОЛС, нужно также понимать, как обеспечить необходимые условия для получения корректных значений, а также как диагностировать причины возможного искажения параметров.

Недостаточная чистота поверхности торцов оптических разъёмов приводит к ряду негативных последствий, отрицательно сказывающихся на стабильности работы волоконно-оптической системы передачи (ВОСП) в целом:

1) увеличение потерь оптического сигнала при прохождении соединения;

2) увеличение уровня обратного отражения от оптического соединения;

3) необратимые нарушения рабочей поверхности оптических коннекторов за счёт воздействия на них загрязняющих частиц;

4) возможность переноса загрязнений на чистые соединения, например, за счёт подключений/отключений тестовых оптических шнуров на этапе тестирования или контроля параметров ВОСП;

5) вероятность возгорания мест оптических соединений для ВОСП большой мощности (например, с применением мощных волоконно-оптических усилителей).

На рис. 2 … 7 приведены фотографии торца оптического коннектора FC/UPC с одномодовым волокном, полученные с помощью специального волоконного микроскопа с 400-кратным увеличением.

Идеальное состояние поверхности торца коннектора показано на рис. 2. Здесь отсутствуют какие-либо загрязнения и повреждения поверхности.

На торце коннектора, показанного на рис. 3, имеется загрязнение в виде ворсинки. Наличие даже такой ворсинки, толщина которой составляет всего лишь около 10 мкм, и которая располагается не в области сердцевины волокна, а на его первичной оболочке, приводит к резкому увеличению уровня обратного отражения от места оптического соединения и к росту вносимых потерь.

Рисунок 2 – Идеальное состояние поверхности торца коннектора с одномодовым волокном

Рисунок 3 – Поверхность коннектора с загрязнением в виде ворсинки в области первичной оболочки волокна

При работе с оптическими соединениями необходимо соблюдать особое внимание. Даже случайного лёгкого прикосновения торца коннектора к коже человека или посторонним предметам достаточно для получения весьма сильного загрязнения. На рис. 4 показано состояние торца оптического коннектора после одного прикосновения к нему пальцем.

Рисунок 4 – Поверхность торца коннектора после прикосновения к ней пальцем

 

В случае сильных загрязнений простая обработка торца коннектора с помощью безворсовой салфетки не приводит к качественной очистке — «грязь» всего лишь размазывается по поверхности коннектора (рис. 5).

Рисунок 5 – Следы «размазывания» загрязнения на поверхности коннектора при воздействии безворсовой салфеткой

Для удаления загрязнений необходимо использовать специальные очищающие жидкости (например, изопропиловый спирт). Однако после протирки коннектора салфеткой, смоченной очищающей жидкостью, необходимо повторно протереть торец сухой частью салфетки, потому что использование чрезмерного количества очистителя приводит к «разводам» на поверхности торца коннектора (рис. 6).

Рисунок 6 – Следы «разводов» на поверхности торца коннектора от остатков очищающей жидкости

Если очистка и контроль мест оптических соединений не проводятся при каждом цикле соединения/разъединения, то возникает вероятность повреждения поверхности торца коннектора имеющимися на нём загрязняющими частицами (пыль, частицы материала соединительных адаптеров и др.).

На рис. 7 показан вид торца оптического коннектора (после процесса очистки) с имеющимися повреждениями его поверхности. Здесь отчетливо видны круговые царапины в верхней части коннектора и несколько сколов поверхности в различных частях коннектора.

Рисунок 7 – Поврежденная поверхность торца оптического коннектора, не поддающегося дальнейшей очистке

Как показывает практика, при наличии даже небольших загрязнений оптического соединения резко возрастает уровень обратного отражения от данного соединения. Другими словами, происходит значительное увеличение доли оптического излучения, которое отразится от места соединения и будет распространяться в сторону, противоположную первоначальному направлению распространения сигнала. Вследствие этого также происходит и увеличение прямых потерь мощности оптического сигнала, так как место соединения беспрепятственно пройдет уже меньшая его часть. Вносимые потери оптического сигнала, возникающие из-за отражения его части в месте соединения, принято называть возвратными потерями.

Сильное обратное отражение от загрязнённых оптических соединителей приводит к появлению помех в виде эхосигналов и их паразитной интерференции с полезными передаваемыми сигналами. Кроме того, обратное отражение негативно сказывается на режиме работы лазеров, используемых в ВОСП. Это связано с чувствительностью лазера к обратному отражению, которое вызывает дополнительный шум и изменение излучаемого спектра. Интерференция между прямой переданной волной и отражённой волной в лазерном резонаторе нарушает динамическое равновесие процесса генерации и увеличивает интенсивность шума, особенно на частоте релаксационных колебаний.

Другая проблема, возникающая из-за наличия загрязнений оптических соединений, связана с необратимыми нарушениями рабочей поверхности оптических коннекторов за счёт воздействия на них загрязняющих частиц.

При многочисленных стыковках загрязнённого оптического разъёма происходит деформация его отполированной торцевой поверхности. Такой дефект трудно (а чаще всего – невозможно) обнаружить даже с помощью применяемых в полевых условиях обычных микроскопов, дающих только двумерное изображение этой поверхности. Увидеть истинную форму торцевой поверхности можно на её трёхмерном изображении, полученном с помощью интерферометра. Данный прибор позволяет оценить степень деформации торцевой поверхности, возникающей при многочисленных стыковках разъёма тестового шнура в течение определённого периода времени.

Деформация отполированной поверхности оптического коннектора приводит к резкому увеличению и уровня обратного отражения, и вносимых потерь в месте соединения.

Значительно снизить вероятность повреждения поверхности коннекторов в оптических разъёмах можно путём использования высококачественных соединительных адаптеров [4].

Выводы: Волоконная оптика открывает перед пользователями огромные возможности по безопасной и высокоскоростной передаче данных на большие, средние и малые расстояния. Правильное использование волоконно-оптического оборудования, содержание его в работоспособном состоянии, качественная диагностика неполадок позволяет компетентным пользователям получать высокие параметры систем связи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. В. В. Крухмалев, В. Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. – Москва: Горячая линия — Телеком, 2004. – 510 с.
  2. Игнатов А. Н. Оптоэлектронные приборы и устройства. – М.: Эко-Трендз, 2006. – 272 с.
  3. Горбунов А.В. Контроль состояния разъёмных оптических соединений в защищённых волоконно-оптических системах связи: Учебное пособие [Электронный ресурс]. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2014. – 80 с. – URL: http://ntb.tgn.sfedu.ru/UML/UML_5140.pdf
  4. Горбунов А.В. Рефлектометрический метод контроля несанкционированного доступа к волоконно-оптическим линиям связи: Учебное пособие [Электронный ресурс]. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2013. – 64 с. – URL: http://ntb.tgn.sfedu.ru/UML/UML_5170.pdf

 

Добавить комментарий