Вид рефлектограммы на участке первого типа вне зависимости от формы и длительности зондирующего импульса - наклонная прямая. Наклон кривой на рефлектограмме характеризует коэффициент затухания волокна в децибелах. Измерение потерь или коэффициента затухания на таких участках с помощью рефлектометра дает достаточно высокую точность, не смотря на то, что измерения производятся косвенно – по затуханию величины рассеянного сигнала. Дело в том, что коэффициент обратного рассеяния в телекоммуникационном волокне можно считать постоянным с высокой точностью.
Соединения волокон и точечные дефекты с примыкающими к ним областями относятся к участкам второго типа. Им соответствуют пики или ступеньки на рефлектограмме, которые называются соответственно отражающими и поглощающими событиями. Рефлектометр дает возможность точно определить расстояние до таких событий (локализовать дефект). С помощью рефлектометра можно приближенно вычислять потери на таких элементах, а также оценить интегральные потери в целом по всему тестируемому участку. Однако необходимо помнить о возможных ошибках измерений, связанных с косвенным характером измерения потерь, и о возможности появления ложных сигналов.
Пиками характеризуются отражающие элементы. Мощность отраженного сигнала, а, следовательно, положение вершины пика, определяется мощностью зондирующего импульса и коэффициентом отражения, но не зависит от его длительности. К отражающим элементам относятся механические соединения. Пик на рефлектограмме обусловлен френелевским отражением на торцах соединяемых волокон,, а вносимые разъемом потери приводят к снижению величины рассеянного сигнала сразу за ним.
Амплитуда пика характеризует качество соединения волокон. Так сварные соединения, как правило, являются не отражающими, а наличие даже слабого пика говорит о плохом качестве сварки. Отсутствие отражения на хороших сварных соединениях связано с отсутствием скачка показателя преломления, т.к. сколотые торцы волокон сплавляются друг с другом. Однако на сварных соединениях потери все-таки есть. Хорошо сваренное соединение трудно «засечь», так как потери на нем невелики и появляющаяся «ступенька» на рефлектограмме очень мала.
Потери на микроизгибах имеют аналогичные характеристики и их трудно отличить от потерь на сварных или механических соединениях.
Таким образом, рефлектометр оперативно предоставляет наглядную информацию, позволяющую судить о качестве ВОЛС, дает возможность обнаружить и локализовать подозрительные участки. Учитывая возможные источники ошибок, и приняв меры по их устранению с помощью рефлектометра можно проводить измерения потерь на соединениях и на прочих участках ВОЛС.
Ложные сигналы (духи) и ошибки при измерениях потерь на соединениях
При стандартном анализе рефлектограмм предполагается, что в прямом направлении распространяется только один зондирующий световой импульс и рефлектограмма формируется в результате однократного рассеяния или отражения этого импульса. Однако это предположение не всегда выполняется. Если тестируемый участок ВОЛС содержит более одного элемента с сильным отражением, то возникают многократные отражения от каждой пары сильно отражающих элементов. Следствие многократных отражений – появление ложных сигналов или «духов».
Для объяснения причины возникновения ложных сигналов рассмотрим прохождение зондирующего импульса через участок ВОЛС с двумя сильно отражающими стыками (см. рис.7.). Ложный сигнал формируется в результате трех последовательных отражений соответственно от стыка В, стыка А и снова от стыка В. Ложный сигнал расположен симметрично отражению от стыка А относительно отражения от стыка В, а его амплитуда значительно меньше амплитуд сигналов от реальных отражающих стыков.
Рис.7. Формирование ложного сигнала рефлектометра при наличии двух отражающих элементов ВОЛС.
При измерении рефлектометром потерь на соединение волокон различного типа существует принципиальный источник ошибок – неодинаковость параметров стыкуемых волокон. Так, например, измеренное по рефлектограмме значение потерь на соединение отличается от действительного значения на величину разности коэффициентов обратного рассеяния в логарифмических единицах. Ситуацию, в которой измерения потерь на соединение дают ошибки такого рода, иллюстрирует рефлектограмма на рис. 8. Соединение участков I и II выглядит так, как будто в нем происходит усиление сигнала. Наоборот, соединение участков II и III выглядит вносящим потери, превышающие их реальную величину. Рефлектограмма на рис. 8 соответствует отрезку ВОЛС, содержащему участок волокна с повышенным коэффициентом обратного рассеяния.
Измерения рефлектометром потерь на соединение волокон дадут правильное значение потерь только в том случае, если параметры двух волокон равны. Если они не равны, но известно их соотношение, то измеренное значение может быть скорректировано. Однако наибольшую точность измерений дает использование двух рефлектограмм, снятых с разных концов ВОЛС. Действительные потери на соединение равны полусумме измерений из двух рефлектограмм, снятых с разных концов.
Рис. 8. Рефлектограмма отрезка ВОЛС, содержащего участок волокна с большим коэффициентом обратного рассеяния.
Технические характеристики импульсного оптического рефлектометра
С точки зрения пользователя, при работе с оптическим рефлектометром важно знать какова максимальная длина тестируемого участка ВОЛС, какова точность определения расстояния до обнаруженных дефектов, дефекты с какой величиной минимальных потерь могут быть обнаружены в тех или иных условиях, какова точность измерения потерь.
В большинстве случаев ответ на поставленные вопросы зависит не только от возможностей рефлектометра, но и от характеристик тестируемого объекта (участка ВОЛС или отдельного волокна). Например, максимальная длина тестируемых одним и тем же рефлектометром волокон зависит от коэффициента затухания света в них.
Технические возможности рефлектометров, определенные таким образом, что они не связаны с характеристиками конкретного тестируемого объекта, а измерены в стандартных условиях, называются техническими характеристиками. По известным техническим характеристикам можно установить возможность проведения измерений и достижимую точность измерений в конкретных условиях.
К техническим характеристикам рефлектометра относятся следующие:
• Динамический диапазон и диапазон измерений
• Мертвые зоны рефлектометра
• Пространственная разрешающая способность
• Точность измерения расстояния
• Точность измерения затухания
Динамический диапазон рефлектометра Ddв выражается в дБ и позволяет оценить максимальную длину тестируемого участка ВОЛС по формуле: L = Ddв / α dв
Динамический диапазон оптического рефлектометра определяется как разность между уровнем мощности Рso обратного рассеяния в самом начале волокна и определенным тем или иным способом уровнем шумов Pnois при заданном времени измерений в соответствии с формулой 
- потери ВОЛС в дб/км.
Динамический диапазон представляет собой наиболее важный параметр, он часто используется для классификации рефлектометров и предоставляет информацию не только о максимальном допустимом уровне потерь в тестируемой ВОЛС, но и о времени, необходимом для осуществления измерений.
Отметим, что в приведенном определении начальный уровень обратного отражения не является собственной характеристикой рефлектометра, т.к. зависит от коэффициента обратного рассеяния.
В современных волокнах флуктуации коэффициента обратного рэлеевского рассеяния обусловлены, в первую очередь, флуктуациями диаметра модового пятна. Из-за случайного характера вариаций диаметра модового пятна, их разность с одинаковой вероятностью может быть как положительной, так и отрицательной. Поэтому на рефлектограммах с примерно одинаковой вероятностью наблюдаются ступеньки, направленные как вверх, так и вниз.
Коэффициент обратного рэлеевского рассеяния прямо пропорционален произведению коэффициента прямого рэлеевского рассеяния на коэффициент захвата рассеянного излучения модой волокна. В свою очередь, коэффициент захвата прямо пропорционален квадрату апертурного угла моды и обратно пропорционален квадрату диаметра модового пятна.
Неопределенность вносит, также, возможное различие в определении критического уровня шума, а также тот факт, что уровень шума зависит от времени усреднения.
Поэтому целесообразно определять динамический диапазон в одинаковых, общепринятых, т.е. стандартных условиях.
Наиболее часто уровень шумов устанавливается двумя способами: по среднеквадратичному значению либо по уровню 98% вероятности. Для гауссовского шума уровень 98% превышает примерно в 2,4 раза среднеквадратичное значение. Поэтому, величина динамического диапазона, определяемая по среднеквадратичному уровню шума, примерно на 1,8 дБ больше величины динамического диапазона, определенной по 98% уровню шумов.
Величина динамического диапазона зависит от параметров, устанавливаемых пользователем: длительности импульсов, времени усреднения сигнала и диапазона измеряемых длин. Так, например, при увеличении длительности импульса в 1000 раз (от 
мкс) коэффициент обратного рэлеевского рассеяния увеличивается (по шкале рефлектометра) на 
. Так как уровень шумов (в отсутствие сигнала) при этом не меняется, то динамический диапазон тоже увеличивается на .
При увеличении времени усреднения, коэффициент рэлеевского рассеяния не меняется, зато уменьшается среднеквадратичное значение шума. В первом приближении шум можно полагать белым (гауссовым). Поэтому его среднеквадратичное значение изменяется обратно пропорционально квадратному корню из времени усреднения сигнала. Это значит, что при увеличении времени усреднения от 
, уровень шума уменьшается (а динамический диапазон увеличивается) по шкале рефлектометр на 
.
На сегодняшний день динамический диапазон является основным параметром, по которому проводится сравнение различных моделей рефлектометров. Так как его величина увеличивается с увеличением длительности импульсов t и времени усреднения сигнала Т, то обычно значение динамического диапазона приводят при максимальных для данного прибора значениях t и Т. МЭК рекомендует при сравнении динамических диапазонов рефлектометров использовать следующие величины: t=10 мкс и Т=3 мин.
Рис.9 Динамический диапазон и диапазон измерений
Близкой к динамическому диапазону характеристикой рефлектометра является диапазон измерений.
Диапазон измерений определяется как максимальное значение потерь на участке от входа в волокно до тестируемого элемента, при котором параметры этого элемента могут быть аккуратно измерены. Рекомендуется в качестве такого элемента использовать сварное соединение с потерями 0,5 дБ.
Так как точность измерения потерь зависит от отношения сигнал/шум (SNR) в данной точке, то приборы с более высоким динамическим диапазоном, при прочих равных условиях, обеспечивают больший диапазон измерений. Кроме того, на величину диапазона измерений существенно влияет алгоритм программного обеспечения, используемый для выделения сигнала на фоне сильных шумов. На рис.9 показаны значения динамического диапазона и диапазона измерений.
Мертвые зоны рефлектометра
Мертвые зоны рефлектометра это участки вблизи отражающих элементов, в которых затруднены измерения. Область вблизи отражающего события, в пределах которой невозможно обнаружить другое отражающее событие, называется мертвой зоной отражения. Область вблизи отражающего события, в пределах которой невозможно точно измерить уровень мощности обратного рассеяния называется мертвой зоной затухания, т.к. этот участок волокна исключается из процесса измерения затухания.
Общеприняты следующие определения двух типов мертвых зон.
Мертвая зона отражения определяется расстоянием между началом отражения и точкой на спаде пика отражения с уровнем - 1.5 дБ относительно вершины.
Мертвая зона затухания определяется расстоянием от начала отражения до точки, в которой уровень сигнала фотоприемника отличается не более чем на 0.5 дБ от уровня обратного рассеяния. ±
Приведенные определения двух типов мертвых зон иллюстрирует рис.10.
Рис.10. Определение мертвой зоны отражения и мертвой зоны затухания.
На величину мертвой зоны оказывает влияние, также, шаг дискретизации, которым можно пренебречь только в том случае, если его величина много меньше величины мертвой зоны, определенной без его учета.
Пространственная разрешающая способность
Как и мертвая зона отражения, пространственная разрешающая способность характеризует возможность с помощью рефлектометра различить два события. Но если в определении мертвой зоны отражения рассматриваются два отражающих события, то пространственная разрешающая способность характеризует способность различать поглощающее событие на фоне отражающего. Пространственная разрешающая способность вблизи входного торца определяется как минимальное расстояние, на котором рефлектометр позволяет обнаружить и аккуратно измерить поглощающее событие (например, сварное соединение).
Предложены спецификации пространственной разрешающей способности также и для одиночных событий. Для сварки с потерями менее 1 дБ разрешающая способность определяется как длина ступеньки между уровнями 10% и 90% ее высоты. Для одиночного отражающего события пространственная разрешающая способность определяется как длительность пика по уровню 50%.
Пространственная разрешающая способность зависит не только от длительности импульса, но и от ширины полосы пропускания предусилителя. Для оценки величины разрешающей способности одиночного отражающего события можно использовать приближенное выражение: 
Точность измерения расстояния
Локализация неисправностей является одной из важнейших задач при тестировании ВОЛС. При использовании рефлектометра для локализации дефекта необходимо помнить, что рефлектометр измеряет время прохождения света до неисправности и обратно. Измеренное значение времени используется для вычисления расстояния от торца до неисправности вдоль волокна. Длина оптического кабеля меньше этой длины, причем отношение длин волокна и кабеля - индивидуальная характеристика кабеля.
Точность определения расстояния характеризуется величиной абсолютной и относительной погрешности измерения расстояния.
Необходимость пересчета и возможная неточность внутренних часов рефлектометра вызывают появление постоянной относительной ошибки, называемой ошибкой масштабирования. Абсолютная ошибка Δm определения длины волокна равна произведению относительной ошибки dm масштабирования на длину L : 
Вклад в величину относительной ошибки масштабирования дают ошибка в определении показателя преломления и нестабильность тактовой частоты (внутренних часов).
Другими источниками ошибок являются ошибки дискретизации и ошибки локализации.
Ошибки дискретизации определяются скорость работы аналого-цифрового преобразователя, задающей период между двумя последовательными отсчетами.
Ошибка локализации обусловлена неточностью определения положения события из-за наличия шумов и тесно связана с пространственной разрешающей способностью рефлектометра. Следует сказать, что ошибка локализации существенно зависит от типа события и от алгоритма определения его положения, а также от уровня шума в точке измерений.
Расстояние до событий может определяться оператором с использованием курсора, устанавливаемого в точке начала пичка и ступеньки. В этом случае на точность определения расстояния могут оказывать влияние субъективные факторы, в том числе опыт оператора.
Точность измерения затухания.
Затухание рассчитывается рефлектометром косвенно, по величине сигнала обратного рассеяния. Изменение коэффициента обратного рассеяния может приводить к ошибкам измерений, не связанным с техническими характеристиками рефлектометра.
Поэтому точность измерения затухания целесообразно специфицировать для поглощающих событий и для отрезков однородного волокна.
Ошибки измерений затухания определяются ошибками измерения мощности сигнала обратного рассеяния.
В большинстве рефлектометров световой сигнал преобразуется в электрический при помощи измерительного преобразования (см. рис.4.). Измерительный преобразователь состоит из фотоприемника и предусилителя.
В идеальном преобразователе электрический ток (иногда - напряжение) должен быть прямо пропорционален мощности светового сигнала. Выходной ток (напряжение) измерительного преобразователя измеряется цифровым амперметром (вольтметром).
Ошибки измерений возникают из-за наличия шумов преобразователя и случайных ошибок измерителя, а также из-за нелинейности характеристик фотоприемника, предусилителя и амперметра (вольтметра).
В рефлектометрах ошибку измерений затухания характеризуют линейностью рефлектометра LN[дБ/дБ], равной отношению модуля отклонения ΔАдБ измеренного значения от действительного АдБ к действительному значению затухания в дБ.
Потери на стыках волокон.
На вносимое затухание смонтированного участка помимо собственного затухания волокна оказывает влияние качество соединений различных участков линии (разъемные и не разъемные соединения – сварные соединения, коннекторы и т.д.)
Условно потери в соединениях можно разделить на два вида:
1. Потери из-за различий в свойствах соединяемых волноводов.
2. Потери, связанные с плохим качеством соединения.
Неодинаковые показатели преломления сердцевин соединяемых волокон.
Потери из-за различия показателей преломлений сердцевин волокон являются следствием френелевского отражения на границе раздела двух сред с разными показателями преломления. В предположении, что волокна имеют ступенчатый профиль показателя преломления и соединение выполнено без дефектов потери, возникающие по причине стыковки двух различных волокон, могут быть описаны следующим образом:
Различные числовые апертуры соединяемых ОВ.
Пусть волокно, из которого приходит излучение, имеет числовую апертуру NA1, а в которое излучение вводится NA2, соответственно. В таком случае, при отсутствии дефектов в месте соединения потери составят 
Различные диаметры сердцевин соединяемых ОВ.
Пусть d1 и d2 диаметры сердцевин соединяемых волокон. В таком случае потери могут быть описаны следующем образом:
Радиальное смещение волокон.
Пусть d – диаметр волокна, h – величина осевого смещения. В таком случае, при условии малого смещения () потери описываются следующей формулой:
Если Вам необходимо провести тестирование ВОЛС, - смело обращайтесь к нам!
Ознакомиться с нашими услугами по ВОЛС Вы можете здесь.
