Основные параметры измерителей средней мощности. Для измерителей мощности основными параметрами являются:
диапазон рабочих длин волн, в котором измеряют среднюю мощность, мкм;
динамический диапазон измерений средней мощности в указанном диапазоне или на одной длине волны, Вт;
основная погрешность измерения относительного уровня мощности, дБ;
основная погрешность установки заданного уровня мощности, Вт (дБм).
В настоящее время ГОСТ 51060-97 регламентирует основные технические характеристики, приведенные в табл. 6.1-2.
Таблица 6.1-2.
Наименование параметра
Значение
Диапазон рабочих длин волн, мкм
0,6 – 1,7
Диапазон измерений средней мощности, Вт
10-12- 10-2
Пределы основной допускаемой погрешности, %
- диапазон 10-10 – 10-2, Вт
6-8
- диапазон 10-12 – 10-3, Вт
8-10
Эти параметры должны обеспечиваться в нормальных климатических условиях после установления рабочего режима (от 4 с до 30 мин). При этом для обеспечения достоверности результатов измерений измерители мощности подлежат сертификации и периодической поверке.
Согласно ГОСТ 28871-90 измерения на ВОЛС, должны проводиться с использованием измерителей мощности в диапазоне средней мощности от -70 до +10 дБм на рабочих длинах волн 850±10 мкм, 1300±20 мкм и 1550±2030 мкм и погрешностью 1,23 дБ и 0,78 дБ при -60 дБм и -40 дБм, соответственно.
В схемотехническом плане измерители оптической мощности могут быть выполнены на основе логарифмического усилителя, линейного усилителя с дискретно управляемым коэффициентом усиления и преобразователя тока фотоприемника в частоту импульсов, причем самым простым является измеритель, у которого ФД подключен через логарифмический усилитель к АЦП, соединенному с жидкокристаллическим индикатором. Так как параметры логарифмического усилителя зависят от температуры и напряжения питания, точность и динамический диапазон приборов данного типа, в частности, FOT-02 (EXFO), OLP-5 (W&G), 555 (Rifocs) и M 712 (Fotec) относительно невысоки.
Измерители мощности c дискретно управляемым коэффициентом линейного усиления имеют более высокие технические характеристики. В них измеряемый сигнал после усиления поступает на индикатор через АЦП и микроконтроллер, применение которого для управления коэффициентом усиления позволяет осуществить высокоточное преобразование результата измерения в логарифмический масштаб и существенно расширить сервисные функции прибора, упростив процесс измерения мощности и автоматической корректировки нуля. К таким приборам относятся Алмаз-2 (ЛИОНИР), AQ2150 (Ando), FOT-903 (EXFO), K2401 (Siemens), LP-6000 (GN Nettest) и OLP-18 (W&G).
Измерители с аналого-частотным преобразованием также используют микроконтроллер для управления процессом преобразования измеряемого сигнала в частоту импульсов и для других измерительных и сервисных функций. Метрологические характеристики измерителей мощности данного типа как, например, в АМ-3500 (GN Nettest) такие же, как и у приборов второй группы. Однако наличие дополнительной погрешности, вызванной зависимостью показаний прибора от напряжения питания, и низкая устойчивость к внешним электромагнитным воздействиям являются основными недостатками приборов с аналого-частотным преобразованием.
Таблица. 6.1-3.
Параметры
LP-6025
LP-6025С
Тип волокна
ММ/SМ
ММ/SМ
Диапазон длин волн (нм)
800 - 1600
800 - 1600
Фотодиод
InGaAs
InGaAs
Калиброванная длина волны (нм)
850, 1300, 1310, 1550
850, 1300, 1310, 1550
Диапазон (дБМ)
+3 ... -70
+20 ... -60
Точность
±0,2 дБ
±0,2 дБ
Линейность (при 23 С°)
±0,1 дБ 0 ... -60 дБм
±0,1 дБ 0 ... -60 дБм
Разрешающая способность
0,01/0,1 дБ
0,01/0,1 дБ
Таким образом, для полевых измерений средней мощности оптического излучения наиболее эффективны измерители с дискретно изменяемым коэффициентом усиления линейного усилителя. Приборы, в которых уделено особое внимание качеству оптического разъема, термостабилизации и уменьшению шумов элементов, могут быть аттестованы и использованы в качестве образцовых средств измерения 2-го разряда. Они обладают погрешностью не более 0,2 дБ (5%) и обеспечивают диапазон измерений от +3 дБм до -70 дБм. Однако такие приборы (например, FLS-220/EXFO), отличаются значительными габаритами и, как правило, используются для поверки приборов.
Измерение затухания волоконно-оптических линий связи. Для расширения функциональных возможностей рассмотренных приборов они обычно дополняются источником излучения, что позволяет использовать их для измерения потерь. Приборы, в которых используются согласованные пары, источник излучения – измеритель оптической мощности, носят название оптических тестеров или измерителей оптических потерь. Очевидно, что, осуществляя измерение оптической мощности на входе P1 и выходе P2 ОВ, можно определить его затухание, которое равно в [дБ]:
Для однородного волокна можно определить коэффициент затухания – затухание на единицу длины волокна в [дБ/ед. длины]:
,
которое не зависит от выбранной длины волокна. В качестве примера рассмотрим измерение затухания оптического волокна с помощью измерителей оптических потерь. При этом, согласно рекомендациям ITU-T G.651, EIA/TIA и ГОСТ 26814-86, следует различать два основных метода измерения затухания – методы разрушающего (обрыва) и неразрушающего (вносимых потерь) измерения.
Измерение затухания методом обрыва. Метод обрыва является наиболее точным из используемых, но требует разрыва волокна, и его использование при инсталляции, техническом обслуживании и в полевых условиях нежелательно, поэтому он применяется только при производстве ОВ. Метод основан на сравнении значений мощности оптического излучения, измеренной на выходе длинного волокна и на входе короткого отрезка волокна, образованного отсечением части длины (около 2 м) со стороны источника. При этом необходимым условием измерения является постоянство мощности и неизменность модового состава вводимого в волокно оптического излучения, чтобы избежать ввода мощности в переходные моды высшего порядка. Если это соблюдается, то будут измерены затухания отдельных участков, которые линейно суммируются и при неизменном распределении мощности называются распределениями в установившемся состоянии. Для обеспечения таких условий ввода существуют два метода, использующие фильтр мод и оптическую систему, которые при грамотном применении дают близкие результаты. В первом случае в качестве фильтра мод используется либо волокно того же типа, но достаточно большой длины, порядка 1 км, либо несколько (3-5) витков ОВ, намотанного с небольшим натяжением на стержень диаметром 15-40 мм и длиной около 20 мм, выбираемым в зависимости от типа волокна и его оболочки. Во втором случае световым потоком, формируемым по законам геометрической оптики, заполняют 70% диаметра сердечника и столько же цифровой апертуры измеряемого волокна. Это максимальное распределение мощности, при котором отсутствует ввод мощности в быстро затухающие моды. Так, для градиентного многомодового волокна 50/125 мкм с числовой апертурой 0,2 такие условия ввода соответствуют диаметру однородного пятна 26 мкм при числовой апертуре 0,11. Не менее важным является выбор источника излучения. Он должен быть высоко стабилен как по интенсивности, так и длине волны излучения, а ширина спектра (измеренная на уровне 50% интенсивности) должна быть уже спектральной характеристики затухания волокна. Другим важным условием является обеспечение вывода мод оболочки, так, чтобы ни одна из мод излучения, распространяющаяся по оболочке, не могла быть обнаружена при короткой длине волокна. Для этого часто используется иммерсионная жидкость, показатель преломления которой равен или больше показателя преломления оболочки. При использовании измерителей потерь эти условия обычно соблюдаются, на практике же следует обращать внимание на то, чтобы торцевые поверхности ОВ были перпендикулярны к их осям и не имели сколов и повреждений, препятствующих прохождению оптического излучения. Процесс измерения в этом случае заключается в следующем:
Подготовка. Присоедините выход тестируемого волокна к источнику излучения;
Первое измерение. Присоедините выход измеряемого волокна к измерителю мощности, включите источник и зафиксируйте показания измерителя, например, – 21,2 дБм, выключите источник;
Второе измерение. Произведите скол волокна на расстоянии около 2 м от источника и зафиксируйте торец волокна на входе измерителя мощности, включите источник и снимите показания измерителя мощности, например, -20 дБм;
Определение потерь. Разность между эталонным и измеренным уровнями и даст потери ОВ, -20,0 дБм – (-21,2 дБм) = 1,2 дБм
Если необходимо определить затухание всей линии, последнее значение необходимо поделить на длину волокна.
,
