Импульсно-рефлектометрический метод измерения потерь на макроизгибах оптического волокна

среднем на 40-45%. Также установлен характер влияния основных конструкционных параметров на частоту собственных колебаний. Проведенные расчеты вынужденных колебаний позволили нам оценить действие подрессоренной системы автомобиля во время наиболее нежелательных гармонических возмущающих на него воздействий.

Список литературы 1. Катамадзе К.К., Русадзе Т.П., Гелашвили И.С. Метод составления математической модели динамической системы «двигатель-трансмиссия-колесо-подвеска»: Сборник трудов первой международной

научно-технической конференции «INTERTRANS-2000», т. 3: Кутаиси, 2000. -144-150 с.

2. Русадзе Т.П., ГвинефадзеН.Ш., Тевзадзе М.Ш. Математическое моделирование движения полноприводных автомобилей: ТрудыШ Международной научно-технической конференции «МОТА-иТО'98»: Болгария, София, 1998. -135-137 с.

3. Русадзе Т.П., Платонов В.Ф., Семенов В.М., Гоги-тидзе А.С., Русадзе П.Т.Оптимизация параметров автомобиля: Издательство «Алиони»: Батуми, 2002.-319 с.

ИМПУЛЬСНО-РЕФЛЕКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ НА МАКРОИЗГИБАХ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА

Развитие телекоммуникационных технологий как единой цифровой сети интегрированного обслуживания немыслимо без использования волоконно-оптических линий связи ВОЛС. ВОЛС, представляют собой сложную оптико-физическую систему, в качестве направляющей среды передачи применяется кварцевое оптическое волокно (ОВ). Особенностью передачи по ОВ заключается не только в распространении по нему информационных сигналов, но и в конструкции ОВ, критичности к механическим нагрузкам (усилиям растяжения и сдавливания, изгибам, кручению и ударам). В современных условиях эксплуатации ВОЛС к ним предъявляют более жесткие требования на соответствие передаточных параметров, которые регламентированы Рекомендациями G.652... G.655 Международного Союза электросвязи - сектора стандартизации электросвязи (МСЭ-Т) [1]. ВОЛС используют для передачи данных сигналы со стандартными длинами волн: 850, 1310, 1550, 1650 нм — и два основных типа оптического волокна: одномодовое ^М) с диаметром сечения примерно 9,5 нм и многомодовое (ММ) с диаметрами 50 и 62,5 нм. К важным передаточным параметрам ОВ относятся: - коэффициент затухания; - дисперсия 8М; - ширина полосы пропускания ММ. Остановимся подробнее на коэффициенте затухания. Потери мощности излучения в оптических волокнах характеризуются коэффициентом затухания а (дБ/км), который измеряется в децибелах на километр и выражается:

Токарева Ирина Александровна

Аспирант, кафедра Линии Связи СибГУТИ, г. Новосибирск

где Рвх и Рвых - мощности оптического излучения на входе и выходе волокна, соответственно; ^ - длина волокна. Величина коэффициента затухания а обуславливается собственными потерями на поглощение и релеевское рассеяние света в волокне и вносимыми потерями, вызываемыми микро- и макроизгибами и искусственными дефектами волокна, например, сварными соединениями. Потери на поглощение напрямую связаны с наличием в материале волокна (кварцевом стекле) различных примесей металлов и гидроксильных ионов и определяются степенью чистоты исходного материала световедущей жилы волокна - чем меньше примесей, тем меньше потери.

Потери на релеевское рассеяние в волокне вызываются рассеянием света на микронеоднородностях с размерами меньшими длины волны света в волокне, которые возникают в процессе изготовления волокна вследствие флуктуаций плотности и состава кварцевого стекла. Эти потери носят принципиальный фундаментальный характер, они имеют место во всех типах волокон и ограничивают минимально достижимую величину затухания в волокне. Релеевские потери сильно зависят от длины волны излучения, коэффициент затухания, обусловленный реле-евскими потерями обратно пропорционален четвертой

1

а « —

степени длины волны X: л (2). На рисунке 1 приведена схема релеевского рассеивания.

Рисунок 1. Схема релеевского рассеяния

Вследствие различных условий распространения световой волны в прямом и изогнутом световодах в волокне могут возникать дополнительные потери мощности излучения, приводящие к соответствующему затуханию света. На рисунке 2 показан ход лучей при распространении света в изогнутом световоде и в световоде с микроизгибами. Микроизгибы могут возникать вследствие наличия шероховатости на границе защитно-упрочняющего

Рисунок 2. Потери мощности излучения световой волны на изгибах и макроизгибах волокна

покрытия волокна и внешней оболочки при сжатии волокна или волоконного кабеля. Из рисунка 2 видно, что наличие тех и других изгибов приводит к высвечиванию света в оболочку и дополнительному затуханию. Помимо микроизгибов к вносимым потерям относятся также потери в местах соединения волокон, как разъемных так и сварных, а также потери, связанные с дефектами оптических волокон (трещины, пузыри, микронеоднородности).

Рисунок 3. Возникновение потерь на изгибах кабеля

Потери на макроизгибы обусловлены изменением геометрии луча при изгибах оптического кабеля. Рассмотрим появление таких потерь на примере световода со ступенчатым профилем показателя преломления (рисунок 3).

(

ф-1 ф

На изгибе луч образует угол падения 1 < 1, и следовательно, нарушается условие полного внутреннего

I

Ф1 Ф

отражения ( 1 < с). Такой луч преломляется и рассеивается в окружающем пространстве (оболочке). В много-модовых градиентных световодах моды высших порядков, распространяющиеся вблизи границы сердечник-

Ф

оболочка, имеют малые значения угла падения 1, поэтому при сворачивании такого световода в круг в первую

очередь теряются именно эти моды. Затухание за счет макроизгибов рассчитывается по формуле [2]:

а =—10 • Ы

тасго о

1—

ё + 2 2 • ё •А

2 • а ( 0.16 Я 3

я Л я

где g - коэффициент, определяющий вид профиля показателя преломления; 2а - диаметр сердечника световода; R -радиус изгиба.

Изгибы одномодовых волокон вызывают непрерывную утечку мощности из моды. Эти непрерывные потери рассчитываются по формуле [2]:

33•А0,25 •Я}/5

тя •я2

г

а

exp

1,244

а

1.5

V

Я

2,748

0,996 •}

Я

с

3 Л

• Я

у

где ^ - длина волны, соответствующая значению нормированной частоты V.

Для измерения потерь на макроизгибах применяют два метода: светопропускания и импульсно-рефлектомет-рический или обратного рассеяния. Первый обладает высокой точностью и в техническом отношении прост. Однако он не даёт информации о координатах макроизгибов, в этой связи в настоящем докладе рассматривается второй метод. Техническая реализация его представлена на рисунке 3.

Блок - схема импульсного оптического рефлектометра, приведенная на рисунке 1.4. Световые импульсы относительно большой мощности от встроенного в импульсный оптический рефлектометр источника (импульсного лазера) вводятся в тестируемое волокно через ответ-витель, а высокочувствительный приемник измеряет временную зависимость мощности светового сигнала,

возвращающегося из тестируемого волокна обратно в рефлектометр.

Источниками зондирующих импульсов в подавляющем большинстве рефлектометров являются полупроводниковые лазеры с прямой модуляцией током накачки. Такие лазеры при фиксированном токе накачки генерируют световые импульсы фиксированной мощности и переменной длительности, задаваемой длительностью импульса тока накачки, вырабатываемого блоком управления. Применяются полупроводниковые лазеры, генерирующие импульсы длительностью от 1 нс до 20 мкс.

Блок управления вырабатывает импульсы тока накачки с частотой, задаваемой устанавливаемой вручную или определяемой автоматически максимальной длиной тестируемого участка ВОЛП. Одновременно на блок обработки данных подаются синхронизующие электрические импульсы.

Зондирующий световой импульс попадает в тестируемую ВОЛП через разветвитель с двумя рабочими входными и одним выходным портами. Обычно в качестве раз-ветвителей используется устройство, выполняемое на основе четырехполюсника с двумя входными (1,2) и

двумя выходными (3,4) портами, из которых задействованы только три (1,2,3). С двумя входными портами соединены импульсный лазер и приемный преобразователь, а с рабочим выходным портом соединяется тестируемый участок ВОЛП (см. рисунок 4).

Рисунок 3 - Блок - схема импульсного оптического рефлектометра

Импульсный лазер

К фотоприемнику ^

К тестируемому волокну

Заглушённый порт

Рисунок 4 - Схема оптического разветвителя

Четвертый порт разветвителя не используется и закрыт специальным устройством, поглощающим падающее на него излучение без отражения. С помощью этого же разветвителя сигнал обратного рассеяния от ВОЛП через порт (3) и порт (2) попадает на фотоприемник измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь преобразует оптические сигналы в электрические так, что величина электрического тока преобразователя прямо пропорциональна мощности светового сигнала. В состав измерительного преобразователя наряду с фотоприемником входит смонтированный вместе с ним на одной плате и в одном корпусе предусилитель. Основные требования к приемному преобразователю - высокая чувствительность, малый уровень шумов и широкая полоса частот (последнее требование эквивалентно малой постоянной времени). Наряду с указанными требованиями приемный преобразователь должен иметь максимально возможную линейность преобразования в большом динамическом диапазоне мощностей светового сигнала.

Блок обработки данных - это мозг рефлектометра. В нем происходит обработка электрического сигнала от измерительного преобразователя и строится рефлекто-грамма, поступающая на дисплей. В этом же блоке осуществляются все виды автоматической обработки рефлек-тограмм и автоматических измерений.

Измерение потерь на изгибах оптических волокон. При изгибе волокон с увеличением длины световой волны тип колебаний, распространяющихся в волокне, становится менее ограничен высоколегированной сердцевиной, а эти параметры становятся значимыми. Пример зависимости потерь от изгиба одномодового волокна, намотанного вокруг стержня диаметром 23 мм, при различных длинах волн приведен на рисунке 5 [3].

Как следует из рисунка 5, более длинные световые волны способствуют более эффективному поиску мест изгибов волокна и могут быть использованы для обеспечения надежной диагностики оптоволоконных кабелей. На практике потери, вызванные макроизгибами, становятся существенными при Х=1550 нм и особенно при /.= 1625 нм.

Рисунок 5. Зависимость потерь от изгиба одномодового волокна на различных длинах волн

Для улучшения метрологических характеристик в целях уменьшения влияния собственных шумов на погрешность измерения затухания в современных рефлектометрах эффективно используются алгоритмы аппроксимации фрагментов рефлектограммы линейной (регрессионной) зависимостью по методу наименьших квадратов, рисунок 6.

Y = a + bx (5) х.

( -1 где '

Параметры аппроксимации а и Ь чаще всего опре- т

лсд, координат Li;

деляются методом наименьших квадратов (LSA), то есть с

использованием математического аппарата регрессивного

анализа. При этом [3]:

п п п п

"I Х,Г,-Т, х, I Г,

Ь — '=1_'=1 '=1

п п

«X (х , )2 - (Хх, )2

=1

=1

оценка математических ожиданий измеряемых

I г, I (х, )2-X х, I хд

- оценка математических ожиданий измеряемых значений потерь в координатах Li;

п - количество отсчетов на участке аппроксимации.

а =

,=1 ,=1

,=1 ,=1

п

I

,=1

,=1

У1 = «1 + Ъ х

Измеренные значения рефлектограммы

а = Р1 - Рг

У2 = «2 + Ъ2 Х

L

Рисунок 6. Линейная аппроксимация по методу наименьших квадратов

п

п

п

2

Р

Р

Р

2

Список литературы 2. http://www.ordinarytech.ru/erdets-1244-2.html

1. Оптические кабели связи российского производ- 3. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, си-ства. Справочник/А.С. Воронцов, О.И.Гурин, С.Х. стемы передачи, измерения.- М.; Компания Михтядинов и др. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 283. САЙРУС СИСТЕМС,1999.- 671 с.

МЕТОД ДЕКОМОПОЗИЦИИ ПРОСТРАНСТВА ИНФОРМАТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ В ЗАДАЧАХ КЛАССИФИКАЦИИ СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ

СИНГУЛЯРНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ

Томакова Римма Александровна

Докт.техн.наук, доцент Юго-Западного университета, г. Курск

Шаталова Ольга Владимировна Канд.техн.наук, доцент Юго-Западного университета, г. Курск

Яа Зар До

Аспирант Юго-Западного университета, г. Курск Томаков Максим Владимирович

Канд.техн.наук, доцент Юго-Западного университета, г. Курск

Обработка сложноструктурированных сигналов широко используется в биологии и медицине. Основная цель обработки сигнала - определение класса принадлежности сигнала к некоторой совокупности (множеству) классов. В общем случае сигнал характеризуется бесконечным множеством отсчетов. При обработке сигнала в «окне» от бесконечного количества отсчетов можно перейти к конечному числу отсчетов. Однако это множество

оказывается недопустимо большим ввиду того, что для надежной классификации сигнала необходимо рассматривать его на достаточно большой апертуре наблюдения. Сократить число отсчетов позволяют ортогональные разложения, в частности, преобразование Фурье, которое позволяет перейти от исследования пространства сигналов к исследованию пространства частот (спектра сиг-