СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОЙ ДЛИНЫ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА В МОДУЛЕ ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ
METHOD FOR MEASURING DISTRIBUTION OF EXCESS OPTICAL FIBER LENGTH IN OPTICAL CABLE MODULE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля вдоль длины кабеля.
Известны способы измерения избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле в процессе изготовления оптических модулей оптических кабелей [1-3]. Реализующие данные способы системы позволяют измерять значение избыточной длины оптического волокна в модульной трубке по всей длине оптического модуля путем непрерывного сравнения скорости пучка оптических волокон со скоростью модульной трубки. Эти способы могут быть использованы только при изготовлении оптического модуля. Соответственно, они эффективны только в том случае, если в дальнейшем исключена усадка полимерной трубки и, следовательно, дальнейшее изменение "избыточной длины". Однако известно [4, 5], что говорить о неизменности избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле на последующих производственных операциях можно, лишь когда полимерная оболочка оптического модуля (модульная трубка) жестко связана с силовым элементом. При этом очевидно, что данные способы нельзя применять в процессе климатических испытаний строительных длин оптического кабеля, в частности при низких отрицательных температурах, когда эффект избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле проявляется наиболее существенно.
Известны способы измерений избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля, базирующиеся на измерениях длины модульной трубки и оптического волокна короткого образца оптического модуля после его изготовления [6, 7]. Данные способы не позволяют оценивать распределения избыточной длины оптического волокна по длине оптического модуля, а дают некоторую выборочную оценку избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле. Соответственно, они не позволяют выявлять на строительной длине оптического кабеля участки, на которых имеют место повышенные механические напряжения в оптических волокнах. Кроме того, эти способы трудно реализовать в процессе климатических испытаний строительных длин оптического кабеля при низких отрицательных температурах, когда избыточная длина волокна и, соответственно, механические напряжения в нем максимальны.
От этих недостатков свободен способ [8, 9], согласно которому к оптическому волокну испытуемой строительной длины оптического кабеля подключают Бриллюэновский импульсный оптический рефлектометр (B-OTDR) и измеряют характеристику обратного Бриллюэновского рассеяния оптического волокна, по которой оценивают распределение локальных оценок избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле вдоль длины оптического кабеля. Главное ограничение, присущее B-OTDR, связано с распространением диагностирующего излучения по сердечнику ОВ, что не позволяет выделять отдельные части ОВ, подвергнутые растяжению, например, при его изгибе [8, 9], а следовательно, корректно оценивать локальную избыточную длину оптического волокна. Кроме того, применение B-OTDR существенно ограничивает его высокая стоимость.
i
i
ij
Известен способ [10] измерения распределения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля вдоль его длины, заключающийся в том, что предварительно измеряют характеристики обратного рассеяния оптического волокна как минимум на двух длинах волн, по данным характеристикам определяют распределения коэффициентов затухания оптического волокна вдоль кабеля α(z, λ), где z - расстояние от ближнего конца по длине кабеля, λ - i-тая длина волны, на которой была измерена характеристика обратного рассеяния оптического волокна, i=1, 2, 3 …, затем в каждой исследуемой точке по длине кабеля z рассчитывают разность между коэффициентами затухания оптического волокна, измеренными на разных длинах волн Δα (z), после чего рассчитывают оценки радиусов изгиба оптического волокна в модуле оптического кабеля вдоль длины кабеля по формуле:
0
где R и η(λ) - параметры оптического кабеля, и по распределению радиусов изгиба оптического волокна в модуле оптического кабеля определяют связанные с ним параметры, в том числе и распределение избыточной длины волокна в модуле оптического кабеля вдоль длины кабеля.
Однако, поскольку конструкции оптического кабеля разрабатываются так, чтобы минимизировать влияние изгибов оптического волокна на потери [11-12], то при положительных значениях температуры эти радиусы достаточно велики и изменения коэффициентов затухания на изгибах оптического волокна малы. Соответственно, в этой области разность между оценками коэффициентов затухания, измеренными на разных длинах волн, также невелика. Как следствие, погрешности оценок, полученных данным способом, достаточно велики.
Сущностью предлагаемого изобретения является уменьшение погрешностей измерений.
0
m
T
Эта сущность достигается тем, что согласно способу измерения распределения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля, заключающемуся в том, что предварительно измеряют характеристики обратного рассеяния оптического волокна на двух длинах волн, по данным характеристикам определяют распределения коэффициентов затухания оптического волокна вдоль кабеля α(z, λ), где z - расстояние от ближнего конца по длине кабеля, λ - длина волны, на которой была измерена характеристика обратного рассеяния оптического волокна, затем в каждой точке z по длине кабеля рассчитывают разность между коэффициентами затухания оптического волокна, измеренными на разных длинах волн Δα(z), после чего рассчитывают оценки радиусов изгиба оптического волокна в модуле оптического кабеля вдоль длины кабеля по формуле:  где R и η(λ) - параметры оптического кабеля, и по распределению радиусов изгиба оптического волокна в модуле оптического кабеля определяют распределение избыточной длины волокна в модуле оптического кабеля вдоль длины кабеля, при этом измерения характеристик обратного рассеяния оптического волокна выполняют при низкой отрицательной температуре после того, как оптический кабель находился при данной температуре некоторый заданный интервал времени, по распределению радиусов изгиба оптического волокна в модуле оптического кабеля определяют распределение избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля вдоль длины кабеля EFL(z, T) при температуре, при которой были выполнены измерения, после чего определяют распределение избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля вдоль длины кабеля при заданной температуре Т по формуле:  где Δε - разность коэффициентов линейного расширения материала модуля и кварцевого стекла.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство содержит климатическую камеру 1 со шлюзом 2, испытуемую строительную длину оптического кабеля 3 с оптическим волокном 4 на барабане 5, оптический рефлектометр обратного релеевского рассеяния с двумя рабочими длинами волн 6, выход которого соединен с входом блока обработки и отображения данных 7. При этом испытуемая строительная длина оптического кабеля 3 с оптическим волокном 4 на барабане 5 помещена в климатическую камеру 1, один конец испытуемой строительной длины оптического кабеля 3 с оптическим волокном 4 выведен через шлюз 2 климатической камеры 1, на этом конце оптическое волокно 4 соединено с входом оптического рефлектометра обратного релеевского рассеяния с двумя рабочими длинами волн 6.
m
m
Устройство работает следующим образом. В климатической камере 1 устанавливают отрицательную температуру T и выдерживают при этой температуре испытуемую строительную длину оптического кабеля 3 с оптическим волокном 4 на барабане 5 в течение заданного интервала времени. К оптическому волокну 4 строительной длины оптического кабеля 3 со стороны выведенного из шлюза климатической камеры его конца подключают оптический рефлектометр обратного релеевского рассеяния с двумя рабочими длинами волн 6, с помощью которого на двух длинах волн измеряют характеристики обратного релеевского рассеяния оптического волокна 4 и запоминают их. После чего данные характеристики обратного рассеяния оптического волокна 4 передают в блок обработки и отображения данных 8, в котором по измеренным характеристикам обратного рассеяния оптического волокна 4 находят распределения коэффициентов затухания оптического волокна 4 вдоль длины кабеля на двух длинах волн, рассчитывают распределение вдоль кабеля разности коэффициентов затухания оптического волокна 4, измеренных на двух длинах волн, по формуле (1) рассчитывают распределение вдоль кабеля радиусов изгиба оптического волокна в модуле оптического кабеля, по распределению радиусов изгиба оптического волокна в модуле оптического кабеля определяют распределение избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля вдоль длины кабеля EFL (z, T) при температуре, при которой были выполнены измерения, после чего определяют распределение избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля вдоль длины кабеля при заданной температуре Τ по формуле (2).
Как известно, при конструировании оптических кабелей стремятся минимизировать дополнительные потери, обусловленные изгибами оптического волокна [11-13]. При этом при положительных температурах зависимость коэффициентов затухания оптических волокон от радиусов изгиба оптического волокна незначительна и изменения коэффициентов затухания на изгибах, как правило, лежат в пределах погрешностей средств измерений. Соответственно, и разности коэффициентов затухания, измеренных на разных длинах волн, в этой области изменений температуры также невелики. Как следствие, погрешности оценок избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля известным способом, которым является прототип, существенны. В заявляемом способе предлагается выполнять измерения при низкой отрицательной температуре, а затем осуществлять пересчет к заданной. Известно [11-13], что при низкой отрицательной температуре изменения избыточной длины оптического волокна и радиусов его изгиба наиболее существенны. Радиусы изгиба малы и, как следствие, изменения потерь на изгибах более существенны. Это позволяет существенно снизить погрешности измерений коэффициентов затухания оптического волокна на изгибах и тем самым уменьшить погрешности измерений избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля по сравнению с прототипом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент US 4921413.
2. Патент US 4983333.
www.betalasermike.com
3. For Loose Tube Fiber and Fiber Ribbon Cabling - Excess Fiber Length Manufacturing Measurement System,
4. Авдеев Б.В., Барышников E.H., Длютров O.B., Стародубцев И.И. Изменение избыточной длины в процессе изготовления ВОК // Кабели и провода. - 2002. - №3 (274). - с. 32-34.
5. Авдеев Б.В., Барышников Ε.Н. Проблемы корректного определения избыточной длины оптического волокна в оптическом кабеле // Электротехника, электромеханика и электротехнологии: Тез. докладов III международной конференции 1999 г., Россия, Клязьма. - М.: МЭИ, 1999 г, - с. 86-87.
6. Барышников Ε.Н., Длютров О.В., Рязанов И.Б., Серебрянников С. В. Измерение избыточной длины волокна в оптическом модуле // Тез. докладов IV международной конференции по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов 24-27 сентября 2001 г., Россия, Клязьма. - М.: МЭИ, 2001 г. - с. 40-42.
7. Патент CN 101105559.
8. Корн В.М., Длютров О.В., Авдеев Б.В., Барышников Е.Н. О применении метода Мандельштам-Бриллюэновского рассеяния для измерений характеристик оптических кабелей // Кабели и провода, №5 (288), 2004. - с. 19-21.
9. Акопов С.Г. Контроль бриллюэновским рефлектометром технологии производства оптических кабелей // Вестник связи, 2003. №4. - с. 136-138.
10. Патент US 2014/0362367.
11. Ларин Ю.Т. Оптические кабели: методы расчета конструкций. Материалы. Надежность и стойкость к ионизирующему излучению // Престиж, 2006. - 304 с.
12. Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели // Corning Cable Systems, 2001. - 352 с.
13. Stueflotten S. Low temperature excess loss of loose tube fiber cables // Applied Optic, vol. 21, No. 23, 1982. - pp. 4300-4307.