Способ измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля
METHOD FOR MEASURING EXCESS LENGTH OF OPTICAL FIBER IN AN OPTICAL CABLE MODULE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля.
Известны способы измерения избыточной длины оптического волокна в модуле в процессе изготовления модулей оптических кабелей [1-3].  Системы, реализующие данные способы позволяют измерять значение избыточной длины оптического волокна в модульной трубке по всей длине оптического модуля путём непрерывного сравнения скорости подачи 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) жёстко связана с силовым элементом.
Известны способы измерений избыточной длины оптического волокна в 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.
От этих недостатков свободен способ [8], 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 участки оптического волокна, подвергнутые изгибам [8, 9], и, следовательно, корректно оценивать локальную избыточную длину оптического волокна. Кроме того, применение B-OTDR ограничено сложностью его реализации и высокой стоимостью.
k
k
k
Известен способ измерения избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля в процессе климатических испытаний [10], согласно которому барабан с испытуемой строительной длиной оптического кабеля помещают в климатическую камеру, один конец испытуемой строительной длиной оптического кабеля выводят через шлюз климатической камеры и измеряют характеристики обратного релеевского рассеяния и поляризационные характеристики обратного релеевского рассеяния при нескольких значениях отрицательной температуры в климатической камере, для чего устанавливают в климатической камере отрицательную температуру , выдерживают барабан с испытуемой строительной длиной оптического кабеля при этой температуре в течение заданного интервала времени, после чего к оптическому волокну строительной длины оптического кабеля  на выведенном из шлюза климатической камеры конце подключают импульсный оптический рефлектометр обратного релеевского рассеяния, с помощью которого измеряют и запоминают характеристику обратного релеевского рассеяния оптического волокна, затем вместо  импульсного оптического рефлектометра обратного релеевского рассеяния к этому же оптическому волокну испытуемой строительной длины оптического кабеля подключают поляризационный импульсный оптический рефлектометр, с помощью которого измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, далее повторяют измерения при отрицательной температуре , измеренные характеристики обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого -того участка  по характеристикам обратного релеевского рассеяния определяют коэффициент затухания, а по поляризационным характеристикам обратного рассеяния длину биений оптического волокна при значениях температуры  и , соответственно, для каждого -того участка  рассчитывают изменение коэффициента затухания  и длины биений  оптического волокна при изменении температуры от  до  и определяют оценки локальной избыточной длины  для каждого -того участка оптического волокна испытуемой строительной длины оптического кабеля при значениях температуры  и , используя соотношения:
<maths num="12"><img file="00000010.jpg" he="7" wi="116" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
<maths num="13"><img file="00000011.jpg" he="7" wi="58" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
где  постоянные для заданных конструкций оптического волокна и кабеля величины;
k
изменения коэффициента затухания и длины биений оптического волокна на -том участке при изменении температуры от  до , соответственно;
k
оценка локальной избыточной длины на -том участке при температуре .
К недостаткам данного способа в первую очередь относится необходимость выполнения измерений как минимум при двух значениях температуры. При этом погрешность результатов измерений существенно зависит разности значений температуры, при которых определяются искомые оценки по представленным формулам. Эта разность должна быть достаточно большой, с тем чтобы избыточная длина волокна при температуре  была мала по сравнению с избыточной длиной волокна при температуре . Необходимость измерения приращения потерь за счет уменьшения радиусов изгиба оптического волокна в модуле оптического кабеля с увеличением избыточной длины при низких отрицательных температурах исключает возможность его применения для оптических волокон с уменьшенными потерями на изгибах. И, наконец, данный способ практически нельзя реализовать в полевых условиях в процессе строительства и эксплуатации волоконно-оптических кабельных линий.
k
k
Наиболее близким к заявляемому является способ измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля [11], заключающийся в том, что измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, измеренную характеристику обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого -того участка по этим характеристикам определяют оценку длины биений оптического волокна и рассчитывают избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля на  -том участке , при этом избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля рассчитывают по формуле:
<maths num="23"><img file="00000019.jpg" he="13" wi="33" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>
где  внутренний радиус модульной трубки;
внешний радиус оптического волокна по защитному покрытию;
длина волны, на которой измеряли поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна;
k
оценка длины биений оптического волокна на -том участке.
Данный способ не позволяет исключить погрешности, вносимые скручиванием оптических волокон, которое имеет место при изготовлении модулей оптического кабеля, что ограничивает область его применения.
Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.
k
k
k
k
Эта сущность достигается тем, что согласно способу измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, измеренную характеристику обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого -того участка по этим характеристикам определяют оценку длины биений оптического волокна и рассчитывают избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля на  -том участке , при этом измеряют поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна на двух длинах волн  и , запоминают их, после чего каждую из этих характеристик обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого -того участка по этим характеристикам определяют оценки длины биений оптического волокна на двух длинах волн   и , и рассчитывают избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля на  -том участке по формуле:
<maths num="34"><img file="00000026.jpg" he="12" wi="45" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>,
(1)
<maths num="35"><img file="00000027.jpg" he="5" wi="18" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>,
<maths num="36"><img file="00000028.jpg" he="6" wi="27" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>.
где  внутренний радиус модульной трубки;
внешний радиус оптического волокна по защитному покрытию;
длины волн, на которых выполняются измерения поляризационных характеристик обратного рассеяния оптического волокна;
k
оценки длины биений оптического волокна на -том участке.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство содержит оптический кабель 1 с модулем 2 и оптическим волокном 3, поляризационный импульсный оптический рефлектометр 4, выход которого соединен со входом блока обработки и отображения данных 5. При этом, испытуемое оптическое волокно 3 оптического кабеля 1 расположено внутри модуля 2 оптического кабеля 1 и на ближнем конце оптического кабеля 1 оптическое волокно 3 оптического кабеля 1 соединено со входом поляризационного импульсного оптического рефлектометра 4.
k
k
k
Устройство работает следующим образом. С помощью поляризационного импульсного оптического рефлектометра измеряют поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна 3, расположенного в модуле 2 оптического кабеля 1, на двух длинах волн.  Данные поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна 3 передают в блок обработки и отображения данных 8, в котором их запоминают. После чего, измеренные поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна 3 разбивают на одинаковые участки и для каждого -того участка по поляризационным характеристикам обратного релеевского рассеяния оптического волокна 3 определяют оценки длины биений оптического волокна 3 для каждого -того участка на двух длинах волн.  А затем, для каждого -того участка оптического волокна 3 по формуле (1) рассчитывают избыточную длину оптического волокна.
В отличие от известного способа измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля, которым является прототип, в заявляемом способе измерения выполняются на двух длинах волн, за счет чего исключена погрешность измерений, вносимая практически не зависящим от длины волны двулучепреломлением, обусловленным кручением оптического волокна. Это, по сравнению с прототипом, расширяет область применения предлагаемого способа измерений избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент US 4921413.
2. Патент US 4983333.
3. For Loose Tube Fiber and Fiber Ribbon Cabling - Excess Fiber Length Manufacturing Measurement System, www.betalasermike.com.
4. Авдеев Б.В., Барышников Е.Н., Длютров О.В., Стародубцев И.И. Изменение избыточной длины в процессе изготовления ВОК // Кабели и провода. - 2002. - №3(274). - с.32-34.
5. Авдеев Б. В., Барышников Е. 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 Е. 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 CN101105559.
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 RU 2562141.
11. Патент RU 2685066.