30-маъруза оптик узатиш линияларини ўлчашда қўлланиладиган рефлектометрлар ва спектро-анализаторлар ва уларда ўлчаш усуллари

30-МАъРУЗА
Оптик узатиш линияларини ўлчашда қўлланиладиган рефлектометрлар ва спектро-анализаторлар ва уларда ўлчаш усуллари.
Режа:
Оптик алоқа тизимлари ва тармоқларида қўлланиладиган оптик қувватни ўлчашда, вақт оралиғида оптик алоқа линияларини характеристика ва параметрларини ўлчашда, оптик алоқа каналлари ва тармоқларидаги хатоликларни ўлчашда ва оптик спектрларини ўлчашда қўлланиладиган ўлчов воситалари ва усуллари.


30.1. Оптик узатиш линияларини ўлчашда қўлланиладиган рефлектометрлар ва спектро-анализаторлар ва уларда ўлчаш усуллари.
Тескари сочилиш методи

Бу метод асосида тескари релей сочилиши ҳодисаси ётади. Бу методни амалга оширишда ўлчанаётган толани ОТ га оптик йўналтирилган тармоқлагич орқали киритиладиган оптик импулслар орқали зондланади. Ўзакнинг синдириш кўрсаткичининг тола бўйлаб флуктуацияланиши, толанинг бутун узунлиги бўйлаб тарқалган, сочилган ва локал бир жинсли мосликлардан қайтиш туфайли тескари сочилиш оқими юзага келади. Бу оқимнинг қувватини толага оптик зондловчи импулсларнинг киритилиш нуқтасида зондловчи импулснинг юборилиш вақтига нисбатан секинлатиш вақтига боғлиқ равишда ўлчанади. Келажакда тескари сочилган оқимнинг тола бўйлаб қуввати тақсимотини – толанинг тескари сочиш характеристикасини ҳосил қилинади. Тескари сочилиш характеристикасининг айрим амалга оширилишларини қайд қилинади, уларни зондловчи импулсларнинг бирор сони бўйича ўртача қийматини топилади ва уни кейинги таҳлил учун акслантириш қурилмасига чиқарилади.

Мазкур методни амалга ошириш учун махсус асбоблар вақт соҳасида оптик рефлектометрлар яратилган – Optical Time Domion Reflectometer (OTDR). Улар универсаллиги сабабли кенг тарқалди, чунки ОТ ва ОК ларнинг бир қатор жуда ҳам муҳим параметрларини, чунончи кабелнинг регулярлик даражасини, бир жинслимаслик ва бузилиш жойларини, уланиш жойларидаги йўқотишларни, сўнишларни ва уланиш жойларигача масофаларни, ОТ нинг узунликларини бир вақтда аниқланишини таъминлайди. OTDR нинг структуравий схемаси 3.3-расмда келтирилган. Ундаги белгилашлар:
1 - зондловчи импулслар генератори (ИГ);
2 - оптик нурланиш манбаси (лазерли диод ЛД);



3.3-расм. Вақт соҳасида ишлайдиган оптик рефлектометрнинг структуравий схемаси.

3 - оптик тармоқлагич (ОпТ);

4 - тадқиқ қилинувчи тола (ОТ);
5- фотоқабул қилувчи қурилма (ФҚ);
6 - математик ишлаб чиқишни бошқариш қурилмаси (МИБҚ).
ТОУЛ параметрларини реклектометрлар ёрдамида аниқлаш тартибини ва уларнинг асосий характеристикаларини кўриб чиқамиз.
Мазкур синф асбобларида тескари сочилиш характеристикаси (рефлектограмма) ахборотли бўлиб, тескари сочилиш оқими нурланишни толага киритиш нуқтасидаги қуввати даражасининг таҳлил қилинаётган нуқтагача бўлган масофага боғлиқлигидан иборат ва

муносабат билан аниқланади, бу ерда : v = c/n – нурланишнинг ОТ ўзаги бўйлаб гуруҳли тарқалиш тезлиги; c – ёруғликнинг вакуумдаги тезлиги; n – ОТ ўзагининг синдириш кўрсаткичи.
Рефлекторнинг типик схемаси 3.4-расмда келтирилган. Уни идентификациялаш қуйидагиларни назарда тутади:
- тескари оқим даражасининг ўзгаришлари ютилишига ва Релей сочилишига доир йўқотишлар билан боғлиқ бўлган «квазирегуляр» участкаларни аниқлаш;
- тескари сочилиш оқимининг даражаси кескин ўзгарадиган локал биржинслиликка хос участкаларини ажратиш. Масалан, 3.4-расм учун рефлектограмманинг участкалари қуйидагича идентификацияланиши мумкин:



3.4-расм. Оптик линия участкасининг тескари сочилиш характеристикаси.

1 – тескари оқим оптик қуввати даражасини нурланишни толага киритилишида Френел қайтариши (акслантириши) билан боғлиқ бошланғич шиддатли узатилиши;

2 – чизиқли функциялар билан тавсияланадиган, «бузилмаган», «квазирегуляр» участкалар, унинг параметрлари бўйича тадқиқ этилаётган ОТ нинг характеристикалари ҳақида ҳукм чиқарилади;
3 – тескари оқим қувватининг пайвандли уланишлар типидаги локал бузилишлардаги йўқолиши;
4 – тескари оқим даражасининг ОТ нинг ички биржинсли эмаслиги ва микробузилишлари ёки пайвандли уланишлар туфайли ўзгариши;
5 – тескари оқим даражасининг локал бир жинсли эмаслик типидаги механик уланиш, микродарз ва ҳ.к. ларда ўзгариши ва йўқотишлар;
6 – тескари оқимнинг ОТ охиридан қайтиш билан боғлиқ чиқариб ташланиши;
7 – оптик рефлектометр фотоқабул қилгичининг шовқинлар даражаси.
Рефлектограммаларни ўлчашлар натижаларини ишлаб чиқиш алгоритми қуйидагиларни назарда тутади:
- «бузилмаган», «квазирегуляр» участкаларни ажратиш ва уларни чизиқли боғланишлар билан аппроксимациялаш;
- рефлектограммаларнинг бир жинслилик участкалардаги ҳолатини унга ёпишган «квазирегуляр» участкалардаги чизиқли аппроксимациялаш натижалари асосида башоратлаш;
- ОК нинг изланаётган параметрларини олинган назарий боғланишлар асосида ҳисоблаш;
- рефлектограмманинг линиядаги локал бир жинслимасликларга мос бузилган участкаларини ажратиш ва уларгача бўлган масофани аниқлаш.
«Бузилмаган» участкаларни аппроксимациялаш
P(x) = y(x) = a + bx (3.6)
муносабат асосида ўтказилади.
Аппроксимациялаш параметрлари ё икки нуқта методи (LRA) билан, ёки энг кичик квадратлар методи (LRA) билан аниқланади. Икки нуқта методи билан аппроксимациялаш принципи 3.5-расмда кўрсатилган.
Бунда a = y₁; b = (y₂ – y₁)/(x₂ – x₁),
бу ерда y₁, y₂, - ўлчагич танлаган нуқталарда тескари сочилган оқим даражаси (дБм); х₁, х₂ - нурланиш ОТ га киритилган нуқтадан мос равишда ўлчагич танланган 1, 2 нуқталаргача бўлган масофа (км).
Аппроксимация параметрларини энг кичик квадратлар методи билан аниқлаш принципи 3.6-расмда кўрсатилган.
3.6 - расмда кўрсатилганидек, рефлектограмманинг танланган (х₁, у₁) ва (х₂, у₂) нуқталари орасидаги тадқиқ қилинаётган участкаси n - 1 та интервалга бўлинади ва рефлектограмма бўйича (x₁, y₁), (x₂, y₂), ..., (x_n, y_n) интервалларнинг ҳар бир чегараси учун (x_i, y_i) қийматлар аниқланади.



3.5-расм. Икки нуқта методи билан чизиқли аппроксимациялаш.



3.6-расм. Энг кичик квадратлар усули билан чизиқли аппроксимациялаш

Аппроксимация параметрлари а ва b нинг қийматлари назарий ва экспериментал эгри чизиқ ∆_i, огишлари квадратлари йиғиндиси S нинг минимумлик шартидан аниқланади:

ёки S = (y₁ – a – bx₁)² + (y₂ – a – bx₂)² + … + (y_n – a – bx_n)ⁿ дан

Тенгламалар системасини ечиш билан ҳосил қилинади, бу системани S катталикнинг минимуми шартини тавсифлайди. Бу тенгламалар системасининг оғими ушбу кўринишда ёзилади:


бу ерда


Одатда, оптик рефлектометрларда чизиқли аппроксимация параметрларини аниқлаш усулини рефлектограммалар нури ва толанинг ўлчанаётган характеристикасига боглиқ равишда танлаш имконияти мавжуд.
Аппроксимация натижаси
P(x) = a + bx
тенгламада а ва b параметрларни аниқлашдан иборат бўлади, бу ерда b – оптик толанинг аппроксимацияланаётган квазирегуляр участкадаги сўниш коэффициенти.
Шундай қилиб, линиянинг ихтиёрий танланган иккита нуқтаси 1 ва 2 даги сўниш А_1,2 бу нуқталардаги тескари сочилган қувват оқимлари даражаларининг айирмаси сифатида аниқланади:
A_1,2 = P(x₁) – P(x₂) = α (x₂ – x₁) (3.9)
бу ерда х₁ ва х₂ – 1 ва 2 нуқталаргача бўлган масофа, км; α – сўниш коэффициенти, а = - b, дБ км.
х₁ ва х₂ масофалар рефлектограмманинг тегишли нуқталарида меъёрларни қўйиб чиқиш йули билан аниқланади. Маркерларгача бўлган масофалар ушбу муносабатга мувофиқ равишда аниқланади:
,
бу ерда t – тескари сочилиш оқимининг таҳлил қилинаётган нуқтадан зондловчи импулснинг кетиш вақтига нисбатан секинлашиш вақти.
Оптик кабелларнинг узунликлари ва линиядаги нобиржинслиликларгача бўлган масофалар аналогия бўйича, рефлектограммаларда тегишли нуқталарга маркерларни қўйиб чиқиш билан аниқланди.
ОК нинг ОТDR билан ўлчанадиган максимал узунликлари ОТ нинг характеристикалари ва динамик диапазон катталиги билан аниқланади.
Динамик диапазон – ОТDR нинг асосий характеристикаларидан биридир. Бу катталикнинг бир неча баҳоларини фарқ қилинади. Динамик диапазоннинг тескари сочилган қувват оқими бўйича рефлектограммалар бўйича аниқланадиган тушунчаларидан кенг фойдаланилади. Улар орасида энг кўп тарқалганлари: динамик диапазоннинг эффектив қиймати D_c ва сигнал/шовқин нисбати 1 га тенг (SNR = 1) бўлганидаги динамик диапазон: - D_c = D_i.
Динамик диапазоннинг эффектив қуввати D_c ни оптик нурланишни ОТ га киритиш нуқтасидаги тескари сочилган шовқиннинг максимал даражасидан 0,3 дБ га юқори даража орасидаги айирма сифатида аниқланади.
Динамик диапазон D_i (ёки D_с) – бу киритиш нуқтасидаги тескари сочилган оқим қуввати даражаси ва шовқиннинг ўрта квадратик қиймати (у, одатда, шовқиннинг минимал қийматининг 0,707 қисми сифатида аниқланади) орасидаги айирмасидир. D_i ва D_с катталикларни аниқлаш принципи 3.4-расмда кўрсатилган.
Тескари оқим қуввати даражаларини рефлектограмма бўйича аниқлашда ординаталар ўқи бўйича бўлимнинг маълум қиймати C_u, [дБ/бўл.] дан фойдаланилади. Рефлектограмманинг изланаётган нуқтасидаги қувват даражаси
a = YC_y, дБ
муносабат билан аниқланади, бу ерда Y – изланаётган нуқта ординатасига мос геометрик ўлчам, [бўл] ҳисоби; C_u – ординаталар ўқи бўйича бўлим қиймати.
ОТDR нинг максимал амал қилиш узоқлиги (ОК нинг ўлчанаётган узунлиги) ушбу муносабатдан аниқланиши мумкин:

бу ерда D_p = D₁ – SNR_T; D_p – ишчи динамик диапазон, дБ; D₁ – бу SNR = 1 даги динамик диапазон, дБ; SNR_T – талаб қилинадиган сигнал/шовқин нисбати, дБ; a_i – i -уланиш сўниши, дБ; n - линиядаги уланишлар сони; α_ўрт – линия сўниш коэффициентининг ўртача қиймати.

Талаб қилинаётган сигнал/шовқин нисбати (SNR_T)ни норегулярликдан сўнишга боғлиқ равишда ушбу муносабатдан аниқлаш мумкин: