Измерительная техника, используемая при эксплуатации ВОСП

Оптические измерители мощности

Измерители (Optical Power Meter — ОРМ) используются для измерения оптической мощности сигнала, а также затухания в кабеле. Они обеспечивают как измерения, проводимые в кабельных линиях, так и анализ работы оборудования, передающего сигнал в оптическую линию. В паре со стабилизированным источником сигнала оптические измерители мощности (ОИМ) обеспечивают измерения затухания — основного параметра качества оптической линии.

Основными нормируемыми характеристиками ОИМ (рис. 12.12) являются:

• • тип детектора;
• • линейность усилителя;
• • калибровочная кривая;
• • динамический диапазон;
• • погрешность измерения;
• • возможность поддержки различных оптических интерфейсов.

Наиболее важный элемент ОИМ — оптический детектор, определяющий характеристики самого прибора и представляющий собой фотодиод, который принимает входной оптический сигнал и преобразует его в электрический заданной интенсивности. Полученный электрический сигнал проходит через АЦП к сигнальному процессору, где производится его преобразование с учетом характеристики фотодиода в величину, измеряемую в дБм или Вт, которая затем индуцируется на экране цифрового дисплея. Для обеспечения стабильной работы твердотельного фотодиода используется терм остабил изирование.

Одной из основных характеристик прибора является зависимость выходного сигнала фотодиода от мощности входного оптического сигнала на разных длинах волн, точнее,.

Рис. 12.12. Схема устройства оптического измерителя мощности.

степень ее равномерности. Сигнальный процессор должен компенсировать возможную нелинейность характеристики, и при этом, если характеристика фотодиода имеет значительную неравномерность, сигнальный процессор должен иметь более сложную структуру, а фотодиод — обладать стабильностью во времени, чтобы исключить регулярную калибровку прибора.

Важной характеристикой фотодиода является спектральная, т. е. зависимость эффективности его выходного сигнала от длины волны передаваемого. Эффективность работы фотодиода определяется отношением тока на выходе к мощности принимаемого сигнала.

Рис. 12.13. Характеристики зависимости выходного сигнала фотодиода от длины волны принимаемого сигнала.

На рис. 12.13 представлены характеристики трех основных типов фотодиодов: кремниевого (Si), германиевого (Ge) и на основе сплава арсена галия (InGaAs).

Из рисунка следует, что кремниевый фотодиод может с успехом использоваться при измерениях оптического сигнала в диапозоне от 800 до 900 нм. На практике ОИМ, использующие этот тип детектора, калиброваны в более широком диапазоне — 400—1000 нм. Для измерения оптической мощности одномодовых волоконных кабелей с длиной волны 1310 и 1500 нм, получивших наибольшее распространение в современных системах связи, обычно используются германиевые детекторы и фотодиоды на основе сплава InGaAs, последние имеют более широкий спектр измерения по длине волны, что позволяет создавать универсальные ОИМ, калиброванные на все три длины волны — 850, 1310, 1550 нм.

Важным параметром ОИМ является устойчивость его работы при различных уровнях шумов. Основными шумами в оптических детекторах являются квантовые, а также шумы, вызываемые остаточным током и поверхностным током утечки. Дополнительный фактор, увеличивающий уровень шумов, — температура.

Другим важным параметром ОИМ является характер работы усилителя электрического сигнала детектора, который оказывает влияние на линейность работы ОИМ, его чувствительность и функциональные возможности. Использование, например, логарифмического усиления не обеспечивает должной точности измерений и имеет ряд недостатков. Линейные усилители обычно хорошо стабилизированы, что позволяет компенсировать как ошибки начального сдвига сигнала, так и сдвиг сигнала в процессе измерений, обусловленный температурными и климатическими условиями. Современные ОИМ используют режим автокалибровки линейных усилителей в процессе измерений.

К существенным параметрам ОИМ также относятся величина погрешности измерений и график калибровки, так как в зависимости от точности изготовления детектора и характера работы усилителя они могут изменяться.

К другой группе параметров или технических характеристик ОИМ относятся динамический диапазон, разрешающая способность и коэффициент линейности характеристики, зависящий от уровня сигнала, температуры, разрешения по длине волны и т. д.

Тип оптического интерфейса определяет технические возможности использования ОИМ. Существует более семи типов интерфейсов, например SMA 905, SMA 906, BIC, FC и т. д.