Бриллюэновская рефлектометрия: особенности и применение

В последнее время довольно остро стала проблема преждевременного старения оптических волокон. Одной из причин этого является превышение механических воздействий на кабель в ходе его монтажа и эксплуатации:

Превышение растягивающего усилия в ходе протяжки кабеля.
Смещение кабеля вследствие деформация грунта.
Обледенение подвесных конструкций и т.д.

Конечно, силовой элемент и свободная укладка оптического волокна в кабеле позволяют до какой-то степени скомпенсировать внешнее влияние, однако эта защита не безгранична.

Вследствие превышения предельных нагрузок при воздействии на кабель, могут появиться микро повреждения и на оболочке оптического волокна. Спустя несколько лет, под действием внешних механических и температурных факторов, они увеличиваются. А достигнув сердцевины, они вызывают необратимое повышение затухания сигнала.

Вместе с тем, стандартные оптические рефлектометры, работающие по принципу анализа релеевского рассеяния, оценивают лишь состояние сердцевины оптического волокна и позволяют локализовать повреждение, но не предупредить его.

Поэтому актуальным на сегодняшний день является своевременное обнаружение участков ВОЛС, имеющих микротрещины в оболочке, или находящихся под повышенным механическим натяжением. Такая диагностика оптических волокон и выполняется при помощи бриллюэновских рефлектометров (BOTDR).

В статье «Механизмы возникновения потерь и отражений сигнала в световоде оптического волокна» мы рассматривали релеевское рассеивание, как одну из причин потери сигнала. Однако, при распространении света по световоду, возникает также бриллюэновская и рамановская составляющие рассеяния, частота которых, в отличии от релеевской, меняется в зависимости от приложенных к волокну механических нагрузок.

Рисунок 1 – Виды оптического рассеяния

В зависимости от сдвига частот бриллюэновского рассеяния во времени, относительно частоты зондирующих импульсов, бриллюэновский рефлектометр позволяет локализовать участки волокна, подверженные повышенным нагрузкам, своевременно устранить причины и не допустить повреждения. Принцип работы бриллюэновского рефлектометра показан на рисунке 2.

Рисунок 2а – Принцип действия бриллюэновского рефлектометра

Рисунок 2b – Принцип действия бриллюэновского рефлектометра

Анализируя таким рефлектометром волоконно оптическую линию, можно легко определить распределение нагрузки по длине волокна и локализовать участки с критическими нагрузками. См. рисунок 3.

Рисунок 3a – Локализация участка волокна 10 км без натяжения при помощи BOTDR компании VIAVI

Рисунок 3b – Локализация участков волокна с критическими нагрузками при помощи BOTDR компании VIAVI

Также он без проблем справляется с локализацией макро изгибов и сварных соединений, см. рисунок 4

Рисунок 4 – Локализация макро изгибов и сварных соединений при помощи бриллюэновского рефлектометра

В общем случае, бриллюэновский рефлектометр позволяет:

Оценить качество монтажа ВОЛС и ее долговечность;
Осуществить периодический контроль эксплуатируемых оптических линий;
Проанализировать распределение потерь и напряжений на производстве оптического кабеля
Выполнить диагностику оптического кабеля при его разработке и усовершенствовании характеристик на производстве;
Исследовать чувствительность оптического волокна к различным факторам (изменение температуры, натяжение, изгиб)

Однако существует одно ограничение в активном использовании такого измерительного прибора – это его стоимость.

СМ. ТАКЖЕ:

Подписаться на рассылку статей