1. Главная

Волоконно-оптическая техника в настоящее время занимает доминирующее положение в сетях связи различного масштаба и назначения: от глобальных до внутриобъектовых. Столь глубокое проникновение технических средств этой разновидности в различные области обеспечено такими ее известными преимуществами как уникальным для телекоммуникаций сочетанием небольших потерь и широкополосности, прекрасных массогабаритных показателей, нечувствительностью к внешним электромагнитным помехам, обеспечением эффективной гальванической развязки соединяемых пунктов и аналогичных им.

Рис. 1. Триада измерений физического уровня ВОЛС

Линия волоконно-оптической связи, как и иной телекоммуникационный объект аналогичного назначения, должна обеспечивать определенные качественные показатели передаваемой информации. Для этого используется система норм, на соответствие которым любая конкретно взятая линия проверяется перед началом эксплуатации и в ее процессе. Система построена вокруг нескольких основных параметров: затухания, отражения (ORL) и дисперсии (для магистральных ВОЛС). Затухание и отражения обязательно контролируется инструментальными методами, выполнение требований в отношении дисперсии обеспечивается преимущественно соблюдением ограничений по протяженности тракта, а также использованием соответствующей оптоэлектронной элементной базы в оптических приемопередатчиках.

Для контроля затухания первоначально использовались измерения оптическим тестером (полные потери от разъема до разъема сетевых интерфейсов активного сетевого оборудования). Затем довольно быстро появилась рефлектометрия во временной области OTDR (распределение затухания внутри тракта). Визуальная инспекция торцевых поверхностей разъемов контактного типа добавилась к ним в середине первого десятилетия нового века. В результате по состоянию на сегодняшний день полный цикл определения фактических параметров физического уровня линии волоконно-оптической связи включает три различных разновидности измерений, Рис. 1.

Целесообразность внедрения визуальной инспекции

Адаптация известного философского закона на область профессиональных интересов инженера электросвязи гласит, что недостатки конкретного технического решения, как правило, представляют собой прямое продолжение их достоинств. В случае волоконно-оптической связи хорошие массогабаритные показатели волоконного световода как среды передачи информации существенно затрудняют визуальную оценку его состояния.

Целесообразность выполнения процедуры визуальной инспекции основана на том, что человеческий глаз является прекрасным диагностическим средством. В ряде практически важных случаев по обобщенному критерию эффективности он превосходит обычное измерительное оборудование. Причина подобного положения дел заключается в том, что специалист даже со средним уровнем квалификации и небольшим опытом работы с волокном в процессе выполнения процедур различных проверок визуально оценивает картину тестируемого объекта в целом. Это дает ему возможность

• учесть в комплексе отдельные плохо формализуемые на алгоритмическом уровне нюансы;
• привлечь для анализа свою внутреннюю “базу знаний”, основанную на опыте изучения достижений предшественников и решения ранее встречавшихся в практике задач,

т.е. выработать верное заключение о причинах неисправности и наметить пути ее устранения без знания точной числовой величины отдельных параметров, в т.ч. тех, которые нормируются стандартами и прочими нормативными документами, а также задаются производителем оборудования в фирменных спецификациях.

Соединение подобных преимуществ с возможностями современной вычислительной техники дает такой уровень результирующего эффекта, который поставил визуальную инспекцию в один ряд с рефлектометрией и измерениями затухания оптическим тестером. При этом с учетом специфики визуальной оценки вычислительная техника привлекается для выполнения рутинных процедур анализа и составления протокола измерений.

Нормативная база

Визуальная инспекция осуществляется в соответствии с положениями международного стандарта IEC 61300-3-35 : 2015. Согласно данному нормативному документу предусмотрено три уровня выполнения соответствующих процедур:

А – прямая оптическая микроскопия (англ. Direct View Optical Microscopy)
В – видеомикроскопия с ручным анализом (англ. Video Microscopy Manual Analysis)
С – видеомикроскопия с автоматическим анализом (англ. Automated Analysis Microscopy).
С учетом фактически производимых в первых двух случаях манипуляций режим А можно рассматривать как подмножество режима В, а его реализация не требует дополнительных настроек. Данная особенность позволяет производителям тестирующего оборудования в рекламных целях искусственно повышать уровень своих изделий и позиционировать современные видеомикроскопы как устройства, которые функционируют в режимах В и С.

Стандартом предполагается разделение тестируемой области на отдельные вложенные друг в друга кольцевые зоны с четко очерченными границами. Соответствующие им значения диаметров указаны в Таблица 1. Границы естественным образом “привязаны“ к границам сердевины, оболочки и клеевого канала керамического центрирующего наконечника разъема.

Исключение из этого правила составляет граница центральной или т.н. критической области, которая оказывается заметно шире. Это обусловлено тем, что значительная часть излучения в световоде, особенно одномодовом, распространяется в области, непосредственно примыкающей к сердцевине, Рис. 2 (на этом факте основано принятое в одномодовой технике указание диаметра модового пятна, а не сердцевины волокна). Отсюда следует, что для разъемных соединителей важно также состояние областей, примыкающих к сердцевине.

Таблица 2. Размеры отдельных зон тестируемой области одномодового разъема с обратными потерями RL не минее 45 дБ

Конструкция современного видеомикроскопа

Таблица 1. Массогабаритные параметры контрольного волоконно-оптического оптического микроскопа и пробника видеомикроскопа

С конструктивной точки зрения видеомикроскоп предельной прост: изображение, увеличенной оптической системой пробника, попадает на КМОП-матрицу телевизионной головки. Снимаемый с нее видеосигнал переводится в стандартную цифровую форму и воспроизводится на экране. Необходимая резкость изображения достигается наличием элементов фокусировки, механически оформленного в виде кольца с рифленой верхней поверхностью.

Пробник подключается к устройству отображения шнуром длиной несколько десятков сантиметров с вилкой разъема USB 2.0 на конце.

Отсутствие у оптической системы окуляра положительно сказывается на массогабаритных характеристиках устройства. В качестве примера в Таблица 1 приведено сравнение контрольного микроскопа в традиционном исполнении и пробника видеомикроскопа, обеспечивающих идентичный коэффициент увеличения.

В основу концепции современных видеомикроскопов как измерительных приборов положены принципы

• максимальной универсальности;
• гибкости в работе;
• простоты и удобства использования.

Максимальная универсальность обеспечивается

• добавлением в устройство функций измерителя мощности и визуализатора дефектов (GVIS300C-PM-02-V компании GreenLee);
• применением сменных адаптеров, которые позволяют осуществлять контроль различных типов разъемов.

Рис. 2. Симметричная схема построения оптического разъема

Разъемные соединители, используемые при реализации дуплексных и симплексных трактов сетей связи, построены по симметричной схеме, Рис. 2. Эта особенность учитывается разработчиком видеомикроскопа в конструкции механической части его оптического интерфейса. Микроскоп комплектуется набором сменных адаптеров с резьбовым креплением. При этом возможны как адаптеры с фиксацией для наиболее распространенных типов разъемов (ST, FC, SC), а также универсальные адаптеры без фиксатора, рассчитанные на наконечники (феррулы) диаметром 2,5 и 1,25 мм. Универсальные элементы используются для инспекции вилок шнуров, а элементы с фиксацией предназначены для работы с панелями.

Эксплуатационная гибкость прибора достигается возможностью отображения получаемого изображения на экранах

• штатного монитора микроскопа (система GVIS 300);
• монитора рефлектометра;
• экрана ноутбука или монитора стационарного компьютера;
• экрана смартфона или планшета.

В первых трех случаях подключение осуществляется через кабель со стандартным разъемом USB, для работы на смартфон потребуется использование WiFi-точки доступа.

Рис. 3. Распределение плотности мощности по сечению прямого одномодового световода

Удобство эксплуатации обеспечивается

• реализацией управления прибором с максимально полным использованием принципа plud-and-play;
• минимизацией количества регулировок и управляющих кнопок в программной части;
• автоматического центрирования формируемого изображения на экране;
• использованием интуитивно понятного интерфейса.

Дополнительно укажем на то, что переход на телевизионную форму формирования изображения, кроме удобства оценки и возможности ее автоматического выполнения) удобен также с точки зрения безопасности работы. Это обусловлено тем, что, в отличие от оптических микроскопов при непреднамеренной попытке инспекции световода, который не отключен от оптического передатчика, полностью исключены риски попадания невидимого мощного оптического излучения на сетчатку глаза.

Варианты подсветки рабочей области

Безусловно необходимая подсветка рабочей области потенциально может быть реализована по двум основным схемам.

При коаксиальной подсветке, Рис. 4 выполняется т.н. прямое освещение: оси светового потока и волокна совпадают. Этот режим работы применяется для анализа чистоты световедущий сердцевины. Боковая подсветка осуществляется под углом около 30 градусов к оси волокна и за счет появления теней заметно увеличивает эффективность выявления царапин, небольших сколов и аналогичных им нарушений гладкости поверхности стекла.

Функции источника освещения выполняет СД белого цвета свечения. В лабораторных видеомикроскопах, от которых изначально требуется повышенная разрешающая способность, в соответствии с принципом Аббе, функцию элемента подсветки зачастую возлагают на светодиодный излучатель ближнего УФ диапазона длин волн.

Особенности программного обеспечения

Видеомикроскоп представляет полноценный программно-аппаратный комплекс. Выпускается как специализированное или универсальное устройство, дополнительно выполняющее функции измерителя потерь и визуализатора дефектов. В рамках реализации этой стратегии Tempo Communications предлагает специализированное устройство GVIS-400-HDP и универсальный микроскоп GVIS300C-PM-02-V. Последний при сходных массогабаритных показателях и разрешающей способности пробника имеет меньший коэффициент увеличения (200 против 400).

Рис. 4. Схема реализации коаксиальной подсветки

С точки зрения управляющего ПО наличие линейки приборов означает, наряду с интуитивной понятностью, необходимость обеспечения общего дизайна интерфейса и введения однотипности выполняемых процедур при работе в разных режимах.

Программное обеспечение поставляется

• предустановленным на рефлектометры и автоматические измерители с USB-портом для подключения видеомикроскопа;
• в виде инсталляционного диска для PC-совместимого компьютера, функционирующего под ОС Windows.

В последнем случае установка ПО на компьютер выполняется одним кликом по наименованию исполняемого файла. Наличие USB-порта на таком компьютере предполагается по умолчанию.

Рис. 5. Соотношение элементов световода и наконечника, а также областей анализа дефектов и загрязнений

С учетом назначения микроскопа для измерений в полевых условиях предусматривается возможность достаточно глубокой настройки отчета, формируемого по результатам измерений. Вся совокупность настроек делится на две основные части

• формы отчета в части указания контактных данных компании, заказчика, лиц, выполняющих измерения и т.д.
• типа измеряемого волокна и самого наконечника;
• величин предельных значений по контролируемым параметрам.

Результаты измерений хранятся во внутренней памяти и обычно выгружаются оттуда после завершения работы.

При выходе новой версии управляющего ПО его обычно можно бесплатно скачать с сайта производителя. Соответствующая ссылка указывается в сопроводительной документации к прибору.

Проведение визуальной инспекции

Качественное состояние оптического соединителя в соответствии с требованиями стандартов определяется:

• количеством дефектов и загрязнений на оптически активной поверхности волокна и прилегающих к нему областях;
• размерами этих нежелательных элементов.

Введение в нормативную часть стандартов количественных параметров позволяет однозначно определить качественное состояние разъема по критерию “Годен/Не годен”. Дополнительно появляется возможность автоматизации процесса выполнения измерений, что освобождает оператора от выполнения рутинных операций.

Режим автоматического анализа после выполнения начальных настроек запускается простым нажатием соответствующей экранной кнопки на управляющей панели программы.

Производители микроскопов для тестирования оптических разъемов не раскрывают алгоритмы обработки получаемого изображения в процессе анализа состояния соединителя. Можно, однако, с высокой долей достоверности предположить, что размеры дефектов/загрязнений определяются по площади получаемого изображения, а разновидность дефекта конкретизируется по оптическим свойствам этой области.

В процессе тестирования работают с четырьмя разновидностями областей, которые перечислены в Таблица 2 и показаны на Рис. 5.

Выявленные механические дефекты/загрязнения вне зависимости от режима обработки полученного изображения отражаются в отчете списком с указанием расчетных характеристик. На изображении они подсвечиваются различными цветами. При работе в интерактивном режиме фактические характеристики дефекта можно получить прямо с экрана наведением курсора на дефект. Формируется также общий вывод в виде “Соответствует нормам / Не соответствует нормам” (“PASS/FAIL” – в нерусифицированных устройствах).

Решение о соответствии или несоответствии нормам, полученное в режиме автоматического анализа, может быть скорректировано оператором.

Режим ручного анализа применяется в сложных случаях. Наличие этого режима дает возможность в полной мере реализовать отмеченные выше преимущества человека по комплексной оценке общего состояния разъема.

Во время ручной обработки изображения в качестве вспомогательных средств используется метод наложения на дефекты и загрязнения нескольких шаблонов, управляемых курсором. Обращение к шаблонам дает возможность довольно точно отнести конкретное загрязнение к одной из трех областей анализа по Рис. 1, а также определить его площадь. Решение о соответствии и несоответствии нормам в этом режиме также принимается оператором самостоятельно.

Готовый отчет в виде файла со своим уникальным именем сохраняется в стандартном формате изображения одной из папок компьютера. Возможно разделение отчета на два уровня представления: только изображение и более информативное изображение с таблицей числовых параметров отдельных загрязнений (для микроскопа Greenlee GVIS 400-HDP это режим GVIS-Report).

Заключение

1. Для современной волоконной оптики микроскоп - такое же полноправное измерительное и диагностическое средство как оптический рефлектометр и тестер (измеритель оптических потерь).
2. Современный видеомикроскоп одинаково эффективен при тестировании как оптических разъемов, так и интерфейсных соединителей оптоэлектронных модулей.
3. Видеомикроскоп как полноценный программно-аппаратный комплекс представляет собой самостоятельное устройство или же вместе с измерителем оптической мощности и визуализатором дефектов включаться в состав комплексной измерительной системы.
4. С учетом наличия хорошо проработанной нормативной базы и ясных численных критериев определения контролируемых областей и размеров дефектов основной режим работы микроскопа – автоматическая диагностика, исследования в ручном режиме осуществляются в немногочисленных сложных случаях.
5. С учетом единого характера проводимых измерений целесообразно применять в микроскопе самонастраивающееся управляющее ПО, область действия которого охватывает также рефлектометр и измеритель оптических потерь.

Подписаться на рассылку статей