Розробка рівнів енергетичних потенціалів

Для розробки рівнів енергетичних потенціалів будемо керуватися даними одержаними в розділі 2.3.

Для нормальної роботи волоконно-оптичної системи передачі необхідно забезпечити на вході прийомно-оптичного модуля потужність сигналу більшу, ніж потужність заданого порогу чутливості цього модуля (Р₀), при якій забезпечується необхідний коефіцієнт помилок.

Будемо використовувати наступні дані:

Р _д = -0, 5 дБм – потужність джерела випромінювання;

а _р = 0, 5 дБ – втрати на роз’ємному з’єднувачі;

а _н = 0, 1 дБ – втрати на нероз’ємному з’єднувачі;

Р _з = 6 дБм – енергетичний запас по потужності сигналу в розрахунку на можливі погіршення параметрів компонентів ВОСП;

Р ₀ = -39 дБм – потужність сигналу на прийомі, при якій забезпечується задана якість передачі інформації;

l = 4 км – будівельна довжина кабелю.

У другому розділі ми розрахували оптичні параметри волокна. Розрахували параметри передачі волокна, які відповідали рекомендації G.652. Розрахували довжину ділянки регенерації по загасанню і дисперсії. З’ясували, що вона обмежена загасанням і дорівнює 94, 1 км. Обрали населені пункти, в яких будуть розміщені регенератори.

1 3 ОПИС ПРОГРАМНОГО ПРОДУКТУ

Тестування волоконно-оптичної лінії за допомогою рефлектометра (OTDR)

Після того, як лінія змонтована, вимірюються втрати у всіх з'єднаннях волокон і відстані до них. При цьому фіксується рефлектограма всієї регенераційної ділянки лінії зі всіма її особливостями, які вказують місце розташування зварних з'єднань волокон і величину втрат в них. Ця рефлектограма використовується для географічної прив'язки до місцевості і надалі служить для контролю деградації лінії в процесі її старіння.

3.1Особливості OTDR:

•модуль рефлектометра працює у в'язці з селективним вимірником потужності для PON,

•динамічний діапазон до 37 db,

•мертва зона 1 метр,

•підтримка трьох довжин хвиль в одному модулі 1310/1550/1625,

•підтримка 4 довжин хвиль в одному модулі на 2-х портах 850/1300/1310/1550, •автоматичне визначення трафіку,

•автоматичне визначення макро-вигину,

•програмне забезпечення OFS100 FiberTrace Software і OFS200 FiberCable Software.

3.2Характеристики OTDR

Оптичний імпульсний рефлектометр (OTDR – Optical Time Domain Reflectometer) вперше був застосований для вимірів втрат в оптичних волокнах в 1976 р. Його принцип дії заснований на тому, що у волокно посилається послідовність коротких імпульсів світла, і вимірюється залежність потужності розсіяних назад імпульсів від часу їх запізнювання. В результаті виходить рефлектограма – графік розподілу втрат і коефіцієнтів віддзеркалення уздовж лінії. Для підключення OTDR досить доступу лише до одного кінця лінії, що дозволяє тестувати оптичні кабелі безпосередньо в процесі монтажу лінії. Аналізуючи рефлектограму, можна визначити місце пошкодження лінії і розрахувати всі основні параметри, по яких контролюється якість лінії.

Основними характеристиками рефлектометра є чутливість і просторовий дозвіл. Чутливість рефлектометра прийнято характеризувати величиною його динамічного діапазону, а просторовою дозвіл тривалістю імпульсу і шириною мертвої зони. Вибором тривалості імпульсів і часу усереднювання завжди є певний компроміс. Так при зменшенні тривалості імпульсів просторовий дозвіл рефлектометра покращується, а його чутливість погіршується. Час усереднювання сигналу впливає лише на чутливість рефлектометра. Проте із збільшенням часу усереднювання зростає час вимірів, який, враховуючи велику кількість волокон в лінії передачі, не може бути дуже великим.

3.3 Призначення OTDR

Кожний тип неоднорідності (зварне з'єднання волокон, тріщина, оптичний роз'єм і так далі) має свій характерний образ на дисплеї OTDR, і може бути легко ідентифікований оператором (мал.). У автоматичному режимі OTDR сам визначає тип неоднорідності, розраховує втрати на ділянках лінії, коефіцієнти віддзеркалення від неоднорідностей і так далі.

Що так, наприклад, відображають неоднорідності (роз'ємні з'єднання волокон, тріщини, торець волокна) виявляються на рефлектограмме у вигляді вузьких піків, а що не відображають неоднорідності (зварні з'єднання і зігнуті ділянки волокон) - у вигляді вигинів в рефлектограмме. Ділянки рефлектограмми, розташовані між неоднородностямі, мають вигляд прямих ліній з негативним нахилом. Кут нахилу цих прямих прямо пропорційний величині втрат у волокні.

Мал. 3.1. Типова рефлектограма лінії передачі. По вертикальній осі в логарифмічному масштабі відкладається відносна потужність імпульсів, що повернулися в рефлектометр, а по горизонтальній осі відстань до місця віддзеркалення.

3.3.1 Динамічний діапазон

Відповідно до рекомендації Міжнародній Електротехнічній Комісії (IEC – International Electrotechnical Commission) динамічний діапазон рефлектометра DIEC визначається як різниця між рівнем сигналу зворотного релеєвського розсіяння на початку рефлектограми і піковим значенням шумів у відсутність сигналу. Рівень сигналу зворотного релеєвського розсіяння знаходиться шляхом екстраполяції прямолінійної похилої ділянки рефлектограми в початок рефлектограми. Рівень пікового значення шуму визначається виходячи з умови, що вірогідність попадання шумового сигналу в довірчий інтервал має дорівнювати 98%. Для цього по верхньому краю шумової доріжки проводиться пряма горизонтальна лінія так, щоб її пересікав лише один шумовий пік з 100.

Рис.3.2 Динамічний діапазон рефлектометра DIEC визначається як різниця між рівнем сигналу зворотного релеєвського розсіяння на початку рефлектограми і піковим значенням шуму у відсутність сигналу.

Фізичний сенс динамічного діапазону рефлектометра пояснюється на рис.3.2. Як видно з цього малюнка повні втрати в лінії А дорівнюють відстані між рівнями сигналу зворотного релеєвського розсіяння на початку і в кінці рефлектограми. Причому кінець рефлектограми буде видно на дисплеї до тих пір, поки сигнал не зменшиться до рівня шуму. Таким чином, динамічний діапазон рефлектометра дорівнює максимально вимірюваній величині повних втрат в лінії.

Важливою гідністю рефлектометричних вимірів є те, що в них вимірювальний прилад підключається лише до одного кінця лінії (мал. 1.16). Оскільки типова довжина регенераційної ділянки в магістральній лінії передачі складає близько 100 км. (з оптичними підсилювачами ~ 1000 км.), то ясно, що підключати вимірювальну апаратуру лише до одного кінця такої лінії значно простіше.

3.3.2.Оцінка динамічного діапазону.

В логарифмічних одиницях (дБ і дБм) (ми їх виділяємо в тексті жирним курсивом) динамічний діапазон рефлектометра дорівнює напіврізниці між потужністю, розсіяною назад на початку волокна, і еквівалентною шумовою потужністю на вході фотоприймача (потужністю світла при якій відгук фотоприймача дорівнює середньоквадратичному значенню шуму): Потужність, розсіяна назад на початку волокна, виражається через потужність джерела випромінювання (введену у волокно), втрати у відгалужувачі η і коефіцієнт зворотного релеєвського розсіяння q, як: . А еквівалентна шумова потужність на вході фотоприймача виражається через порогу чутливість фотоприймача і b – виграш у відношенні сигнал/шум за рахунок усереднювання імпульсів: . В результаті отримуємо вираз:

(2.1)

Після того, як в рефлектометрі встановлений відповідний оптичний модуль, потужність джерела випромінювання , порогова чутливість фотоприймача і величина втрат у відгалужувачі 𝛈 є вже заданими величинами. Користувач може впливати лише на коефіцієнт зворотного релеєвського розсіяння q (змінюючи тривалість імпульсів) і на виграш b (змінюючи час усереднювання імпульсів).

Коефіцієнт зворотного релеєвського розсіяння (його значення приводиться в специфікації на волокно) у різних виробників волокон відрізняється на декілька дБ. Для оцінки зазвичай використовують значення:

q=-80дБ+10log (2.2)

де τ – тривалість імпульсів. У більшості моделей OTDR тривалість імпульсів можна міняти від 10 нс до 10 мкс, що дозволяє збільшити коефіцієнт зворотного релеєвського розсіяння на 30 дБ і, відповідно, динамічний діапазон рефлектометра на 15 дБ.

Виграш у відношенні сигнал/шум b (у припущенні, що шум білий) пропорційний квадратному кореню з числа усереднених імпульсів: b=10log . Враховуючи, що на обробку витрачається близько 10 % часу, число цих імпульсів: N= де t – час усереднення, а Т – період дотримання імпульсів. В результаті отримуємо, що виграш у відношенні сигнал/шум рівний: b=5log . Таким чином, для оцінки величини динамічного діапазону треба знати не лише час усереднювання імпульсів t, але і період їх дотримання Т. Період дотримання імпульсів можна оцінити, використовуючи той факт, що при вимірі величини динамічного діапазону OTDR розробники рекомендують підключати до нього волокно завдовжки 25 км.(рис.2.6)

Мал. 3.3. Динамічний діапазон визначається при довжині волокна 25 км., тривалість імпульсу 10 мкс і часу усереднювання сигналу 3 мін.

Як відомо для того, щоб імпульси, відбиті від початку і кінця волокна не накладалися один на одного, діапазон вимірюваних довжин має бути на 10...20 % більше довжини волокна. Для оцінки уявимо, що діапазон вимірюваних довжин встановлюється рівним 30 км. Враховуючи, що коефіцієнт пропорційності між часом запізнювання і довжиною волокна дорівнює 10 мкс/км., знаходимо, що період дотримання імпульсів Т дорівнює 300 мкс. При цьому число імпульсів, що усереднюються за час t = 3 хв., рівне: N= , а виграш у співвідношенні сигнал/шум: b=10log

Оцінимо типове значення величини динамічного діапазону рефлектометра. При цьому, як вже говорилося, слід вважати, що τ = 10 мкс, t = 3 хв і Т = 300 мкс. Ми вже знайшли, що при цих параметрах: q = –40 дБ і b = 29 дБ. Втрати при двократному проході через 3 дБ відгалужувач 𝛈 приблизно рівні 6 дБ. Далі уявимо, що = 20 дБм. При більшій потужності імпульсів світла у волокні стають помітними спотворення, викликані нелінійним розсіянням світла у волокні (ефекти Рамана і Бріллюена) і зменшується термін служби лазера і фотоприймача. Фотоприймач складається з лавинного фотодіода і трансімпедансного підсилювача (операційний підсилювач з негативним зворотним зв'язком). Такий підсилювач забезпечує великий динамічний діапазон, низький рівень шумів і дозволяє легко змінювати величину коефіцієнта посилення і ширину смуги підсилювача.

В OTDR фотоприймач може працювати в трьох різних режимах: у стандартному режимі, в режимі максимального динамічного діапазону (вузька смуга частот) і в режимі максимального дозволу (широка смуга частот). При τ = 10 мкс фотоприймач працює зазвичай режимі максимального динамічного діапазону (смуга частот ~ 1 Мгц). При типовому значенні порогової чутливості лавинного фотодіода і ширині смуги 1 Мгц отримуємо, що = –80 дБм. Підставляючи в (2.1) значення: η =6дБ, q =-40дБ, та b =29дБ знаходимо: Залежність від часу усереднення сигналу та тривалості імпульсів приведена на рис. 2.7.

Відмітимо, що приведена нами оцінка динамічного діапазону не є граничною. Оптичні втрати в схемі можна зменшити майже на 5 дБ, використовуючи замість відгалужувача циркулятор (значно дорожчий пристрій). Потужність джерела можна збільшити до 23 дБ (перш ніж стануть, помітні нелінійні спотворення). Можна також поліпшити і порогову чутливість, оскільки в розглянутому нами прикладі вона майже на 10 дБ гірше за квантову межу. Так в останніх моделях OTDR динамічний діапазон удалося збільшити до 50 дБ.

Рис. 3.4. Залежність динамічного діапазону рефлектометра від часу усереднювання t і тривалість імпульсів 𝜏.

Величина динамічного діапазону рефлектометра, виміряна при τ = 10 мкс і t = 3 мин., використовується при порівнянні різних типів OTDR. Виміри ж часто проводяться при меншому значенні тривалості імпульсів і меншому часі усереднювання. Так, наприклад, при вхідному і передмонтажному контролі оптичних кабелів виміру проводяться зазвичай при τ = 100 нс і t = 15 сек. При цьому використовується оптичний модуль з динамічним діапазоном 30…35 дБ.

Мал. 3.5. Рефлектометр підключається лише до одного з кінців лінії

3.4 Принцип дії рефлектометра (OTDR)

Принцип дії OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) багато в чому такий же, як і в імпульсних рефлектометрів, вживаних для тестування електричних кабелів. Обидва типи рефлектометрів посилають в лінію потужний зондуючий імпульс (оптичний або електричний) і вимірюють потужність і час запізнювання імпульсів, що повернулися назад в рефлектометр. Відмінність полягає в тому, що в електричній лінії спостерігаються лише відбиті імпульси. Вони утворюються в місцях, де в лінії є скачки хвилевого опору. У оптичних же волокнах зворотна хвиля утворюється не лише за рахунок віддзеркалення від великих (в порівнянні з довжиною хвилі) дефектів, але і за рахунок релеєвського розсіяння. Розсіяння світла відбувається на флуктуаціях показника заломлення кварцевого скла, застиглих при витягу волокна. Розмір цих неоднорідностей (релеєвських центрів) малий в порівнянні з довжиною хвилі і світло на них розсівається на всі боки, у тому числі і назад в моду волокна (мал. 3.6).

Мал. 3.6. У OTDR приходять імпульси світла розсіяні назад в моду волокна

Релеєвські центри розподілені однорідно уздовж волокна, і в розсіяній на них хвилі міститься інформація про всі параметри лінії, що впливають на поглинання світла. Саме за рахунок детектування розсіяного випромінювання удається виявляти невідзеркалення (що поглинають) неоднорідності у волокні.

Наприклад, по сигналу зворотного релеєвського розсіяння світла можна виміряти розподіл втрат в будівельних довжинах оптичних кабелів і втрати в зростках волокон. Такі виміри не можна виконати, реєструючи лише відбите (а не розсіяне) випромінювання.

Доля потужності світла, що розсіюється назад в моду волокна украй мала. Наприклад, при ширині імпульсу 1м (тривалість імпульсу 10 нс) коефіцієнт зворотного релеєвського розсіяння складає величину біля –70 дБ. Тому, в OTDR у волокно посилаються імпульси великої потужності і великої тривалості, а для детектування розсіяних назад імпульсів світла застосовуються високочутливі фотоприймачі.

3.5 Розробка рефлектометра

У більшості моделей OTDR використовується модульна конструкція (рис. 3.7). Вона містить базовий модуль і декілька змінних оптичних модулів. Базовим модулем є персональний комп'ютер, пристосований для обробки сигналу і виведення його на дисплей. Оптичний модуль включає лазерний діод, фотоприймач, оптичний відгалужувач і оптичний роз'єм.

Модульна конструкція OTDR дозволяє споживачеві не лише вибрати необхідну йому на даний момент конфігурацію приладу, але і надалі модернізувати прилад, наприклад, встановивши, багатомодовий модуль або одномодовий модуль з великим динамічним діапазоном.

Рис. 3.7. Блок схема OTDR

Як джерело випромінювання в оптичному модулі зазвичай використовується лазерні діоди типу Фабрі-Перо, найбільша ж потужність випромінювання (і, відповідно, динамічний діапазон рефлектометра) досягається за допомогою лазерних діодів з квантовими ямами. З їх допомогою генеруються імпульси потужністю 10...1000 мВт, тривалістю від 2 нс.20 мкс і частотою повторення декілька кілогерц. Ці імпульси поступають через відгалужувач на оптичний роз'єм, до якого підключається досліджуване волокно. Розсіяні у волокні імпульси світла повертаються в оптичний модуль і передаються за допомогою відгалужувача на фотоприймач (лавинний фотодіод), де вони перетворяться в електричний сигнал. Цей сигнал посилюється, накопичується, обробляється в базовому модулі і відображується на дисплеї в графічній формі у вигляді рефлектограми. Таке представлення інформації дозволяє аналізувати її як візуально, так і автоматично за допомогою вбудованих програмних алгоритмів.

Потужність розсіяних назад імпульсів на 80.50 дБ (залежно від їх тривалості) менше потужності імпульсів, що вводяться у волокно. Тому для поліпшення відношення сигнал/шум використовується багатократне усереднювання результатів вимірів. Причому для їх ефективного усереднювання вистачає декількох секунд, оскільки час, що витрачається на проходженні лінії мало (100 км. світло проходить за 1 мсек). Типова рефлектограма містить близько 32 000 вимірюваних крапок і при обчисленні кожній такої крапки усереднюється декілька тисяч імпульсів. Весь цей масив даних рефлектометр обробляє за частку секунди. Перша виміряна рефлектограма відразу виводиться на дисплей. Далі на дисплей виводяться усереднені рефлектограми. При кожному подвоєнні часу вимірів шуми в усередненій рефлектограмі зменшуються приблизно на 0.75 дБ.

Обробка великого масиву даних і створення дружнього користувачеві інтерфейсу здійснюється за допомогою двох мікропроцесорів. Перший, швидкодіючий процесор RISC, дає можливість усереднювати до 50 мільйонів крапок в секунду. Другий процесор Intel забезпечує роботу інтерфейсної частини програми, автопошук дефектів в лінії, виведення даних на дисплей. Він забезпечує також сумісність з ПК, що дозволяє застосовувати не лише звичайне програмне забезпечення, але і стандартне комп'ютерне устаткування, таке як клавіатура, миша, принтер, факс/модем і жорсткий диск (у стандарті PCMCIA). Такий рефлектометр може використовуватися і як вимірювальний прилад, і як персональний комп'ютер, що представляє широкі можливості для обробки інформації. Наприклад, для того, щоб відновити в збільшеному вигляді будь-яку з частин рефлектограми, створити повний список неоднорідностей в лінії і погонного загасання на ділянках між неоднорідностями, оформити звіт і так далі.

3.5.1 Принципова схема рефлектометра

Рис.3.8. Розширена принципова схема рефлектометра

Рефлектометр складається з наступних основних вузлів:

• формувача оптичних вимірювальних сигналів, що складається з схеми формування імпульсів і передавального оптичного модуля;

• реєструючого пристрою, що включає фотоприймач, компаратор, підсилювач з регульованим коефіцієнтом посилення, розширювач імпульсів і аналого-цифровий перетворювач (АЦП);

• пристрої управління і обробки вимірюваної інформації, що містить два мікроконтролери, електронні ключі, лінію затримки, програмованого лічильник-дільника частоти.

Провідний мікроконтролер вузла управління побудований на базі сімейства MCS-51.

Основними характеристиками архітектури MCS-51 є:

• 24-розрядний лінійний адресний простір, що забезпечує адресацію до 16 Мбайт пам'яті;

• регістрова архітектура, що допускає звернення до регістрів як до байтів, слів і подвійних слів;

• сторінковий режим адресації для прискорення вибірки команд із зовнішньої програмної пам'яті;

• черга інструкцій;

• розширений набір команд, що включає 16-бітові арифметичні і логічні операції;

• розширений адресний простір стека (до 64 Кбайт);

• виконання найшвидшої команди за 2 такти.

Не дивлячись на відмічені переваги, максимальна тактова частота цього класу мікроконтролерів складає всього 40 Мгц. Цієї швидкодії недостатньо для здобуття високих метрологічних характеристик при вимірі відстаней до місця розташування неоднорідностей.

Для вирішення проблеми швидкодії для управління рефлектометром використаний другий мікроконтролер SХ18 фірми Scenix.

Провідний мікроконтролер з розширеним набором інструкцій MCS-51 визначає режими роботи рефлектометра, програмує вузли рефлектометра, обробляє результати вимірів, здійснює взаємодію з периферійними пристроями. Швидкодіючий ведений мікроконтролер SX формує зондуючий імпульс, виробляє оперативний аналіз імпульсів, що приймаються, виробляє рішення про їх подальший маршрут дотримання, веде підрахунок кількості імпульсів. Залежно від вигляду виконання як периферійні пристрої можуть бути використані:

• клавіатура для введення команд оператора, електронно перепрограмовує мікросхеми пам'яті, знакосинтезуючий індикатор;

• інтерфейсні мікросхеми для зв'язку із зовнішніми портами персонального комп'ютера (в цьому випадку для управління рефлектометром використовується клавіатура комп'ютера, результати вимірів зберігаються в пам'яті комп'ютера).

Виміри починаються по команді провідного мікроконтролера MCS-51. По його команді другий мікроконтролер SX формує сигнал, що запускає формувач імпульсів. Формувач імпульсів виробляє одиночний імпульс, що направляється на вхід передавального оптичного модуля. Модуль виробляє одиночний оптичний імпульс, що зондує волоконно-оптичний тракт. За наявності локальних неоднорідностей у волоконно-оптичному тракті відбиті від цих неоднорідностей оптичні імпульси через вихідний з'єднувач і направлений розгалуджувач прямують на оптичний вхід приймального оптичного модуля. До виходу фотоприймача підключений компаратор. Компаратор нормує імпульси по амплітуді. Лічильник-дільник частоти виробляє вибірку одного з відбитих імпульсів і направляє його на вхід лінії затримки. Імпульс затримується на 500 нс. Якщо затримки в 500 нс недостатньо, то виділений імпульс за допомогою електронних ключів повторно прямує на вхід лінії затримки.

3.5.2 Робота вузлів рефлектометра

Реальне значення затримки у вузлах пристрою складає величину близько 1 мкс. При нульовій довжині волоконно-оптичного тракту частота автоколивань складе f = 1 Мгц. Збільшення довжини тракту приводить до зменшення частоти.

Таким чином, в приладі можуть бути використані приймально-передавальні модулі загального вживання з середніми характеристиками, наприклад, передавальні модулі типа PM-34 (на частоту 34 МГб/с) і аналогові приймальні модулі PD-1375-ir ФТІ " Оптронік".

Як було відмічено вище, на кожен зондуючий оптичний імпульс волоконно-оптичний тракт відгукується цугом імпульсів від неоднорідностей тракту. Імпульси за допомогою розгалуджувача прямують на оптичний вхід приймального модуля. Вихід приймального модуля сполучений з входом компаратора і входом аналогового підсилювача з регульованим коефіцієнтом посилення.

Компаратор необхідний для фільтрації незначних неоднорідностей, а також для нормування по амплітуді цифрових сигналів, що направляються на вхід лічильника-дільника частоти.

Підсилювач працює в лінійному режимі і необхідний для посилення амплітуди імпульсів до рівня, достатнього для його перетворення в цифровий вигляд аналого-цифровим перетворювачем (АЦП). Для можливості використання середнього по швидкодії АЦП в схемі рефлектометра застосований розширювач імпульсів.

Як розширювач імпульсів в схемі рефлектометра використаний повторювач джерела VT, на вході якого встановлений конденсатор C з малим струмом витоку, див. рис 3.9. Конденсатор заряджає вхідним імпульсом напруги через діод VD і повільно розряджається через затвор польового транзистора VT і зворотні опори діода VD і ключа DD, який необхідний для розряду конденсатора, після проведення вимірів.

Рис.3.9. Схема повторювача джерела

На вхід розширювача імпульсів сигнали поступають через ключ, що виділяє з набору відбитих імпульсів необхідний імпульс від заданої неоднорідності. Ключ управляється лічильником-дільником частоти.

Лічильник є послідовно включеними мікросхемами двійкових лічильників. Одна мікросхема дозволяє виділити до 16 неоднорідностей. На малюнку 3.10 приведена схема лічильника-дільника частоти для виділення 256 неоднорідностей. У мікросхеми двійкових лічильників DD1 і DD4 заздалегідь заноситься двійкове число, що визначає момент переповнювання рахунку. Число виставляється провідним мікроконтролером. Управляє записом числа в регістри мікросхем DD1 і DD4 ведений мікроконтролер.

Імпульс переповнювання формується у момент вступу імпульсу, що виділяється. За один такт до переповнювання мікросхем лічильника за допомогою логічних мікросхем DD2 і DD3 виділяється імпульс, що відкриває ключ, проникний сигнал з виходу підсилювача на вхід розширювача імпульсів. Імпульс, виділений лічильником-дільником, поступає одночасно на вхід лінії затримки і на один з вхідних портів веденого мікроконтролера SX. При цьому запускається підпрограма обробки зовнішнього переривання, яка за час затримки імпульсу в лінії повинна визначити подальшу його дорогу, або на вхід формувача імпульсів, або на повтор затримки в лінії, якщо число повторів затримки менше заданого значення. Значення повторів фіксованої затримки задається провідним мікроконтролером MCS51.

Рис.3.10. Схема лічильника-ділителя частоти

Як фіксована лінія затримки в рефлектометрі застосована цифрова інтегральна мікросхема сімейства Silicon Timed Circuit фірми Dallas Semiconductor типа Ds1000-500 на 500 нс.

Після заданого числа повторів імпульс прямує на вхід формувача імпульсів, формується новий вимірювальний сигнал. Процес повторюється. Ведений мікроконтролер веде підрахунок кількості імпульсів. Провідний мікроконтролер задає час спостереження.

Отже, процес виміру включає наступні стадії:

• ініціалізація (завдання параметрів і режимів вимірів);

• проведення вимірів;

• обробка результатів, виведення інформації на дисплей.

На стадії ініціалізації провідний мікроконтроллер після підготовки робочих і спеціальних регістрів, налаштування портів на введення або вивід здійснює діалог з оператором. Оператор задає наступні параметри вимірів:

• один з наступних режимів роботи: вимір відстані до місця розташування неоднорідностей і втрат на віддзеркалення (у цьому режимі мають бути доступні обидва полюси волоконно-оптичного тракту); вимір відстані до місця розташування неоднорідностей і величини відбитої оптичної потужності (у цьому режимі досить мати доступ до одного полюса волоконно-оптичного тракту);

• коефіцієнт заломлення серцевини оптичного волокна (за умовчанням встановлюється коефіцієнт заломлення плавленого кварцу 1, 44778);

• максимальне значення довжини волоконного тракту, якщо довжина тракту невідома, то встановлюється довжина за умовчанням (20 км.);

• діапазон локальних неоднорідностей, характеристики яких необхідно виміряти (за умовчанням встановлюється максимально можлива кількість неоднорідностей);

• кількість усереднювань (за умовчанням встановлюється кількість усереднювань, відповідна часу вимірів, що не перевищує трьох хвилин). Після введення параметрів і підключення контрольованого волоконно-оптичного тракту оператор вводить команду " ПРОВЕСТИ ВИМІР".

Після того, як провідний мікроконтролер запам'ятовує параметри вимірів і приймає команду " ПРОВЕСТИ ВИМІР", він налаштовує вбудований таймер на певний час, залежний від заданої кількості усереднювань.

На стадіях проведення вимірів і обробки результатів вимірів провідний мікроконтролер:

• встановлює на шині даних лічильника - дільника частоти код першої неоднорідності із заданого списку вимірюваних неоднорідностей;

• виробляє розрахунок повторів фіксованої затримки і виробляє передачу команд і даних у ведений мікроконтролер;

• переходить до чекання сигналу " ГОТОВИЙ" від веденого мікроконтролера;

• при здобутті сигналу " ГОТОВИЙ" від веденого мікроконтролера запускає вбудований таймер;

• виконує підпрограму читання АЦП;

• аналізує наявність команди " СТОП" від оператора, якщо команда поступила, повертається в режим діалогу для коректування параметрів виміру;

• якщо команда " СТОП" відсутня, перевіряє прапор закінчення циклу від вбудованого таймера, якщо прапор скинутий, повертається до аналізу команди " СТОП";

• якщо прапор встановлений, виробляє його скидання і аналізує, чи всі неоднорідності, задані оператором, оброблені, якщо виміряні параметри не всіх неоднорідностей, то виробляє зупинку веденого мікроконтролера командою зовнішнього переривання, виробляє читання його накопичувальних регістрів і виробляє його апаратне скидання, після чого модифікує параметри вимірів;

• якщо виміряні параметри всіх неоднородностей, то після читання вмісту накопичувальних регістрів і апаратного скидання веденого мікроконтроллера, переходить до обробки бази виміряної інформації, розраховує втрати на віддзеркалення, значення відбитої потужності, відстані до місця розташування всіх неоднородностей, переходить до виведення виміряної інформації на індикатори.

На стадії проведення вимірів ведений мікроконтролер:

• приймає і запам'ятовує в регістрі повторів значення кількості повторів фіксованої затримки;

• записує в лічильник-дільника частоти код, виставлений провідним мікроконтролером на шину даних лічильника-дільника;

• відкриває ключ з виходу лінії затримки на її вхід і закриває ключ на вхід формувача імпульсів;

• вирішує рахунок і сигнал переповнювання лічильника - дільника частоти;

• виробляє на вході формувача імпульсів однократний імпульс, що одночасно є сигналом " ГОТОВИЙ" для провідного мікроконтролера;

• чекає появи сигналу на основному виході лічильника - дільника частоти;

• після виявлення сигналу на виході лічильника - дільника: блокує лічильник-дільника частоти; перевіряє вміст регістрів повтору фіксованої затримки; якщо регістр повторів не обнулився, то мікроконтролер виробляє його декремент, переходить до чекання сигналу на виході лінії затримки, після приходу сигналу повертається до аналізу вмісту регістра повторів; якщо регістр повторів обнулився, то мікропроцесор відкриває ключ, встановлений на вході формувача імпульсів, вирішує рахунок і видачу сигналу переповнювання лічильника дільника; виробляє інкремент регістрів накопичувачів; знов переходить до чекання сигналу на виході лічильника дільника;

• при здобутті сигналу зовнішнього переривання передає на провідний мікроконтролер вміст накопичувальних регістрів, переходить в режим малого енергоспоживання. Таким чином, розглянутий принцип дії і структурна схема частотно-імпульсного рефлектометра, що відрізняється: простотою технічного рішення; високою точністю визначення місць розташування неоднорідностей волоконно-оптичних трактів.

Можливість використання в рефлектометрі високонадійних передавальних оптичних модулів із стандартними по рівню потужності оптичними сигналами підвищує надійність приладу і дозволяє використовувати його в системах безперервного моніторингу ліній зв'язку, що діють, при цьому зменшується мертва зона вимірів.