Құрылыс жұмыстарының сапасын объективті бағалау және талшықты-оптикалық байланыс желілерін одан әрі табысты пайдалану үшін құрылыс және қызмет көрсету ұйымдарында сенімді нәтижелермен өлшеулерді жүргізуге мүмкіндік беретін заманауи өлшеу құралдары болуы керек.
Бақылау-өлшеу құралдарының паркі әртүрлі және отандық және импорттық техникамен ұсынылған. Қажетті өлшеу жабдығын таңдау құрылғының құнын ескере отырып, нақты тапсырмаға байланысты (5-кесте).
Кесте 5. Диагностикалық процедуралар мен өлшеу құралдарын салыстыру.
РАДИАЦИЯ КӨЗІ
Дәнекерленген жіктердің тұтастығын тексеру, жалпы оптикалық жоғалтуды анықтау және талшықтарды анықтау үшін оптикалық ваттметрмен немесе талшық идентификаторымен бірге қолданылады. Шамамен бағасы: 500-2500 доллар.
ОПТИКАЛЫҚ ҚУАТ ӨШІРУШІ
Оптикалық қуат өлшегіштері (OPM) сигналдың оптикалық қуатын өлшеу үшін, сондай-ақ кабельдің әлсіреуін өлшеу үшін қолданылады (22-сурет). Бұл есептегіштер талшықты-оптикалық инженерлер үшін бірдей, мультиметр электронды инженерлерге арналған сияқты.
Күріш. 22. «GN 6000» оптикалық қуат өлшегіш
Оптикалық қуат есептегіштері кабельдік желілерді өлшеуді де, оптикалық желіге сигнал беретін терминалдық жабдықтың жұмысын талдауды да қамтамасыз етеді.
Тұрақталған сигнал көзімен жұптастырылған OPM оптикалық желі сапасының негізгі параметрі болып табылатын әлсіреуді өлшеуді қамтамасыз етеді. OPM үшін өлшеудің ерекше маңызды класы оптикалық желі түйіндерінің параметрлерін өлшеу болып табылады (кабель қималары, интерфейстер, дәнекерлеу түйіндері, аттенюаторлар және т.б.).
OPM негізгі параметрлері:
Детектор түрі;
Күшейткіштің сызықтылығы;
Қажетті калибрлеудің дәлдігі мен кестесі;
Динамикалық диапазон;
Жұмыстың дәлдігі мен сызықтылығы;
Әртүрлі оптикалық интерфейстерді қолдайды;
Шамамен бағасы 400-1200 доллар.
БӘСІРЛЕУ ТАЛДАҒЫШЫ
Optical Loss Test Set (OLTS) анализаторы оптикалық қуат өлшегіш пен оптикалық сигнал көзінің тіркесімі болып табылады (23-сурет). Біріктірілген және бөлек шығын есептегіштері арасында айырмашылық бар.
Күріш. 23.
Біріктірілгендері бір құрылғыда сигнал көзі мен қуат есептегішіне ие, ал бөлгіш есептегіштер сигнал көзі мен ORM жиынтығы болып табылады. Тиісінше, жоғалту анализаторларының техникалық параметрлері сигнал көздері мен оптикалық қуат өлшегіштері үшін тізімделген барлық параметрлерді қамтиды.
Оптикалық қуат жоғалту анализаторлары кабель бөліктерін, түйіспелерін және жалғауларын қоса алғанда, оптикалық тарату желісін кезең-кезеңімен талдауды қамтамасыз етеді. Бұл, ең алдымен, оптикалық қуатты жоғалтудың жекелеген операциялық анализаторларына қатысты. Сонымен қатар, әдетте өнеркәсіптік талдау үшін қолданылатын біріктірілген жоғалту анализаторлары функционалдылық пен өлшеу дәлдігін арттырды. Мысалы, көптеген қос жиілікті анализаторлар 1310 және 1550 нм-де автоматты түрде өлшей алады.
ТАЛШЫҚ ЗАҚЫМДЫ ДЕТЕКТОР
Талшықтардың тұтастығын тексеру және басқа қолданбалар үшін жарық көзімен бірге қолданылады. Жеңіл, қолдан жасалған. Шамамен бағасы: $600.
FIBER ID
Оптикалық талшық арқылы сәулеленудің өтуін анықтау үшін қолданылады. Жеңіл, ықшам, көлемі үш сіріңке қорапшасы, далалық құрылғы. Бұл құралдар талшықтың бүтіндігін тексере алады, кабель таңбаларын тексере алады немесе бағытты өзгерту немесе техникалық қызмет көрсету алдында сигналдың бар немесе жоқтығын растай алады және оптикалық талшықтағы иілу арқылы оптикалық сигналды енгізіп, шығара алады. Шамамен бағасы: 1000-1200 $
ОПТИКАЛЫҚ РЕТТЕЛЕТІН БАСҚАРУ
Сандық жүйелердегі қателік деңгейін анықтау үшін таптырмас. Оптикалық ваттметрмен және КО өлшегішпен бірге қолданылады. Жеңіл, қолдан жасалған.
Шамамен бағасы: 1000-3000 доллар.
ОБО АНЫҚТАУШЫ
Оптикалық шағылысу жоғалуын анықтау үшін арнайы әзірленген. Құрылғы калибрленген жарық көзін, оптикалық ваттметрді және басқа арнайы компоненттерді қамтиды. Құрылғы OBO-ны әдеттегі OTDR-ге қарағанда дәлірек анықтайды. Шамамен бағасы: 1500 - 5000 $
ТАЛШЫҚТЫ ОРНАТУ
Құрылғы зақымдалған жерге дейінгі қашықтықты анықтау тұрғысынан оптикалық рефлектордың барлық мүмкіндіктеріне ие, салмағы жеңіл, ықшам, жұмыс істеуге ыңғайлы және далада қолдануға арналған.
Шамамен бағасы: 2500-5000 доллар.
ОПТИКАЛЫҚ РЕФЛЕКТОМЕТР
Оптикалық уақыт доменінің рефлектометрлері (OTDR) оптикалық кабельдік желілерді операциялық талдауға арналған ең толық құрал болып табылады.
OTDR импульстік генератордың, сплиттердің және сигнал өлшегішінің тіркесімі болып табылады және бір шетінен өлшемдерді ұйымдастыру арқылы шағылысқан қуатты өлшеуді қамтамасыз етеді. OTDR радиолокациялық принцип бойынша жұмыс істейді: желіге қысқа импульс жіберіледі, ол оптикалық кабельдегі біртекті емес жерлерде (материалдық ақаулар, дәнекерлеу, қосқыштар және т.б.) Рэйлей шашырауы мен Френельдің шағылысуына сәйкес оптикалық кабель бойымен таралады. Басқару процессоры лазерлік диод пен электронды осциллографтың үйлесімді жұмысын қамтамасыз етеді, бұл кері шашырау ағынын толық немесе бөліктерде байқауға мүмкіндік береді. Талшыққа импульстерді енгізу үшін бағытталған қосқыш және оптикалық қосқыш қолданылады. Оптикалық қосқыш пен бағытталған қосқыш арқылы кері шашыраған ағын жоғары сезімтал фотодетекторға түседі, онда ол электрлік кернеуге айналады. Бұл кернеу электронды осциллографтың Y кірісіне қолданылады, бұл осциллограф сәулесінің кері шашыраған ағынның қуатына сәйкес ауытқуын тудырады. Осциллографтың X осі қашықтық бірліктерімен, ал Y осі децибелмен градирленген.
Оптикалық уақыт доменінің рефлектометрі (OTDR) – жарықтың шашырауы құбылысын қолдануға негізделген оптикалық талшықтардағы және олардың қосылымдарындағы әлсіреуді, оптикалық талшықтардың немесе талшықты-оптикалық желілердің ұзындығын және қашықтықты өлшеу үшін кеңінен қолданылатын құрылғы. олардың кез келген бөлімдеріне.
Кәдімгі импульстік рефлексометрдің құрылымдық схемасы суретте көрсетілген. 24.
Күріш. 24.
Құрылғының жұмысы талшықты-оптикалық желінің әртүрлі учаскелерімен шашыраңқы жарық сигналының қуатын өлшеуге негізделген.
Оптикалық рефлексометрге орнатылған көзден салыстырмалы түрде жоғары қуаттағы жарық импульстары талшыққа енгізіледі, ал жоғары сезімталдық қабылдағыш сыналатын талшықтан OTDR-ге қайта оралатын жарық сигналының қуатының уақытқа тәуелділігін өлшейді.
Сигнал уақытының кешігуі талшықтағы жарықтың топтық жылдамдығына бөлінген сынақ аймағына дейінгі екі есе қашықтыққа тең.
Алынған сигнал күші кері шашырау коэффициентімен, жарық алға қарай тараған сайын төмендейтін сынақ жарық импульсінің қуатымен және кері қарай шашыраған сигналдың әлсіреуімен анықталады. Демек, алынған қуат сыналатын талшыққа және одан импульстің жоғалуы және кері шашырау немесе шағылысу коэффициенті болып табылады.
Тұрақты кері шашырау коэффициенті болжамы толығымен негізделген біртекті талшықтың учаскелерінде импульстік рефлекторды талшықтың әлсіреу коэффициентін және біркелкі емес немесе сызық элементтері кезінде жоғалтуды өлшеу үшін, сондай-ақ талшықтың орналасуын анықтау үшін пайдалануға болады. үзілістер мен қосылыстар және қосқыштардың орналасуы. Одан басқа? OTDR сыналатын талшықтың жағдайының графикалық көрінісін береді. Жарық көзі мен ваттметрдің қосындысынан басқа артықшылығы бар ма? немесе жоғалту сынағы: OTDR пайдаланған кезде талшықтың бір ұшына ғана қол жеткізу керек.
Көп жағдайда OTDR орнатылған кабельдердегі ақауларды анықтау және қосылымдарды оңтайландыру үшін қолданылады. Дегенмен, олар оптикалық талшықтарды тексеру және олардағы өндірістік ақауларды табу үшін де өте пайдалы. Қазіргі уақытта сіз қысқа қашықтықта (LAN желілерінде) жұмыс істегенде және жаңа тапсырмаларды орындаған кезде рефлекторлардың ажыратымдылығын жақсарту бойынша жұмыс істеп жатырсыз ба? осындай? қосқыштардан шағылысу жоғалту мәнін бағалау ретінде.
Оптикалық рефлекторлардың жұмысы.
OTDR өлшемдерінің негізгі мақсаты сыналатын талшықтың импульстік реакциясын анықтау болып табылады. Өздеріңіз білетіндей, зерттелетін құрылғының импульсті тасымалдау сипаттамасын оның кірісіне шексіз қысқа импульс қолданылған жағдайда алуға болады. Оптикалық рефлексометрдің сынақ импульсінің шектеулі ұзақтығы бар, демек, нақты уақыт реакциясы - рефлектограмма талшықтың импульсті сынау импульсі арқылы беру функциясының конвульсиясы болып табылады.
Импульстік рефлектордың типтік рефлектограммасы 25-суретте көрсетілген.
Күріш. 25.
Тік шкала логарифмдік бірліктерде шашыраңқы (шағылысқан) сигнал деңгейін анықтайды. Көлденең ось OTDR-дан сыналатын талшыққа дейінгі қашықтыққа сәйкес келеді.
Рэйлей формуласы бойынша жарықтың шашырау қарқындылығы толқын ұзындығының төртінші дәрежесіне кері пропорционал. Рэйлейдің шашырауынан болатын жалпы шығындарды мына формула бойынша сандық түрде бағалауға болады:
ДБ / км, (61)
мұндағы K p – 0,8 [(мкм4? дБ)/км] тең кварц үшін шашырау коэффициенті;
Толқын ұзындығы, микрон.
Оптикалық талшықта қоспа бөлшектерінің шашырауын нөлге дейін азайтуға болады, бірақ «мұздатылған» біртекті еместермен шашырауды түбегейлі азайту мүмкін емес, олар шашырау шығындарының ең аз мәнін анықтайды.
күріште. 25 сонымен қатар қосқыштардан, дәнекерлеуден, механикалық қосылыстардан, иілу мен жарықшақтардың жоғалуынан және олардан шағылулардан сигналдарды көрсетеді.
Қосқыштар. Талшықты-оптикалық желіде қосқыштың болуы қосылатын талшықтардың ұштарында Френель шағылысуынан туындаған рефлектограммадағы шыңға әкеледі ме? және оның артындағы шашыраңқы сигнал шамасының төмендеуі, ол енгізетін жоғалтуларға байланысты.
Дәнекерленген қосылыстар. Дәнекерленген қосылыстарда Френель шағылысы жоқ па? өйткені талшықтардың үзілген ұштары бір-бірімен біріктірілген. Дегенмен, дәнекерленген қосылыстарда әлі де жоғалтулар бар. Жақсы дәнекерленген буынды анықтау қиын ба? өйткені ондағы жоғалтулар аз және рефлектограммада пайда болатын «қадам» өте аз. Френель рефлексиясының кішкентай белгілерінің болуы (OTDR ізіндегі шың) мұның сенімді белгісі ме? дәнекерленген қосылыстың сапасы өте төмен.
Иілу жоғалуы. Бұл тек иілудегі жеңіліс. Егер мұндай шығындар локализацияланған болса? оларды дәнекерленген немесе механикалық қосылыстардан болатын жоғалтулардан ажырату қиын.
Импульстік оптикалық рефлекторлардың сезімталдығын арттыру.
Талшықты-оптикалық желінің параметрлерін өлшеу детекторға түсетін шашыраңқы сигналдың қуаты шу қуатынан асып кеткен жағдайда ғана мүмкін болады, яғни. сигнал-шу қатынасы бірліктен үлкен болуы керек. Анықталған сигналдың қуаты талшыққа енгізілген лазерлік импульстің қуаты мен энергиясымен және кері шашырау коэффициентімен анықталады. Ескерту? жарық импульсінің энергиясы оның ұзақтығына тура пропорционал екенін. Сондықтан? рефлектордың диапазонын ұлғайту үшін жарық импульстерінің ұзақтығы артады. Бірақ? импульс ұзындығы неғұрлым ұзақ болса, ол толтыратын талшық сегменті соғұрлым үлкен болады. Импульс ұзындығының ұлғаюымен талшықтың сол бөлімдері де ұлғаяды? импульс пен «көру» ішіне түседі, бұл мүмкін емес болады. Бұл ажыратымдылықты төмендете ме? рефлектор. Қабылданған сигналдың сигнал-шу қатынасын арттыру үшін? OTDR көптеген импульстарды жібере ме? содан кейін эхо деректерін орташалайды.
Өлі аймақтар.
OTDR ізінде табылған өлі аймақтар бір негізгі факторға - талшық арқылы өтетін импульстің ұзақтығына байланысты деп саналады. Оны таңдауға болатындықтан, белгілі бір өлі аймақ оның әрбір мәніне сәйкес келеді. Сондықтан импульс ұзындығы неғұрлым ұзақ болса, өлі аймақ соғұрлым үлкен болады. Дегенмен, белгілі бір импульс ені орнатылғаннан кейін (белгілі бір талшық үшін) басқа факторлар айқын болады. Атап айтқанда, берілген импульс ені үшін шағылысу нүктесіне дейінгі қашықтыққа және шағылысқан сигналдың қарқындылығына байланысты шағылыстыратын бұзылулар үшін әртүрлі өлі аймақтарды кездестіруіміз мүмкін. Өйткені, шағылысқан сигналды алу үшін OTDR детекторы жоғары сезімталдыққа ие болуы керек. Бұл жағдайда детекторға күшті сигнал келгенде (шағылуы жоғары нүктеден) детектор шамадан тыс жүктеледі. Өлі дақтар әрқашан шағылысулармен байланысты және OTDR детекторының қанықтылығынан туындайды. Бұл жағдайда детектор ақпараттың жоғалуына әкелетін шамадан тыс жүктемеден кейін сезімталдықты қалпына келтіру үшін белгілі бір уақытты алады. Нәтижесінде талшықтың белгілі бір бөлігі сынақ процесінен шығарылады. Бұл жағдайда өлі аймақтардың екі түрін ажырату керек (27-сурет):
1. Шағылудың өлі аймағы - шағылу басы мен шағылу қисығының төмендейтін сегментінің жоғарғы жағынан - 1,5 дБ деңгейі бар нүкте арасындағы қашықтықпен анықталады, содан кейін келесі оқиғаларды анықтау оңай.
2. Өшірудің өлі аймағы шағылу басынан бастап тұрақты күйдегі кері шашырау рефлектограммасынан 0,5 дБ қателікпен қабылдағыштың сезімталдығы қалпына келтірілген нүктеге дейінгі қашықтықпен анықталады және импульс ұзақтығына, толқын ұзындығына, кері шашырау коэффициенті, шағылысу коэффициенті және өткізу қабілеттілігі.
Осылайша, «өлі аймақ» тұжырымдамасы күшті шағылыстырудан кейін деректердің жоғалуы орын алатын қашықтықты сандық түрде анықтау болып табылады.
Өшірудің өлі жолағы әдетте ең қысқа импульстар үшін көрсетіледі.
Күріш. 26.
Күріш. 27.
Үздік OTDR үлкен динамикалық диапазонмен, бірнеше әлсіреумен, бір түймелі интерфейспен, жеңілдетілген басқару панелімен, дисплеймен, жоғары ажыратымдылығы бар ұзақ қашықтыққа арналған оптиканы қолданумен, арнайы бағдарламалық қамтамасыз етуді пайдаланумен сипатталады. деректерді сақтауға арналған диск жетегі және басып шығаруға арналған принтері бар, сонымен қатар OBO анықтау және бірнеше рефлектограммаларды салыстыру мүмкіндігі бар. OTDR таңдағанда, оның бір режимді немесе көп режимді талшықтарды өңдей алатынына көз жеткізіңіз. Модульдік OTDR икемді және әртүрлі жолдармен конфигурациялануы мүмкін. Шамамен бағасы: 10 000-40 000 доллар.
ХРОМАТИКАЛЫҚ ДИСПЕРСИЯЛЫҚ МЕТР.
Бұл құрал, аты айтып тұрғандай, оптикалық талшықтардың хроматикалық дисперсиясын өлшеуге арналған. Әдетте, ол бөлмеде қолдануға арналған зертханалық нұсқада жасалады. Хроматикалық дисперсияны өлшеудің әртүрлі әдістері МӘС-те егжей-тегжейлі берілген.
Әдіске байланысты шамамен бағасы: 25 000 - 120 000 доллар.
PMD МЕТР.
Хроматикалық дисперсия сияқты оптикалық талшықтардың поляризация режимі дисперсиясы оптикалық талшықтардың кең жолақтылығын шектейді. Әдетте, PMD есептегіші ішкі пайдалануға арналған зертханалық нұсқада жасалады. PMD өлшеудің әртүрлі әдістері ITU-да егжей-тегжейлі берілген.
Әдіске байланысты шамамен бағасы: 40 000 - 200 000 доллар.
НӘТИЖЕЛЕРДІ БАҚЫЛАУ ЖҮЙЕСІ
Бұл компьютерлендірілген жүйе бүкіл талшықты-оптикалық желінің жұмысын автоматты түрде басқаруға өте ыңғайлы. Барлық тапсырмалар: орнату, ағымдағы жөндеу, ақаулықтарды шешу, жөндеу, орталық станциядан жылдам бақылауға және басқаруға болады. Кез келген үзілістер мен басқа ақаулар бірнеше метрлік дәлдікпен бірнеше минут ішінде локализацияланады. Болжалды бағасы: 100 000 доллардан жоғары.
БРИЛЛЮЕННІҢ ОПТИКАЛЫҚ РЕФЛЕКТОМЕТРІ.
Бұл құрылғы оптикалық рефлектор сияқты Рэйлейдің шашырауын және Френельдің шағылуын өлшейді, сонымен қатар орталық сәулелену толқынына қатысты Мандельстам-Бриллуен шашырауының жиілік ығысқан құрамдас бөлігін де өлшей алады. Талшықтың кернеулі бөліктерін ажырата алады және олардың жүктеме дәрежесін бағалай алады. Оны кәдімгі рефлектор ретінде де пайдалануға болады. Шамамен бағасы: 200 000 доллар
Талшықты-оптикалық байланыс желілерінің маңызды артықшылығы олардың потенциалды беріктігі болып табылады. Дегенмен, ұзақ мерзімді жұмыс істеуді қамтамасыз ету үшін тиісті жағдайлар қажет және олардың ең бастысы - талшықта механикалық кернеулердің болмауы, кабельді өндіру технологиясын бұзған жағдайда, оны төсеу кезінде, мәңгі тоң деформациясы кезінде пайда болуы мүмкін. топырақ, жел жүктемелері және әуе кабелінің мұздануы, топырақтың шөгуі (әсіресе биіктіктегі ғимараттар мен көпірлердің жанында), автомобиль жолдарының маңында тартылған кабельдің дірілдері, жер сілкінісі және басқа да техногендік араласулар. Кабельдегі талшықтың күшеюі оның беріктік сипаттамаларының нашарлауына әкеледі, бұл ақыр соңында талшықтың үзілуіне әкеледі. Тіпті талшық кернеуінің шамалы жоғарылауы талшықтың қызмет ету мерзімін бірнеше есе қысқартуға әкелуі мүмкін. Қалыпты жұмыс жағдайында талшықтың қызмет ету мерзімі (талшықтың салыстырмалы ұзаруы 0,35%-дан аз болғанда) 25 жыл немесе одан да көп, ал салыстырмалы ұзаруы 0,5% болғанда талшық 1 (бір) ішінде үзіледі !!! жылдар (28-сурет).
Күріш. 28
Сондықтан талшықты-оптикалық байланыс желілерінің сенімділігін кабельдегі талшықтың керілуі туралы сенімді ақпаратсыз бағалау мүмкін емес. Кәдімгі OTDR талшықтардың керілу дәрежесін анықтай алмайды, өйткені талшықта кернеулер пайда болған кезде оптикалық жоғалту мөлшері, әдетте, талшықта қайтымсыз өзгерістер басталғанға дейін қалыпты диапазонда қалады. Brillouin OTDR оптикалық кабель шығаратын кәсіпорындарда және желілердің масштабы мен деректерді беру көлемі байланыстың сапасы мен сенімділігі мәселелерін шешуші ететін ірі байланыс операторлары үшін таптырмас.
Байланыссыз оптикалық өлшеу әдісінде лазерлік сәулелену көзі мен фотодетектордың арасына объект қойылады, лазердің сәулелену қуаты Р өлшенеді, алдын ала анықталған P 0 деңгейімен салыстырылады, лазер сәулесі параллель сәулеге оптикалық сканерленеді. объект орналасқан аймақтағы сәулелер, ал объектінің өлшемі фотодетектордағы объектіден түсетін көлеңке шамасымен анықталады, фотодетектордың әсер ету уақытын айырмашылықтың шамасы бойынша түзетеді (P 0 -P) . Әдістемені жүзеге асыруға арналған құрылғыға лазер, сәулені бөлетін пластина, қысқа фокусты цилиндрлік линза, шығыс цилиндрлік линза, коллимациялық линза, ПЗС, ақпаратты өңдеу блогы, фотодетектордың шекті құрылғысы кіреді. Техникалық нәтиже - өлшеу дәлдігін арттыру. 2 н. және 2 c.p. f-ly, 1 dwg
РФ патентіне сызбалар 2262660
Өнертабыс өлшеу технологиясына, атап айтқанда әртүрлі объектілердің геометриялық өлшемдерін өлшеуге арналған контактісіз оптикалық құралдарға қатысты.
Объектілердің өлшемін контактісіз оптикалық өлшеудің белгілі әдісі бар, оны көлеңке деп те атайды, ол зерттелетін объектіні лазер мен көп элементті фотодетектордың арасына орналастырудан, лазер сәулесін параллель сәулелер шоғына сканерлеуден тұрады. объектінің ауданы және фотодетекторға түсіретін көлеңке өлшемі бойынша объектінің өлшемін анықтау. Белгілі әдісті жүзеге асыратын құрылғылар – лазерлік көлеңке өлшегіштері – лазерлік сәулелену көзінен, оптикалық сканерлеу арқылы бастапқы сәуледен параллель сәулелер шоғын құрайтын линзалар жүйесінен және ақпаратты өңдеу блогына қосылған көп элементті фотодетектордан тұрады. ПЗС сызғышындағы фотодетектордағы аз экспозицияланған пикселдер саны объектінің өлшемін анықтайды (1, 2).
Оптикалық сканерлеуді пайдалану үздіксіз ақпаратты оқу үшін CCD желісінде көп элементті фотодетекторды қолдануға және ұзақтығы 0,1 мкс дейін кең ауқымда реттелетін бір кадр ішінде ақпаратты қабылдауды жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Бұл жағдай жоғары жылдамдықпен қозғалатын объектілердің параметрлерін өлшеу үшін лазерлік көлеңке өлшегіштерін пайдалануға мүмкіндік береді.
Ұсынылған техникалық шешімнің прототипі ретінде зерттелетін объектіні лазер мен фотодетектордың арасына орналастырудан, параллель сәулеге лазерлік сәулеленуді оптикалық сканерлеуден тұратын объектілердің өлшемін контактісіз оптикалық өлшеу әдісі таңдалады. объект аймағындағы сәулелер және фотодетектордағы объектіден түсетін көлеңке шамасы бойынша объектінің өлшемін анықтау. Белгілі әдісті жүзеге асыратын құрылғы лазерлік сәулелену көзінен, оптикалық сканерлеуші линзалар жүйесінен, көп элементті фотодиодтық массивтен, ақпаратты өңдеу схемасынан және компьютерден (3) тұрады.
Белгілі әдістің және әдісті жүзеге асыратын құрылғының кемшіліктері мыналарға байланысты. Белгілі әдісті қолдану кезінде өлшеу дәлдігі, ең алдымен, зерттелетін объектінің контурының шекарасын анықтаудың дәлдігіне байланысты. Дифракциялық әсерлер фотодетектор бетіндегі жарықтан көлеңкеге өту белгілі бір дәрежеде сипатталатынына әкеледі, бұл ПЗС массивінде тәжірибеде қолданылатын фотодетекторлар үшін әдетте бірнеше пиксельді құрайды. Жарық пен көлеңке арасындағы шекараның бұлыңғырлануы объектінің өлшемін анықтау дәлдігін төмендетеді және бұл фактордың әсері неғұрлым көп болса, объектінің өлшемі кішірек болады.
Жоғарыда көрсетілгендей, нысанның өлшемі CCD сызғышындағы аз экспозицияланған (қараңғыланған) пикселдер санымен анықталады. Егер оның бейне сигналы белгілі бір шекті мәннен аз болса, пиксель көлеңкеленген болып саналады.
Бөлшектің өлшемі U t кернеуі шекті U кеуегінен үлкен болатын пикселдер санымен анықталатынын көрсетуге болады.
мұндағы E max – лазерлік сәулеленудің максималды қуаты;
r – ПЗС сызғышындағы лазер сәулесінің ағымдағы радиусы;
r туралы - сәулелену қуатының тығыздығы e центрдегі қарқындылықтан 2 есе аз нүктедегі лазер сәулесінің радиусы;
T ex - экспозиция уақыты;
RC - белгілі бір CCD сызығына тән параметр.
(1) өрнектен объект өлшемі лазер сәулесінің қуатына да, әсер ету уақытына да байланысты екені шығады.
Экспозиция кезінде U t U тесіктері болатын пикселдердің саны лазерлік сәулеленудің күшімен анықталады, өйткені әрбір пикселдің жарықтандыруы және, демек, ондағы зарядтың өсу жылдамдығы лазер сәулесінің қуатына байланысты. . Нәтижесінде объектінің анықталған өлшемі лазерлік сәулелену қуатының шамасына байланысты болады. Сондықтан қуаттың ауытқуы бар белгілі лазерлік есептегіште объектінің өлшемін анықтау дәлдігі төмендейді.
Өнертабыспен шешілген мәселе өлшемдердің дәлдігін жақсарту болып табылады.
Бұл мәселе объектіні лазерлік сәулелену көзі мен фотодетектордың арасына орналастырудан тұратын объектілердің өлшемін контактісіз оптикалық өлшеу әдісінде лазер сәулесін аймақтағы параллель сәулелер шоғына оптикалық сканерлеумен шешіледі. объектінің өлшемін және объектінің өлшемін фотодетектордағы объектіден түсетін көлеңке шамасы бойынша анықтау, лазерлік сәулеленудің P қуатын өлшеңіз, оны берілген P деңгейімен шамамен және мәні бойынша салыстырыңыз (P шамамен - P) фотодетектордың экспозиция уақытын реттеу. Лазер сәулесінің көзін, лазер сәулесін оптикалық сканерлеуге арналған құралдарды, ақпаратты өңдеу блогының бірінші кірісіне қосылған фотодетекторды және лазер сәулесінің көзі мен фотодетектордың арасында орналасқан объектіні қамтитын әдісті іске асыруға арналған құрылғы жабдықталған. лазер сәулесінің көзі мен оптикалық сканерлеу құралдарының арасында орналасқан сәуле бөлгішімен және шығысы ақпаратты өңдеу блогының екінші кірісіне қосылған фотодетектордың шекті құрылғысымен. Лазер сәулесін оптикалық сканерлеуге арналған құралдар цилиндрлік линзалар түрінде, ал сәуле бөлгіш жартылай мөлдір пластина түрінде жасалған.
Өнертабыс сызбада көрсетілген, ол схемалық түрде мәлімделген әдіс жүзеге асырылатын құрылғыны көрсетеді. Оның құрамына лазер 1, сәулені бөлетін жартылай мөлдір пластина 2, қысқа фокусты цилиндрлік линзадан 3 және шығыс цилиндрлік линзадан 4, коллимациялық линзадан 5, CCD желісіндегі фотодетектордан тұратын лазер сәулесін оптикалық сканерлеуге арналған құралдар кіреді. 6 ақпаратты өңдеу блогының 7 бірінші кірісіне қосылған және фотодетектордың шекті құрылғысы 8 7 блоктың екінші кірісіне қосылған және салыстыру тізбегі бар фотодетекторды бейнелейді. Сәулені бөлу пластина 2 және фотодетектордың шекті құрылғысы 8 экспозиция уақытын реттеуге арналған арнаны құрайды. Сәулені бөлу пластина 2 фотодетектордың шекті құрылғысына 8 сәулелену қуатының бір бөлігін алып тастауды қамтамасыз ету үшін лазер сәулесінің 1 траекториясына бұрышта орналасқан. Өлшенетін объект 9 линзалар 4 арасына орналастырылған. және 5.
Өнертапқыштық әдіс келесі түрде жүзеге асырылады. Лазерлік сәуле 1 сәулені бөлу пластинасына 2 түседі. Сәулеленудің бір бөлігі пластина 2 арқылы фотодетектордың табалдырық құрылғысына 8 ауытқиды, ал қалған бөлігі сәулеленуді сәулеге сканерлейтін 3 және 4 линзалардың оптикалық жүйесіне өтеді. параллель сәулелер. Нәтижесінде 9 зерттелетін объект жалпақ сәулемен жарықтандырылады және фотодетектор 6 бетінде 9 объектінің түсіретін көлеңкесіне сәйкес фотодетекторда 6 объектінің бейнесі қалыптасады. 7 блокта кескін сигналы өңделеді және объектінің өлшемі 9 анықталады. құрылғыға 8 берілген сәулелену қуатына сәйкес шекті мәнмен жеткізіледі. Егер қуат мәні көрсетілгеннен өзгеше болса, шекті құрылғы 8 шығысында айырмашылық сигналы қалыптасады, ол 7 блоктың екінші кірісіне беріледі. Алынған сигналдың мәніне сәйкес 7 блок түзетеді. фотодетектордың әсер ету уақыты 6. Егер лазерлік сәулеленудің нақты қуаты көрсетілгеннен жоғары болса, 7 блок экспозиция уақытын азайтады, аз болса - артады.
Нәтижесінде, лазерлік сәулелену қуатының ауытқуы жағдайында да пиксельді зарядтау уақытын реттеу өлшеудің жоғары дәлдігін қамтамасыз етеді.
Осылайша, мәлімделген әдіс пен құрылғы лазерлік сәулеленудің қуатына байланысты әсер ету уақытын реттеу арқылы - прототиптік құрылғымен салыстырғанда - объектілердің өлшемдерін өлшеу дәлдігін арттыруды қамтамасыз етеді.
ӘДЕБИЕТ
1. А.З.Венедиктов, В.Н.Демкин, Д.С.Доков, А.В.Комаров. Автоматты қосқыштар мен серіппелердің параметрлерін басқару үшін лазерлік әдістерді қолдану. Жаңа технологиялар – темір жол көлігіне. Халықаралық қатысуымен ғылыми мақалалар жинағы, 4-бөлім. Омбы 2000 ж., 232-233 б.
2. В.Н.Демрин, Д.С.Доков, В.Н.Терешкин, А.З.Венедиктов. Теміржол вагондарының автоматты муфталарының геометриялық өлшемдерін оптикалық бақылау. Үшінші интерн. Жоғары технологияларға жаңа тәсілдер: ғылым мен техникадағы бұзылмайтын сынақтар және компьютерлік симуляциялар бойынша семинар. SPAS материалдары, том. 3. 7-11 маусым 1999 ж., St. Петербург, б. A17.
3. В.В.Анциферов, М.В.Муравьев. Мойынтірек роликтерінің геометриялық өлшемдерін жанаспайтын лазерлік өлшеу құрылғысы. Жаңа технологиялар – темір жол көлігіне. Халықаралық қатысуымен ғылыми мақалалар жинағы, 4-бөлім. Омбы 2000 ж., 210-213 б. (прототип).
ТАЛАП
1. Объектіні лазер көзі мен фотодетектордың арасына орналастырудан, объект аймағындағы параллель сәулелер шоғына лазерлік сәулеленуді оптикалық сканерлеуден және фотодетектордағы объектіден түсетін көлеңке шамасы бойынша объектінің өлшемін анықтау, қуаттың лазерлік сәулелену P өлшенетіндігімен сипатталады, оны алдын ала анықталған P деңгейімен салыстыру және мәні (P шамамен -P) экспозицияны реттеу фотодетектордың уақыты.
2. Құрамында лазер сәулесінің көзі бар объектілердің өлшемдерін контактісіз оптикалық өлшеуге арналған құрылғы, лазер сәулесін оптикалық сканерлеуге арналған құралдар, ақпаратты өңдеу блогының бірінші кірісіне қосылған фотодетектор және құралдар арасында орналасқан объект лазер сәулесінің және фотодетектордың оптикалық сканерлеуінің, оның оптикалық сәулелену көзі мен оптикалық сканерлеу құралдарының арасында орналасқан сәуле бөлгішпен жабдықталғандығымен және фотодетектордың шекті құрылғысына оптикалық түрде қосылғанымен, оның шығысы екіншісіне қосылғанымен сипатталады. ақпаратты өңдеу блогының кірісі.
3. Лазер сәулесін оптикалық сканерлеуге арналған құралдар цилиндрлік линзалар түрінде жасалғанымен сипатталатын 2-бапқа сәйкес құрылғы.
4. 2-бапқа сәйкес құрылғы, оның сипаттамасы сәулені бөлгіш жартылай мөлдір пластина түрінде жасалған.
Олардың ішінде ең көп таралғаны тік және көлденең оптимометрлер. Бұл аспаптар өлшеуіш блоктарды қолдану арқылы салыстырмалы өлшемдер үшін қолданылады.
Өлшеу құрылғысы аутоколлимация принципін тербелетін айнамен біріктіруге негізделген оптометрлік түтік болып табылады.
Автоколлимация принципі объективтің ажырайтын сәулелер шоғын параллель сәулелер шоғына айналдыру, содан кейін жалпақ айнамен шағылған осы сәулені линзаның сол фокусында жинау қасиетіне негізделген.
Күріш. 6.12. Оптикалық жүйедегі сәулелердің жолы: а- негізгі оптикалық осьте орналасқанда; б -жарық көзі негізгі оптикалық оське қатысты орын ауыстырған кезде; v- бұрышта орналасқан айна жазықтығынан шағылған кезде
Егер жарық көзі O болса (Cурет 6.12, а)линзаның фокусында болса, онда негізгі оптикалық оське сәйкес келетін сәуле линзадан сынбай өтеді, ал линзадағы сынудан кейінгі қалған сәулелер негізгі оптикалық оське параллель өтеді. Жолда негізгі оптикалық оське перпендикуляр айна жазықтығы кездесіп, одан сәулелер шағылысып, қайтадан О линзасының фокусына жиналады.
Егер жарық көзі О линзаның фокусында емес, фокустық жазықтықта қашықтықта орналасса анегізгі оптикалық осьтен (6.12-сурет, б), содан кейін линзадан шығып, өз жолында негізгі оптикалық оське 90 ° бұрышта орналасқан айнамен кездесетін параллель сәулелер одан осы оське у бұрышында шағылысып, линзадан өтіп, келесі нүктеге жиналады. О нүктесіне симметриялы О " нүктесі.
Егер жарық көзі линзаның фокусында орналасса, бірақ айна жазықтығы негізгі оптикалық оське а бұрышында болса (6.12-сурет, v),онда шағылған сәулелер негізгі оптикалық оське 2cx бұрыш жасап өтеді де, линзада сынған соң, О нүктесінен қашықтықта орналасқан О нүктесінде жинақталады. т= Ftg2a.
Барлық сипатталған схемалар оптиметрлік түтіктің конструкциясында қолданылады.
Күріш. 6.13.
- 1 - шкала; 2 - призма; 3 - айна; 4 - призма; 5 - линза;
- 6 - айна; 7 - бекітілген тірек; 8 - өлшеуіш штанга
Оптиметрлік түтіктің оптикалық схемасы суретте көрсетілген. 6.13.
Көзден түсетін жарық сәулелері жарықтандырғыш айна арқылы бағытталады 3 және призма 2 шкала бойынша 1, онда ± 100 бөлімшелер аралықпен сызылады бірге= 0,08 мм, 5-объектив пен окулярдың ортақ фокустық жазықтықта орналасқан. Шкаладан өткеннен кейін сәулелер призмаға түседі 4 және 90 ° бұрышта сынған кезде линзадан өтеді 5. Параллель сәуледе линзадан шыққан сәулелер айнадан 6 шағылысады және салыстырмалы көлденең ығысумен линзаның фокустық жазықтығына оралады. негізгі оптикалық оське. Көлденең орын ауыстыру масштабтағы кескінді масштабтың өзінен бөлек бақылау үшін қолданылады. Айна 6 үш тірек нүктесі бар: екі бекітілген 7 және бір жылжымалы - өлшеуіш штангасы 8.
Өлшеу штангасын жылжыту 8 сомасы бойынша Сайнаның айналуына әкеледі 6 а бұрышымен, бұл айнадан шағылған сәулелердің 2а бұрышымен айналуына әкеледі. Бұл жағдайда жалпы жағдайда масштабты кескін белгіленген көрсеткішке қатысты тік бағытта белгілі бір мөлшерде жылжиды. т.Оптиметр оптикалық тұтқаны пайдаланады, оның кішкентай иіні қашықтық болып табылады атербелетін айнаның тірек нүктесінен 6 өлшеуіш штанганың осіне 8, үлкен - линзаның фокустық ұзындығы Ф.Оптикалық тұтқаның ерекшелігі - беріліс коэффициенті оның иықтарының екі еселік қатынасына тең:
қайда S -өлшеуіш штангасының орын ауыстыруы atgcx тең.
Оптиметрде F = 200 мм және иық a = 5 мм. Алсақ, бұрыштардың кішілігіне байланысты tg2a = 2ажәне tga = а,содан кейін
анау. өлшеуіш таяқшаны 1 микронға жылжытқанда масштабтағы кескін бөлу интервалына (c = 80) ауысады. Шамасы к= 80 - оптиметрдің оптикалық байланыс жүйесінің меншікті беріліс коэффициенті. Окулярды 12 есе үлкейту кезіндегі жалпы оптиметрлік қатынас
Тікелей бағалау арқылы сызықтық және бұрыштық өлшемдерді өлшеуге арналған.
Заманауи тәжірибеде өлшеулер көбінесе АТ типті шағын үлгідегі микроскоппен және BMI-дің үлкен үлгісімен қолданылады.
Күріш. 6.14.
- 1 - негіз; 2 - көлденең қозғалысқа арналған микрометрлік бұранда; 3 - үстелді айналдыру бұрандасы; 4 - орталықтары бар жақтау; 5 - орталық; 6 - түтік;
- 7 - алынбалы окуляр басы; 8 - бұранда (дөңгелегі); 9 - спикер; 10 - бекіту бұрандасы; 11 - бағанның айналу осі; 12 - жарықтандыру құрылғысы; 13 - бағананы еңкейту бұрандасы; 14 - бойлық қозғалысқа арналған микрометрлік бұранда; 15 - кесте; 16 - тұтқа
Көрінетін бөлу аралығы c " шын мәнінде 960 мкм. Сондықтан оптимометрдің бөлу мәні
Аспаптық микроскоптың шағын үлгісі (6.14-сурет) құрылғының негізінен тұрады 1, бағандар 9, алынбалы окуляр басы 7, түтік 6, бағанды жоғары және төмен жылжыту 9, кесте 15, микрометрлік бұрандалар арқылы көлденең және бойлық қозғалыспен 2 және 14сәйкес және жарықтандыру құрылғысы 12.
Спикер 9 көлденең осьтің айналасында айналуы мүмкін 11 секбұрандаларды қолдану 13, екі бағытта тік күйден 10 ° ауытқу. Түтіктің колонна үстінде өрескел қозғалысы қолмен жүзеге асырылады. Ол құлыптау бұрандасы арқылы кез келген күйде бекітіледі 10. Биіктікті дәл реттеу үшін қол дөңгелегі қолданылады 8.
Үстелдің бойлық және көлденең қозғалысы микрометрге ұқсас микрометрлік бұранданың шкаласы арқылы өлшенеді. Микробұрандаларды өлшеу шегі 25 мм. Ұзындық бағыттағы өлшеу диапазоны үстелді тұтқамен жылжыту арқылы ұлғайтылуы мүмкін 16, арнайы аялдамалар арасында орнатылған калибрлі блоктар блогы есебінен қосымша 50 мм. Бұрыштық шкала бойынша өлшеу шектері 0-360 °.
Микроскоп үстеліне жақтау қойылған 4 орталық тесіктері бар цилиндрлік бөліктерді орнатуға арналған 5 орталықтары бар. Орталықсыз дайындамаларды өлшеу үшін жақтау алынып, V-тәрізді призма қолданылады. Тегіс бөліктер үстелге тікелей орнатылады, оларды осьтің айналасында бұрандамен аз мөлшерде айналдыруға болады. 3 негізінен құрылғыны орнату кезінде.
Аспаптық микроскопта алмалы-салмалы әмбебап окуляр басы 7 пайдаланылады, оның екі окуляры бар - визуалды B және бұрыштық мәндерінің көрсеткіштері А. В окулярында өлшенетін объектінің көлеңкелі контурының кескіні және сызықты тор қолданылады. арнайы маховикпен айналатын шыны дискіде байқалады. Сызық тордың айналу бұрышы шкала бойынша өлшенеді (А окулярда көрінеді): жылжымалы градус және 1 минуттық градуирленген тұрақты минуттық шкала.
Интерферометрлер,жарық толқындарының интерференция құбылысын қолдану негізінде олар жанасатын және жанаспайтын, тік және көлденең болып бөлінеді.
Контактілі интерферометрлер 0,05-тен 0,2 мкм-ге дейінгі ауыспалы шкала бөлумен шығарылады. Өлшеу алдында құрылғы r бөлу мәніне реттеледі.Ол үшін бөлу мәні жолақтардың ерікті санымен орнатылады. TOмонохроматикалық жарықта және масштабты бөлу санын анықтаңыз Т,қай жерге салу керек TOмақсатты бөлу мәнін алу үшін жолақтар. 0,05 шкала бойынша ұсынылады; 0,1 және 0,2 мкм санды таңдаңыз TO= 8; 16 және 32 тиісінше:
қайда X -жарықтың толқын ұзындығы (әдетте интерферометрде белгіленеді).
Интерферометрлер негізінен калибрлі блоктарды тексеру және дәл өлшеу үшін қолданылады.
Күріш. 6.15.
- 1 - шам; 2 - конденсатор; 3 - диафрагма; 4 - жарық сүзгісі;
- 5 - айна; 6 - табақ; 7 - линза; 8 - торлы қуыс;
- 9 және 10 - окуляр; 11 - құрастырушы; 12 - айна
Интерферометр түтігінің оптикалық схемасы суретте көрсетілген. 6.15. Шамнан жарық 1 конденсатор 2 диафрагма арқылы бағытталады 3 мөлдір бөлу тақтасында 6. Жарықтың бір бөлігі пластина арқылы өтеді 6, компенсатор 11 айнада 12 және айнадан шағылысып, қайтадан пластинаға оралады 6. Жарық сәулесінің тағы бір бөлігі 5 айнаға бағытталады және шағылысқаннан кейін де пластинаға оралады. Табақ басындағы кездесу 6, жарық сәулесінің екі бөлігі де шағын жол айырмашылығына кедергі жасайды. Тор қуысына 7 объектив салу 8 Тор шкаласымен бірге окуляр жүйесі арқылы байқалатын интерференциялық жиектер 9 және 10. Сүзгі қосулы кезде 4 интерференция үлгісі байқалады, оның қара жолағы шкала бойымен оқу кезінде көрсеткіш қызметін атқарады.
Жасыратыны жоқ, оптикалық байланыс желілерін пайдалану біздің күнделікті өмірімізге өте, өте тығыз кірді. Байланыс желісі ретінде оптикалық талшықты пайдаланбайтын телекоммуникациялық компанияны елестету қиын. Әрине, ережелерден ерекшеліктер бар, бірақ бұл өткеннің реликтері және ерте ме, кеш пе, деректерді беру үшін оптикалық талшықты пайдалану қажет болады.
Қазір нарықта оптикалық байланыс желілерін салуға арналған өнімдердің үлкен таңдауы бар: бұл әртүрлі төсеу жағдайларына арналған кабель, кроссовер жабдықтары және әртүрлі керек-жарақтар. Сатып алу, салу сияқты көрінетін және бәрі осы. Бірақ ол жерде болмады!
Оптикалық желілердің негізгі элементі - оптикалық кабель, дәлірек айтқанда, ондағы оптикалық талшық. Желінің сенімділігі мен ұзақ мерзімділігі, сондай-ақ авариялық қалпына келтіру жұмыстарының ең аз шығындары құрылыс кезінде орнату сапасына байланысты. Толық логикалық сұрақ туындайды: «Оптикалық сызықтардың сапасын қалай басқаруға болады?». Мұнда оптикалық желілерге арналған өлшеу жабдығы деп аталатын жабдықтың тұтас класынсыз істеу мүмкін емес.
Ең алдымен, оларға мыналар жатады: оптикалық рефлексометрлер (OTDR), оптикалық тестер, оптикалық қуат өлшегіштер, лазерлік сәулелену көздері, көрінетін лазерлік сәулелену көздері (дефектоскоп), белсенді талшықты анықтауыштар және т.б.
Егер сізге әлі де оптикалық талшықпен жұмыс істеу керек болса, онда өлшеу жабдығының негізгі түрлерімен танысу керек. Бұл мақалада біз осы құрылғылардың жұмыс принципін егжей-тегжейлі түсінуге тырысамыз, біз типтік коммутация схемаларын және кейбір нюанстарды көрсетеміз.
Бұл не үшін қажет?
Көптеген адамдар «Бұл не үшін қажет?» Деген сұрақ қоюы мүмкін, өйткені ол қазірдің өзінде жұмыс істейді! Өлшеу жабдығын сатып алу керек пе, жоқ па, әркім өзі шешеді. Бірақ оптикалық желілерді салу, пайдалану немесе жөндеу кезінде қиындықтарға тап болғандар сізге біржақты жауап береді - онсыз жасай алмайсыз.
Біріншіден, құрылыс ұйымдары оптикалық желілерді салу процесінде, басқа жерлерде сияқты, орындалған жұмыстардың сапасын бақылауы керек, бұл жерде сіз жұмыстың дұрыс және жоғары сапалы орындалғанын «көзбен» айта алмайсыз. Оптикалық желілерді жеткізуге дайындық кезінде (іске қосу) сонымен қатар әртүрлі сипаттамаларды (мысалы, оптикалық сигналдың деңгейі, сызықтық жолдағы әлсіреу, дәнекерленген қосылыстардағы жоғалтулар және т.б.) бақылау үшін өлшеу жабдығын пайдалану қажет. Апат болған жағдайда жөндеу жұмыстары кезінде, зақымданудың нақты орнын білмей-ақ бірдеңе жасау қиын болады.
Мәселенің мәніне нақтырақ көшейік, атап айтқанда: оптикалық сызықтардың қандай сипаттамалары бірінші кезекте белгілі болуы керек және оларды қандай құрылғылармен өзгертуге болады.
Бірінші және, мүмкін, ең маңызды сипаттама жұмыс толқын ұзындығында оптикалық жолдағы әлсіреу (дБ-де өлшенген) болып табылады. Бұл мән берілген сызық арқылы өткенде оптикалық сигналдың қаншалықты әлсірейтінін (әлсірететінін) көрсетеді. Ол сондай-ақ «Кірістіру жоғалуы» немесе «Кірістіру жоғалуы» деп аталады, «Аттенуация» немесе «Кірістіру жоғалуы» ағылшын нұсқалары.
Оптикалық жолға әлсіреуді енгізетін негізгі элементтер оптикалық талшықтың өзі (ұзындық бірлігіндегі шығындармен сипатталады, дБ / км), дәнекерленген қосылыстар, механикалық қосқыштар, оптикалық бөлгіштер.
Екінші маңызды сипаттама - кері шағылысу («Оптикалық қайтару жоғалуы» немесе «Артқа шағылысу»). Бұл шама сәулелену көзіне кері шағылысатын оптикалық қуат мәнін сипаттайды, сонымен қатар дБ-де көрсетіледі.
Артқы көрініс механикалық қосқыштардан, талшықты жарықтардан немесе оптикалық қосқыштың бос ұшынан болуы мүмкін.
Тазалық – табыстың кілті
Талшықты оптикадағы өлшеулерді жалғастырмас бұрын, есте сақтау керек өте маңызды ереже бар - оптикалық қосқыштарды таза ұстау керек. Талшық өзегінің диаметрі шамамен 9 мкм болғандықтан, ластануды жай көзбен көру мүмкін емес. Бірақ ластану әрқашан бар - бұл факт. Және қосқыштың қай жерде және қалай сақталғаны маңызды емес, ескі немесе жаңа, кез келген жағдайда феррулдың соңында кір болады. Бұл, ең алдымен, төменде талқылайтын өлшеу дәлдігіне әсер етеді. Лас қосқыштар енгізе алатын шығын мөлшері әртүрлі болуы мүмкін және бірнеше дБ жетуі мүмкін. Кір сонымен қатар AM кабельдік теледидар сигналын беру кезінде өте қажет емес кері шағылысу мәнін арттырады.
Оптикалық қосқыштардың беттерін тазалау әртүрлі тәсілдермен жүзеге асырылуы мүмкін. Ең қарапайым және үнемді түксіз майлықтаза спиртке батырылады. Айта кету керек, дымқыл шүберекпен сүрткеннен кейін жолақтарды кетіру үшін оны құрғатып сүртіңіз. Ең қолайлы әдістердің бірі - арнайы пайдалану түксіз тазалау таспаларықосқыштарды тез және оңай тазалаңыз.
Бұл құрылғының көмегімен феррулдың соңғы бетін әртүрлі ластаушы заттардан жылдам және сапалы тазалау жүзеге асырылады, ол әртүрлі қосқыштар түрлеріне жарамды: SC, FC, LC, ST, MU.
Тазалау процесі екі қадамнан тұрады. Алдымен сіз қорғаныс жапқышын ашып, қосқыштың соңғы бетін тазалау таспасына мықтап басып, бағыттағыштар бойымен алдымен өзіңізден, содан кейін өзіңізге қарай жүгіруіңіз керек. Бет тазалығын бақылау үшін 200 есе үлкейтетін арнайы микроскопты пайдалануға болады.
Көзге көрінетін лазерлік сәулелену көздері
Бұл ең қарапайым құрылғы, қызыл жарық көзі (650 нм), оның сәулеленуі оптикалық талшыққа енгізіледі. Бұл құрылғының негізгі мақсаты әртүрлі зақымдану түрлерін (жарықтар, иілулер, сапасыз дәнекерлеулер және т.б.) жергілікті анықтау болып табылады. Зақымдалған жерде жарқын жарқырау байқалады. Бұл құрылғыны қолдануға болатын әдеттегі қашықтық 3-5 км.
Келесі фотода пигтейльдегі оптикалық талшық ақаулары көрсетілген. Олар қызыл жарықпен жарықтандырылған және күндізгі жарықта да оңай байқалады. Бұл механикалық зақымданудан туындаған талшықтағы микрожарықтар немесе басқа жергілікті зақымданулар болуы мүмкін; бірақ кез келген жағдайда, бұл шошқаны одан әрі пайдалану қажет емес. Айта кету керек, сыртқы жағынан шошқа толығымен қалыпты болып көрінеді, бірақ көрінетін сәулелену көзін пайдалану керек - және барлық ақаулар бірден пайда болады.
Бұл құрылғылар еларалық жабдықта монтаждау жұмыстарына, әртүрлі қосқыштармен (SC, FC, ST), пигтейльдермен оптикалық патч-шнурлардың өнімділігін тексеруге, қажетті талшықтарды оларды «ерекшелеу» арқылы анықтауға және т.б.
Негізгі артықшылықтар: жинақылық, пайдаланудың қарапайымдылығы, әмбебаптығы, ең бастысы - төмен баға.
Лазерлік сәулелену көздері
Бұл құрылғылардың дизайны туралы аздап. Лазерлік сәулеленудің көзі құрылғы болып табылады, оның негізгі элементі жартылай өткізгіш лазер (лазерлік диод), олардың саны әртүрлі болуы мүмкін. Ең көп таралған толқын ұзындығы 1310 нм және 1550 нм, өйткені бұл толқындар негізінен оптикалық тарату үшін қолданылады. Әртүрлі лазерлердің әртүрлі комбинациялары болуы мүмкін, кейбір лазер көздерінің дизайнында жоғарыда талқыланғандай көрінетін лазер көзі болуы мүмкін.
Бұл құрылғылардың негізгі мақсаты оптикалық сызықтардағы жоғалтуларды өлшеу үшін белгіленген толқын ұзындығында лазерлік сәулеленуді жасау болып табылады. Оптикалық қуат деңгейінің әдеттегі мәні -7дБм. Лазерлік сәулелену көздерінің қосымша функцияларына тек үздіксіз сигнал ғана емес, сонымен қатар талшықты сәйкестендіру, автоматты өшіру, батарея деңгейін және т.б. үшін берілген жиілікте модуляцияланған (мысалы, 270 Гц, 1 кГц, 2 кГц) генерациялау кіреді.
Эмитенттің шығыс портында әдетте FC / UPC адаптері болады.
Бұл құралдардың кейбір үлгілері ақауларды визуалды анықтау үшін кірістірілген қызыл сәуле шығарғышпен (бөлек порт) жабдықталуы мүмкін.
Оптикалық қуат есептегіштері
Бұл құрал кіріс оптикалық қуат деңгейін жазады және мәнді экранда көрсетеді. Құрылғының негізгі элементі фотодетектор болып табылады.
Әдетте кең жолақты фотодетектор қолданылады. Бұл оның 800 - 1800 нм диапазонында оған келетін барлық оптикалық қуатты тіркейтінін білдіреді. Өлшенген толқын ұзындығын (калибрленген) орнату арқылы біз сандық мәнді дБм немесе Вт аламыз. Оптикалық жолда бір уақытта бірнеше толқын ұзындығындағы сәулелену болса, құрылғы белгілі бір жалпы қуат мәнін көрсетеді.
Өлшенген толқын ұзындығының типтік мәндері (калибрленген) бірдей 1310 және 1550 нм, бірақ басқалары да болуы мүмкін: 850, 980, 1300, 1490 нм және т.б. Есептегіштің динамикалық диапазоны (ол өлшей алатын оптикалық қуат) пайдаланылған фотодетекторға байланысты; InGaAs үшін әдеттегі мән 60-70 дБ тәртібінде. Оңтайлы құрылғыны нақты қолданбаға байланысты таңдауға болады. Телекоммуникация желілеріндегі өлшеулер үшін фотодетектор сезімталдығы жоғары қуат өлшегіштері (+ 6 ... -70 дБм) қолайлы, ал оптикалық кабельдік теледидар желілері үшін жеткілікті жоғары қуаттарды (+ 26 ... -50 дБм) өлшеу маңызды. ). Сәулелену көздері сияқты құрылғы кірістірілген батареяда жұмыс істейді, экранның артқы жарығы, автоматты өшіру функциясы, нәтижелерді сақтау және т.б. Оптикалық кіріс портында әдетте FC / UPC адаптері болады. Бұл құрылғының ең маңызды функцияларының бірі - ерікті бастапқы деңгейге қатысты оптикалық сигналдың жоғалуын өлшеу мүмкіндігі (толығырақ ақпаратты төменде қараңыз).
Оптикалық сынақ құралы
Бұл құрылғы бір корпустағы сәулелену көзі және оптикалық қуат өлшегіш болып табылады. Артықшылықтары мен кемшіліктері, жеке құрылғылармен салыстырғанда, осы құрылғыны қолдану ерекшеліктерін ескере отырып, әркім өзі шешеді.
- жинақылық;
- көздің және есептегіштің өз бетімен жұмыс істеуі;
- көздің және есептегіштің ұқсас функционалдығы.
Оптикалық сынақ құралының жалпы көрінісі MULTITEST MT3204C
Осы құрылғылардың практикалық қолданылуы туралы сұраққа көшейік. Бірінші және ең маңызды міндет - оптикалық желідегі сигналдың әлсіреуін өлшеу. Ол үшін бізге сәулелену көзі де, оптикалық қуат өлшегіш те қажет.
Кірістіру жоғалуын өлшеу
Есептегіш тек қуат деңгейін анықтайтындықтан, оптикалық желідегі жоғалтуды (әлсіретуді) өлшеу үшін екі өлшеу қажет. Алдымен - сәулелену көзінің шығысындағы қуат деңгейін (анықтамалық деңгей), содан кейін - тексерілген желі арқылы берілетін сигналдың қуат деңгейін анықтау. Бұл мәндер арасындағы айырмашылық (дБм) немесе олардың логарифмдік қатынасы (Вт) сызықтың жоғалуы болып табылады.
Анықтамалық деңгей көзді және есептегішті патч сымымен тікелей қосу арқылы анықталады. Өлшеу кезінде біз көзге және метрге сәйкес толқын ұзындығын орнатамыз. Нәтижені алғаннан кейін салыстырмалы жоғалтуды өлшеу режиміне өтіңіз (дБ түймесі), есептегіш 00,00 дБ мәнін көрсетеді. Бұл қайта есептемеуге мүмкіндік береді, бірақ келесі өлшеу кезінде сіз өлшегіш экранда әлсіреу мәнін тікелей ала аласыз.
Анықтамалық деңгейді анықтау
Екінші өлшеуде, сымнан кейін, біз қызықтыратын бөлімді өзімізге қосамыз, онда жоғалтуды өлшеу керек және экрандағы жоғалтудың дБ мәнін дереу аламыз.
Кірістіру жоғалту әдісімен сызықтың жоғалуын өлшеу
Бұл өлшеу әдісі өте қарапайым, практикалық, ұзақ уақыт пен қымбат жабдықты қажет етпейді. Бұл жағдайда 0,1 дБ деңгейіндегі шағын өлшем қателігіне қол жеткізіледі. Өлшейтін жарық көзі болмаған жағдайда, әлсіреуді өлшеу үшін үздіксіз толқын (CW) қуат өлшегішінде қол жетімді толқын ұзындығы бар кез келген оптикалық таратқышты пайдалануға болады.
Егер оптикалық желінің екі ұшы бір жерде (мысалы, кабель орамы) болғанда жоғалтуды өлшеуді жүргізу қажет болса, онда оптикалық сынақ құралын пайдалану ыңғайлы болады. Мұндай құрылғымен өлшеу принципі көздің және метрдің бірлескен жұмысына ұқсас. Төменде оптикалық сынақ құралы бар әдеттегі өлшем қондырғысы берілген.
Сынақ құралымен анықтамалық деңгейді өлшеу және шартты нөлді орнату
Оптикалық сынақ құралын пайдаланып кірістіру жоғалуын өлшеу
Оптикалық сынақ құралы сыналатын талшық үлгісінің кірістіру жоғалуын көрсетеді. Оптикалық тестер көмегімен (сонымен қатар көз + өлшегіш құрылғылардың жұбы) талшықтың сызықтық бөліктерінің ғана емес, сонымен қатар оптикалық бөлгіштердің, механикалық қосылыстардың және т.б. кірістіру жоғалуын өлшеуге болады.
Оптикалық желілердегі қуатты өлшеу
Желідегі жоғалтулардан басқа, қуат өлшегіш оптикалық желінің жеке нүктелеріндегі оптикалық қуат деңгейін анықтауға мүмкіндік береді. Мысалы, оптикалық кабельдік телевидение желісі бар, біз оптикалық қабылдағыштың кірісіндегі оптикалық сигнал деңгейін өлшеуіміз керек. Ол үшін жұмыс істейтін желіде (оптикалық таратқыш қосулы) біз есептегішті дұрыс жерге қосамыз, сигнал берілетін толқын ұзындығын орнатамыз және сигнал деңгейін өлшейміз. Осы өлшеу нәтижесінде біз дБм-де белгілі бір мән аламыз. Егер бұл мән оптикалық қабылдағыштың рұқсат етілген кіріс деңгейіне сәйкес келсе және жоба бойынша есептелген мәнмен сәйкес келсе, онда оптикалық жолдағы жоғалту (оптикалық таратқыш - оптикалық қабылдағыш) рұқсат етілген шектерде (кіріс деңгейінің әдеттегі мәні оптикалық қабылдағыш түріне байланысты -7 дБм-ден +3 дБм-ге дейін).
Оның үстіне сигнал деңгейін тек қабылдағыштың кірісінде ғана емес, оптикалық таратқыштың шығысында да өлшеу мүмкін болса, онда оптикалық жолдағы жоғалтуларды дәл бағалауға болады.
Кабельдік теледидардағы оптикалық сигнал деңгейін өлшеу
Ескерту: CATV желілерінде бұрышты жылтыратқышы бар оптикалық қосқыштар (APC) пайдаланылады, мұны ескеру қажет, өйткені оптикалық қуат өлшегіштері әдетте UPC типті жылтыратылады. Бұл жағдайда әртүрлі жылтыратқыштармен қосқыштарды қосуды болдырмау үшін біріктірілген оптикалық сымдарды пайдалану қажет.
PON тестері
Толық пассивті оптикалық желілерді (PON желілері) сынауға арналған құрылғының жеке түрін атап өту керек. Тестілеу құрылғыны оптикалық желіге қосу арқылы (аралықта), бір уақытта үш толқын ұзындығында сканерлеу арқылы орындалады - жоғары ағында (абоненттен станцияға) 1310 нм толқын ұзындығында және төменгі ағында (станциядан абоненттерге) - 1490/1550 nm, бұл уақытты үнемдейді және өлшеудің ең толық суретін береді. Оптикалық қуат өлшегіштермен салыстырғандағы негізгі айырмашылық оптикалық фильтрлердің және әрбір өлшенетін толқын ұзындығы үшін бөлек фотодетекторлардың болуы болып табылады.
Өлшемдерді әртүрлі бірліктерде көрсетуге болады - дБм немесе Вт.
Бұл құрылғы өлшеу нәтижелерін құрылғының ішкі жадында сақтау функциясын ДК-де деректерді одан әрі талдау мүмкіндігімен қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, батареядан құрылғының жұмыс уақытын айтарлықтай арттыратын автоматты өшірудің өте пайдалы функциясы.
PON тестерін оптикалық қуат деңгейлерін бақылау үшін PON желісін іске қосу кезінде де, жөндеу және қалпына келтіру жұмыстары кезінде де, сондай-ақ желіні бақылау үшін де пайдалануға болады.
PON тестерін пайдалану туралы толығырақ ақпаратты мақаладан табуға болады «Пассивті оптикалық желілердегі өлшемдер (PON)» .
Белсенді талшық идентификаторы
Құрылғының сыртқы түрі
Жоғарыдағы суретте белсенді (оптикалық сәулеленудің болуы) оптикалық талшықтарды анықтауға арналған ықшам құрылғы көрсетілген. MULTITEST MT3306A... Құрылғы бір режимді талшықтардағы оптикалық сигналдың таралуының болуы мен бағытын анықтаудың жылдам, бұзылмайтын әдісін қамтамасыз етеді. Құрылғы трансивер жабдығын өшірмей, талшықтардағы сигналдың болуын және оның бағытын анықтауға, сондай-ақ оптикалық қуатты бағалауға мүмкіндік береді. Егер сигнал ретінде 270 Гц, 1 кГц немесе 2 кГц көздің модуляцияланған сәулеленуі пайдаланылса, идентификатор модуляция жиілігін де анықтайды. Жұмыс принципі оптикалық сигналды макробүктеу орнында тіркеу болып табылады. Әмбебаптылық үшін әртүрлі диаметрлерге (талшық, шұңқырлар және патч сымдар) ауыстырылатын саптамалар беріледі.
Практикалық қолдану тұрғысынан бұл құрылғы оптикалық тарату жақтауларында және муфталарда «белсенді» және «қараңғы» талшықтарды іздеу кезінде өте ыңғайлы, мұнда көптеген талшықтар пайдаланылады және кездейсоқ ажырату ықтималдығы жоғары.
Оптикалық рефлектормен өлшемдерді алу
Жоғарыда сипатталған өлшеу әдістері желідегі оптикалық жоғалулардың деңгейін өлшеуге мүмкіндік береді, бірақ олардың көмегімен төтенше жағдай кезінде белгілі бір зақымдану орнын анықтау мүмкін емес. Бұл жағдайдан шығудың жалғыз жолы - пайдалану оптикалық рефлектор (OTDR) .
Осы мақаланың аясында біз OTDR көмегімен өлшемдерді алу кезінде негізгі ойларды бөліп көрсетуге тырысамыз, біз практикалық нәрселерге назар аударамыз және теориялық негіздерге терең бойлай бермейміз.
Сонымен, OTDR көмегімен қандай өлшемдерді жасауға болады:
- бір өлшеу цикліне бір мезгілде оптикалық талшықтың бірқатар негізгі параметрлерін анықтауға мүмкіндік береді: оның ұзындығы, километрге әлсіреу, біртекті еместердің болуы, олардың сипаты мен оларға дейінгі қашықтық, қосқыштардағы жоғалтулар, қосылу нүктелері және т.б. дайындық жұмыстарынсыз;
- оптикалық тестерлерге қарағанда оптикалық талшықтың бір ұшынан көптеген өлшемдер жасау.
Кез келген өлшеу әдісі сияқты рефлексометрияның да өзіндік проблемалық аспектілері бар:
- сыналатын талшыққа радиацияның түсуіне қойылатын жоғары талаптар;
- салыстырмалы жақсы дәлдікпен рефлектограмманы алу уақыты 30 секундтан кем емес;
- өлшеу жабдықтарының салыстырмалы түрде жоғары құны.
OTDR жұмыс істеу принципі сыналатын талшыққа қысқа оптикалық импульс жіберу болып табылады. Әртүрлі біртексіздіктерден шағылысу салдарынан кері ағын (кері шашырау) пайда болады. OTDR сигналдың уақыттық кешігуін және шағылысқан сәулелену деңгейін өлшейді. Осы мәліметтерге сүйене отырып, ол талшықтың жоғалуының қашықтыққа тәуелділігінің графигі болып табылатын рефлектограмманы құрады.
Біз өлшеу нәтижелерін өңдеу әдісінің егжей-тегжейіне тоқталмаймыз, бірақ қазірдің өзінде аяқталған өлшеу нәтижесін қарастырамыз, рефлектограммада не көрсетілетінін көрсетеміз.
Рефлектограммада көрсетілген оптикалық талшықтағы біртекті еместіліктер
Жоғарыдағы суретте талшықта болуы мүмкін бұзушылықтарды белгілеумен OTDR үлгісі көрсетілген.
Модельді таңдаған кезде OTDR қандай сипаттамаларына назар аудару керек?
Кез келген OTDR негізгі параметрі оның динамикалық диапазоны болып табылады. Бұл параметр беру деңгейі мен сигналды қабылдаудың ең төменгі деңгейі арасындағы диапазонды сипаттайды (әдетте, сигнал-шу қатынасы = 1 болғанда). Бұл параметр үшін әдеттегі орташа мән 34-36 дБ құрайды. Қысқа сызықтардағы өлшеулер үшін динамикалық диапазоны 28-32 дБ модельдер, ал ұзын секциялар үшін немесе пассивті элементтерде жоғары әлсіреу бар желілер үшін (PON, тармақталған KTV желілері) - 40-45 дБ дейін және одан да көп болуы мүмкін.
Әрбір рефлектордың өлі аймақ сияқты сипаттамасы бар - үзілістен кейінгі рефлектограммадағы қашықтық, онда өлшеулер жүргізу мүмкін емес. Кез келген ізде болатын ең бірінші оқиға кіріс қосқышынан көрініс болып табылады. Бұл қосқыш фотодетекторға жақын орналасқандықтан, одан шағылысу фотодетекторды «соқыр етеді». Бұл із аймағы өлі аймаққа түседі.
Өлі аймақтың OTDR өлшемдеріне әсері
Өлшеулерді қабылдау және рефлектограммада зерттелетін іздің бірінші метрін сөзбе-сөз көру өте маңызды болса, «компенсациялық катушкалар» немесе «сәйкестік катушкалары» деп аталатындар пайдаланылады - атау әртүрлі болуы мүмкін, бірақ мағынасы сақталады. бірдей. Бұл белгілі бір ұзындықтағы, әдетте 100 м-ден 1 км-ге дейінгі оптикалық талшықтың бөлігі. Осы құрылғының арқасында бүкіл «өлі аймақ» осы талшықтың ұзындығына түседі, содан кейін біз өлшенген іздің бүкіл басын көреміз. Егер ең соңғы оптикалық қосқышты көру қажет болса, сызықтың соңында «қабылдау катушкасын» орнату керек. Бұл талшықтың алыс шетінен сигнал шағылысқан кезде өлі аймақтың орнын толтыратын талшықтың бірдей ұзындығы. Осындай қосымша катушкалар арқылы өлшеулер жасағанда, біздің оптикалық сызығымыз OTDR ізінің ортасында болады, бұл оның өнімділігін сенімді түрде тексеруге мүмкіндік береді.
Сәйкестік және қабылдау катушкасының көмегімен рефлектограмма
OTDR әртүрлі үлгілерінде көптеген әртүрлі опциялар болуы мүмкін. Мысалы, талшықта сәулеленудің болуын анықтау функциясы (белсенді талшық), сыналғанды OTDR оптикалық кіріс қосқышына қосу, бірнеше OTDR іздерін қабаттастыру, екі жақты талдау, әртүрлі ескерту және ескерту функциялары.
Кейбір модельдердің артықшылықтары кіріктірілген сәулелену көзін, көрінетін сәулелену көзін, оптикалық қуат өлшегішін және т.б. қамтиды, бірақ мұның бәрі төменгі жағына мүлдем емес, тікелей шығындарға әсер етеді.
OTDR пайдаланған кезде, оператор әртүрлі жылтыратылған (UPC-APC) оптикалық қосқыштарды ауыстырған кезде жиі орын алады, бұл мүлдем қолайсыз. Біріншіден, бұл рефлектордың кіріс оптикалық қосқышының феррулының беткі қабатының бұзылуына әкеледі, екіншіден, өлшемдердің сенімділігі туралы айтудың қажеті жоқ. Мұндай жағдайларды болдырмау үшін ұштарында жылтыратудың әртүрлі түрлері бар әртүрлі біріктірілген оптикалық сымдарды (патч-кордтарды) пайдалану қажет. Барлық оптикалық адаптерлерде (қосқыштарда) қосылымдардың шектеулі саны бар екенін еске түсіру артық болмайды, бұл уақыт өте келе қосылым параметрлері нашарлайды. OTDR оптикалық қосқышының шығысында патч сымын пайдалану жөндеусіз осы құрылғының жұмыс уақытын айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, оптикалық қосқыштардың тазалығы туралы ұмытпаңыз: жалаңаш көз ластануды көре алмайды, бірақ олар оптикалық патч сымын немесе қаптамадан жай ғана шығарсаңыз да, олар әрқашан болады. OTDR-ге жеткіліксіз таза қосқыш OTDR суретінде қатты бұрмаланулар тудыруы мүмкін, себебі құрылғы өте әлсіз жаңғырықпен жұмыс істейді.
Оптикалық желі ақауларын анықтау құралы
Рефлексометрияның маңызды міндеттерінің бірі - ақаулық орынға дейінгі қашықтықты анықтау - қарапайым және сәйкесінше арзанырақ құрылғыны - оптикалық желі ақауларын анықтау құралын (Fiber Ranger) пайдалану арқылы сәтті жүзеге асырылуы мүмкін. Мұндай құрылғы OTDR принципі бойынша жұмыс істейді: ол желіге зондтау импульстерін жібереді және шағылысқан қуатты анықтайды. Дегенмен, ол сигналды күрделі математикалық өңдеуді орындамайды, OTDR ізін салмайды, тек оптикалық қуаттың күшті шағылысу орнына дейінгі қашықтықты көрсетеді (үзіліс алдында, талшықтың соңына дейін және т.б.). Құрылғы өлшеу нәтижесін экранда метрмен көрсетеді.
Құрылғы оптикалық желіні пайдалану кезінде өте пайдалы, мысалы, ақаулықтың орнын жылдам анықтау маңызды болған кезде. Fiber Ranger пайдалану өте оңай, жақсы дәлдікке ие - бір метрден бірнеше метрге дейін - және 8 оқиғаға дейінгі қашықтық мәндерін көрсете алады (мысалы, оптикалық желідегі аралық сапасыз қосқыштар, кассеталардағы күшті талшық иілісі және т. .). Құрылғыда ақауларды визуалды анықтау үшін кіріктірілген қызыл жарық (650 нм) лазерлік эмитент бар.
Бүгінгі таңда сапалы телекоммуникациялық қызметтерді көрсету басты критерийлердің бірі болып табылады. DEPS компаниясы оның сенімді және ұзақ жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін сіздің желіңіздің мүмкіндіктеріне сәйкес келетін дәл өлшеу жабдығын таңдауға әрқашан көмектеседі.
DEPS компаниясының талшықты-оптикалық технологиялар және кабельдік желілер бөлімі
Оптикалық өлшеу құралдары өте алуан түрлі. Оптикалық аспаптардың түрлерінің саны бойынша оларды электрлік өлшеуіш аспаптармен салыстыруға болады. Шындығында, өлшеудің басқа түрлерінен өте көп құрылғылар - механикадан, термофизикадан, физика-химиядан - соңғы кезең немесе негізгі сенсор ретінде белгілі бір оптикалық бөліктерге ие.
Ең басынан бастап келесі презентацияда оптикалық құрылғы деп не қарастырылатынын анықтау керек. Жалпы алғанда, адам көзіне көрінетін электромагниттік сәулеленуді, яғни толқын ұзындығы 760 нм-ден 350 нм-ге дейінгі электромагниттік тербелістерді анықтайтын оптикалық әдіс немесе құрылғы қарастырылады. Дегенмен, жарық ғылымының дамуы оптикалық және тапсырмаларды орындау астында өлшеуді ұзағырақ толқынды аймақта - инфрақызыл сәулеленуді - және толқын ұзындығы азырақ аймақта - ультракүлгін сәулеленуді түсінуге әкелді. Тиісінше, оптиктердің құқығы болып табылатын әдістер мен құрылғылардың саны кеңейді. Бұған көз жеткізу үшін соңғы онжылдықтарда оптикалық аспаптарда және оптикалық зерттеулерде оптика ғылымы негізінен спектрдің экстремалды, яғни инфрақызыл (ИК) және ультракүлгін (УК) аймақтарында өскенін еске түсіру жеткілікті. Сондықтан, қазір оптикалық құрылғылар мен әдістермен олар адамның көзіне көрінетін электромагниттік сәулеленуден «келетін» іс жүзінде барлық нәрсені білдіреді.
Презентация тақырыбы мен көлемімен шектеле отырып, біз оқырман физикалық және геометриялық оптика негіздерімен таныс деп есептейміз. Қалай болғанда да, бұл жерде дифракция, интерференция, поляризация және т.б. сияқты құбылыстардың мәнін түсіндіруге, сондай-ақ оптиканың негізгі заңдарына, мысалы, фотоэффектке, лазердің жұмыс істеу принциптеріне, сәулелену заңдары, синхротрондық сәулелену және т.б. Оптикалық құбылыстардың физикасымен толығырақ танысу үшін мұнда оптиканың осы нақты бөліміне арналған оқу материалына сілтемелер берілген.
Оптикалық құрылғылардың жұмыс істеу принциптерін нақты көрсетуге кіріспес бұрын, оларды өлшенген физикалық шамаларға немесе қолдану саласына қарай жіктеген жөн, бұл көбінесе бірдей нәрсе. Осы тұрғыдан алғанда, оптикалық өлшеу құралдарын сыныптарға бөлуге болады, мысалы, суреттегі диаграммада көрсетілгендей. 8.1 
.
Фотометриялық оптикалық құрылғылар - жарық ағындары мен жарық ағындарына тікелей байланысты шамаларды өзгертуге арналған оптика класы: жарықтандыру, жарықтық, жарықтық және жарық қарқындылығы. Өлшенетін сипаттамалары адам көзінің сезімталдығына сәйкес келетін сезімталдығы бар және энергияның фотометриялық шамаларының фотометрлері деп аталатын, яғни фотометрлердің сезімталдығына қарамастан бірдей сипаттамалары бар фотометрлерді дәстүрлі оптикалық деп бөлген жөн. адамның көзі. Әрине, энергетикалық фотометрлерде мәндер люмен, люкс, нитпен емес, механикалық бірліктерде көрсетіледі:
Спектрлік оптикалық құрылғылар - бұл электромагниттік сәулеленудің толқын ұзындығы бойынша спектрге ыдырауы кең таралған оптикалық технологияның үлкен класы. Монохроматикалық сәулеленудің барлық спектрін тіркейтін спектроскоптар – визуалды құрылғылар, монохроматорлар – кез келген тұрақты толқын ұзындығында сәуле шығаратын құрылғылар, бірнеше толқын ұзындығында сәуле шығаратын полихроматтар, спектрографтар – бар. Егер сәулеленудің спектрге ыдырауынан басқа, құрылғы электромагниттік сәулеленудің кез келген энергетикалық сипаттамаларын өлшеу мүмкіндігіне ие болса, онда мұндай құрылғы спектрофотометр немесе квантометр деп аталады.
Интерферометрлер – негізгі өлшенетін сипаттамасы жарық толқынының амплитудасы және онымен байланысты энергия емес, электромагниттік тербеліс фазасы болатын құрылғылар. Дәл осы тәсіл қазіргі уақытта ең дәл өлшеу құралдарын жасауға мүмкіндік берді, бұл шын мәнінде 11-12 цифрлық қателермен мәндерді өлшеуге мүмкіндік береді. Сондықтан интерферометрлер негізінен құрылғылардан өте жоғары дәлдікті талап ететін есептерді шешу үшін қолданылады, мысалы, стандарттарда, бірегей ғылыми бағдарламаларға қызмет көрсетуде, зат құрамын талдаудың аса сезімтал әдістерін енгізуде және т.б.
Суреттегі диаграммада көрсетілген оптикалық құрылғылардың басқа сыныптары. 8.1 фотометрлер мен спектрометрлер сияқты ауқымды емес. Соған қарамастан олар белгілі бір физикалық құбылыстың олар үшін шешуші болуымен ерекшеленеді.
Поляриметрлер жарықтың поляризация сияқты толқындық қасиетін, яғни таралу бағытына қатысты электромагниттік толқынның тербелістерінің белгілі бір бағдарын пайдаланады. Көптеген заттардың поляризация бағытын өзгерту қасиеті бар. Бұл принципті магниттік шамаларды өлшеуге арналған түрлендіргіштер ғана емес, сонымен қатар заттар мен материалдардың құрамын талдауға арналған кейбір аспаптар, мысалы, сахариметрлер де қолданады.
Қатты денелердің, сұйықтардың және газдардың сыну көрсеткішін өлшеуге арналған аспаптар. Олар екі медиа арасындағы интерфейстегі жарық сәулесінің бағытын өзгертуді пайдаланады. Бұл аспаптар индикатор ретінде хроматографтарда, көптеген арнайы метеорологиялық аспаптарда, газды талдауда және т.б.
Бұрыштарды өлшеуге арналған құрылғылар - олардың көпшілігі оптикалық осі анықтамалық бұрыштық терумен жабдықталған телескоптар немесе лазерлер болып табылады. Мұндай құрылғы оптикалық осьті екі бөлек нысанға дәйекті бағыттау арқылы бұрыштарды өлшей алады. Бұған екі телескоппен бір нысанның көру бұрыштарын өлшеуді пайдаланатын оптикалық қашықтық өлшегіштер де кіреді. Гониометрлер топографияда, әскери техникада, геодезиялық жұмыстарда кеңінен қолданылады.
Өлшеу микроскоптары – әртүрлі заттардың көрінетін өлшемдерін (немесе көру бұрыштарын) үлкейтуге және үлкейтілген бөлшектердің өлшемдерін өлшеуге арналған құрылғылар. «Механикалық өлшемдер» бөлімінде мұндай өлшеу жабдығының екі түрі қарастырылды: бұл ISA ұзындық өлшегіш және Линник микроскопы, беттің кедір-бұдырлығын өлшеуге арналған құрылғы. Бұл типтегі ең көп таралған құрылғылар окуляр микрометрімен жабдықталған кәдімгі микроскоптар болып табылады. Бұл микроскоп арқылы тікелей бақылау арқылы көлемнің өлшемін бағалауға мүмкіндік береді. Мұндай құрылғыларды дәрігерлер, биологтар, ботаниктер және жалпы алғанда, шағын заттармен жұмыс істейтін барлық мамандар кеңінен пайдаланады.
Денелердің өзіндік жылулық сәулеленуін өлшеуге арналған құрылғылар пирометрлер деп аталады («пиро» - өрт сөзінен). Бұл құрылғыларда қызған денелердің сәулелену заңдары – Планк заңы, Стефан-Больцман заңы, Вен заңы, Рэйлей-Джинс заңы қолданылады. Құрылғылардың бұл класын біз температураны өлшеу бөлімінде қарастырдық, мұнда пирометрлер температураны жанасусыз өлшеу құралы ретінде қарастырылады.
«Фотометрия» термині екі грек сөзінен шыққан: «phos» - жарық және «metreo» - өлшеймін. Адамның көзіне көрінетін спектрлік аймақты тіркейтін өлшеу құралдарында (λ = 350 - 760 нм) энергетикалық сипаттамаларды өлшеп қана қоймай, сонымен қатар құрылғыны оның сәулеленуге сезімталдығы сәйкес келетіндей етіп жасау маңызды. адам көзінің сезімталдығына. Мұндай құрылғылар оптикалық шамаларды оптикалық бірліктерде өлшейді, олардың негізгісі кандела (шам). Жарық қарқындылығы адамның көзіне көрінетін ағынның энергиясы ретінде анықталады, яғни көздің көрінуіне көбейтілген механикалық энергия, бір тұтас бұрышта таралады, яғни.
(8.1)
Егер жарық күші канделда, ал қатты бұрыш стерадиандарда өрнектелсе, онда жарық ағыны люменде көрсетіледі.
Жарықтың таралу бағытына перпендикуляр кез келген беттің жарықтандыруы жарық ағынының беттік тығыздығы болып табылады, яғни.
Жарықтандыру мен жарық қарқындылығы арасындағы байланыс нүктелік көзден түсетін жарықтандыру көзден жарықтандырылған бетке дейінгі қашықтықтың квадратына кері өзгеретінін білдіретін фотометрияның негізгі заңымен беріледі, яғни.
(8.3)
мұндағы φ - бетке нормаль мен жарықтың таралу бағыты арасындағы бұрыш. Жарықтандыру люмендерде көрсетіледі. Егер тапсырма өздігінен жарықтанатын объектінің фотометриялық параметрлерін сипаттау болса: шам жіпі, монитор экраны, люминесцентті лампа және т.б., жарықтық деп аталатын шаманы өлшеу керек:
мұндағы dS - жарық бетінің элементі. Оптикалық бірліктерде жарықтылық шаршы метрге (лм/м2) люменмен көрсетіледі.
Тәжірибеде өлшенетін тағы бір жалпы оптикалық физикалық шама - жарықтық. Жарықтылық сәулеге перпендикуляр бірлік бетінен түсетін жарықтың қарқындылығы ретінде жарық беретін объект үшін анықталады:
Күріш. 8.2. Жарықтықтың анықтамасына: а) өздігінен жарықтанатын бет; б) бөгде жарық көзімен жарықтандырылған бет
Сыртқы жарық көзімен жарықтандырылған бет үшін жарықтық беттің жарықтандыруының осы бетке жататын және бақылау нүктесінде шыңы бар тұтас бұрышқа қатынасы ретінде анықталады:
Жарықтықтың тағы бір анықтамасы өздігінен жарқырайтын жерден шығатынына немесе кез келген бетке түсетініне қарамастан жарық сәулесін білдіреді. Элементар сәуленің жарықтылығы ол толтыратын бірлік тұтас бұрышта оған перпендикуляр бетке жасайтын жарықтандыру ретінде анықталады:
(8.7)
Инфрақызыл немесе ультракүлгін диапазондарда жұмыс істейтін құрылғылар жасалған жағдайда, жоғарыда көрсетілгендей, оптикалық қондырғылардың орнына механикалық қондырғылар пайдаланылады, яғни қуат ваттпен өлшенеді, сәулелену шаршы метрге ваттпен өлшенеді, ал жарық қарқындылығы ваттпен өлшенеді. стерадианға, энергетикалық жарықтылық – стерадианға бір шаршы метрге ваттпен. «Метрология» тарауында салыстырмалы фотометриялық бірліктер арасындағы байланыс жарықтың механикалық эквивалентінің түсінігі мен адам көзінің көріну функциясының көмегімен жүзеге асырылатыны көрсетілген. Еске салайық, жарықтың механикалық эквиваленті 1 Вт механикалық энергияға тең 555 мкм толқын ұзындығындағы жарық ағынының күші болып табылады. Оптикалық қондырғыларда бұл қуат 683 люменді құрайды, яғни.
(8.8)
Жарық интенсивтілігін өлшейтін құрылғыларда – свечаметрлерде – қашықтыққа байланысты жарықты өлшеу заңы қолданылады. Бұл жағдайда кез келген көздің жарық күші салыстыру арқылы өлшенеді (осы көзден пайда болған жарықтандыруды көзден шыққан жарықтандырумен, белгілі жарық қарқындылығымен I, салыстыру). Мұндай құрылғының диаграммасы суретте көрсетілген. 8.3 
.
Экран мен шамды жылжыту арқылы фотодетектордан келетін сигналдар екі шаммен жарықтандырылған кезде тең болады. Содан кейін осы позицияға сәйкес келетін r 1 және r 2 қашықтықты өлшеңіз. Көздің жарық күші I 2 айқын теңдіктен табылады:
(8.9)
Сәулеленудің әртүрлі спектрлік құрамы бар шамдарды салыстыру үшін де, әртүрлі қарқындылықтағы бұл әдісті әртүрлі енгізулердің жеткілікті саны бар. Фотодетектордың орнына жиі көрнекі құрылғының қандай да бір түрі қолданылады, жарықтандырудың теңдігі фототоктарды өлшеусіз жазылады.
Қуатты көздердің жарық қарқындылығын немесе жарық көзінен фотодетекторға дейінгі үлкен қашықтықта өлшеуге қатысты дәл осындай принцип телеметрия әдісі деп аталатын әдісте жүзеге асырылады. Бұл әдістің мәні Δω кішкентай қатты бұрыштың шегінде көзден таралатын жарық ағынын ΔF таңдауға және өлшеуге және осылайша сәйкес бағытта жарық қарқындылығын анықтауға негізделген. 8.4-сурет 
телеметрия әдісінің мәнін түсіндіреді.
Жарық интенсивтілігін анықтау керек I көздің сәулеленуі оптикалық осі өлшенетін жарық қарқындылығының бағытымен сәйкес келетін оң линзаға L түседі. S диафрагма ауданы δ-қа тең D диафрагмасы F фокустық жазықтықта орнатылған. Линзаға түсетін Л сәулелері фотоэлементке түсетін қатты бұрыш Δω = δ / f 2-ге тең, мұндағы f - линзаның фокус аралығы. Фотоэлемент тізбегіндегі фото кітапхана берілген құрылғы үшін қатты бұрыш Δω тұрақтысы шегінде қолданылатын жарық ағынына ΔF пропорционал болуы керек. Бұл жағдайда фото кітапхана болып табылады
(8.10)
мұндағы K – тұрақты коэффициент, I – қажетті жарық интенсивтілігі. К коэффиценті калибрлеу кезінде анықталады, ал электрлік өлшеуіш аспаптың шкаласы тікелей жарық күшінің бірліктерімен – канделалармен немесе стерадианға ваттпен біріктіріледі.
Жарық ағынын өлшеу үшін ақ күңгірт шардың ішкі бетінің жарықтандыруы өлшенеді. Егер фотометриялық шарда ағыны өлшенетін жарық көзі мен фотодетектор арасында E экраны орнатылса, онда фотодетектор орналасқан жердегі жарықтандыру жалпы жарық ағынына пропорционал болады:
(8.11)
мұндағы ρ – шардың ішкі бетінің шағылысу коэффициенті; r – доптың радиусы; а – сфераның фотометриялық тұрақтысы – көзден келетін жарық ағынының мәні мен фотодетектор бетінің жарықтануы арасындағы пропорционалдық коэффициенті. Көптеген практикалық жағдайларда a коэффициенті жалпы жарық ағынының белгілі мәндері бар көздің жарық ағынын өлшеу арқылы эксперименталды түрде анықталады.
Жарықтандыру өлшегіштері - люксметрлер - тәжірибеде қолданылатын ең кең таралған оптикалық құрылғылар. Дәл осы құрылғылар жарықтандыру деңгейін барлық жағдайларда - үй ішінде, сыртта, кез келген технологиялық өлшемдерді орындау кезінде және т.б.
Негізінде люксметрлер барлық фотометриялық құрылғылардың ең қарапайымы болып табылады. Фотоэлектрлік жарық өлшегіштер әдетте фотоэлементтен және сезімтал электрлік өлшеуіш құрылғыдан тұрады. Жарық өлшегіш көрсеткіштерінің дұрыс болуының қажетті шарты фотодетектордың спектрлік сезімталдығының адам көзінің көріну функциясына сәйкестігі болып табылады, яғни максималды сезімталдық ультракүлгін сәулесінің төмендеуімен сары-жасыл аймақта болуы керек ( 380 нм-ге дейін) аймақта және инфрақызыл (760 нм-ден астам) аймақта. Фотодетектордың ауданы қатаң бекітілгендіктен, одан сигнал жарықтандыруға пропорционалды және құрылғының масштабын сәйкесінше люкспен бағалауға болады.
Инфрақызыл сәулелену. Жылулық сәулеленудің жалпы энергиясы мен температура арасындағы байланыс Стефан-Больцман заңымен берілгендіктен, спектрофотометрлердің көрсеткіштері берілген объектіні қай жарық көзі жарықтандыратынына байланысты. Көптеген жағдайларда құрылғылар қыздыру шамдары деп аталатын шамдар үшін калибрленген. А типті көз.Егер нысан флуоресцентті лампалар немесе сынап доғалы шамдар сияқты көздердің басқа түрлерімен жарықтандырылса, онда жарық өлшегіш көрсеткішін N түзету коэффициенті арқылы түзетуге болады, ол арқылы дұрыс өлшенгенді табу үшін нәтижені көбейту керек. жарықтандыру мәні. Ең жиі қолданылатын жарық көздері үшін N түзету коэффициентінің мәндері кестеде келтірілген. 8.1.
8.1-кесте
Өлшеу үшін түзету факторлары
жарық көздерінің энергия ағындары
әртүрлі түс температурасымен
| Жарық көзінің түс температурасы, К | 2360 | 2856 | 3100 | 3250 | 3400 | 4800 | 5800 |
| Түзету коэффициенті, Н | 1,003 | 1,00 | 0,99 | 0,975 | 0,973 | 0,843 | 0,78 |
8,5-тен 8,7-ге сәйкес жарықтықты өлшеу үшін екі диафрагмамен шектелген жарық сәулесінің энергиясын өлшеу қажет. Мұны жүзеге асыру үшін жарықтық өлшегіште, әдетте, нысанның кескінін D диафрагмасының жазықтығына проекциялайтын ахроматикалық объектив бар, оның артында фотодетектор орнатылған. Жарықтық өлшегіштің диаграммасы 2-суретте көрсетілген. 8.5 
.
Осы схема бойынша құрастырылған құрылғы dω белгілі бір бұрышта анықталған dS өлшемді бетінен шығатын жарық ағынына әрекет етеді. Демек, тіркелген фотосуреттер кітапханасы объектінің жарықтығына пропорционалды болады және құрылғыны жарықтық өлшем бірліктерімен бағалауға болады. Іс жүзінде жарықты өлшегіштерде жарықтылығы өлшенетін беттің сол бөлігін көзге көруге мүмкіндік беретін көру құрылғысы бар.
Ұзартылған өздігінен жарқырайтын заттардың жарықтығын өлшеген кезде, жарықтандыруды өлшеуге арналған құрылғыны - люксметрді - оны тікелей жарық беретін бетке қою арқылы пайдалануға болады. Бұл жағдайда фотодетектор 2π стерадианның тұтас бұрышында шығатын объектінің барлық сәулеленуін жинайды, ал өздігінен жарықтанатын беттің жарықтығы жарықтан 2π-ге ерекшеленеді, яғни.
Бұл әдіс тәжірибеде жиі қолданылады. Сондай-ақ жарықтық өлшем бірліктері бойынша калибрленген аралық құрылғылар бар, бірақ олардың схемасы бойынша олар әдеттегі жарық өлшегіштермен бірдей.
Жүктелуде...
