Lista przedmiotów z materiałami udostępnionymi dla studentów

Dla_studentów
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Michał Poros

Zastosowanie reflektometrii optycznej OTDR do badań światłowodów


Application of time domain optical reflectometry (OTDR) for lightguide testing


Opiekun pracy dyplomowej: prof. dr hab. inż. Bogusław Więcek
Dodatkowy opiekun pracy dyplomowej: dr inż. Marcin Kałuża

Praca dyplomowa inżynierska obroniona 2018-10-26
Streszczenie pracy dyplomowej:
Głównym celem pracy było przybliżenie problematyki pomiarów OTDR w systemach i sieciach światłowodowych. Część teoretyczna pracy rozpoczyna się krótkim przypomnieniem podstaw optyki geometrycznej oraz podstaw działania sieci światłowodowych. Opisane zostały fizyczne podstawy działania włókien światłowodowych, oraz ich podział ze względu na posiadane parametry. W kolejnym rozdziale, przybliżone zostały najczęstsze uszkodzenia włókien, oraz ich wpływ na działanie toru optycznego. Kolejne rozdziały dotyczyły opisu samej metody OTDR. Opisano fizyczne podstawy działania metody, z uwzględnieniem rozpraszania Rayleigh'a i Fresnel'a. Następnie przybliżono podstawowe parametry urządzeń pomiarowych, działających w oparciu o metodę OTDR, oraz wpływ tych parametrów na sam pomiar. Opisane zostały między innymi parametry takie jak: strefa martwa tłumieniowa, czy rozdzielczość próbkowania. Następnie zaprezentowane zostały metody wykrywania poszczególnych rodzajów uszkodzeń, w oparciu o analizę krzywych reflektometrycznych. Poza teoretycznymi rysunkami poglądowymi, zaprezentowane zostały też krzywe reflektometryczne, pochodzące z pomiarów rzeczywistych systemów optycznych. Dodatkowymi zagadnieniami, poruszonymi w części teoretycznej był wpływ temperatury na włókna światłowodowe, oraz metody pomiaru temperatury sieci średniego napięcia metodą DTS, bazującą na pomiarach reflektometrycznych. Część teoretyczna kończy się krótkim przeglądem, dostępnych na rynku, reflektometrów optycznych. Część praktyczna polegała na realizacji laboratoryjnego układu pomiarowego, pełniącego funkcje prostego reflektometru optycznego. Zadaniem urządzenia było wykrycie i lokalizacja końcówki włókna optycznego poprzez pomiar dwóch sygnałów o charakterze impulsowym. Obserwowano sygnał wprowadzany do włókna, oraz sygnał odbity od jego końcówki. Istotą pomiaru było określenie przesunięcia czasowego pomiędzy zboczami obu sygnałów, oraz zaobserwowanie odbicia wiązki światła od końcówki światłowodu, na przebiegu sygnału odbitego. Układ zrealizowany został w oparciu o rozdzielacze optyczne, układy nadawczo-odbiorcze, oraz diody laserowe dostępne w laboratorium. Zadanie to było utrudnione ze względu na niezadowalającą jakość elementów składowych tj. fotodetektory, układy pomiarowe itp. Poszczególne problemy zostały zidentyfikowane, a następnie rozwiązane w miarę dostępnych możliwości sprzętowych. Po przeprowadzonych pomiarach, uzyskane wyniki zostały zarchiwizowane w formie cyfrowej oraz poddane procedurze uśredniania koherentnego. Celem uśredniania było zwiększenie stosunku sygnał/szum, oraz uzyskanie czytelniejszych wyników. Ze względu na niewystarczającą ilość punktów pomiarowych, wyniki uśredniania nie były zadowalające. Udało się jedynie stwierdzić obecność sygnału odbitego na torze optycznym. Ze względu na mały uzysk stosunku sygnał/szum oraz nieznaczny spadek mocy szumów niemożliwe było porównanie zbocz obu sygnałów. Zrealizowanie celów założonych w części praktycznej okazało się niemożliwe do wykonania, ze względu na napotkane ograniczenia sprzętowe. Z drugiej jednak strony, ograniczenia te są możliwe do usunięcia w perspektywie czasu, i jest możliwość zrealizowania projektu, w oparciu o bardziej dokładne komponenty. Słowa kluczowe: reflektometria, techniki światłowodowe, pasywne sieci optyczne
Abstract:
The thesis’s main task was to present the practical aspects of OTDR measurements in optical based systems and grids. The theoretical part begins with short review of geometrical optics, and basics of optical fiber systems functioning. Physical basis of optical fibers and their parameter classification were described. In next chapter most common malfunctions of optical fibers, and their influence on optical track were described. Further chapters concerned OTDR measurement method itself. Physical fundaments, including Rayleigh and Fresnel scattering were referred. Furthermore fundamental parameters of measure devices, based on OTDR method, and their influence on measurements were approached. Concepts such as dead zone and sampling rate were defined. Afterwards detection methods of particular malfunctions, based on reflectometry curve analysis were outlined. Apart from theoretical figures, curves from real and functioning optical systems were presented. Additional assets brought up in theoretical part, were temperature influence on optical fibers, and temperature measurements of medium-voltage grids via DTS method, based on OTDR measurements. Theoretical part ends with short description of reflectometers currently available on market. The practical part consisted in developing laboratory measurement set, functioning as simple OTDR unit. Fundamental function of the device built, was to detect, and locate end of optical fiber, via measuring two pulsed signals. Input signal and signal reflected from the end of optical fiber were observed. The measurement essence was to determine time offset between slopes of both signals, and to observe the reflection of laser beam on reflected signal pattern via digital oscilloscope. The measurement system consisted of optical dividers, sending-receiving circuits and laser diodes, available at laboratory. The task was difficult because of not sufficient quality of various components such as photodetectors and sending-receiving circuits etc. Particular problems were identified and solved, depending on available hardware capabilities. After measurements performed, outcomes were archived in digital format, and subjected to coherent averaging. The scope of the procedure was to increase signal/noise ratio, and achieving more visible outcomes. Because of not sufficient amount of sampling points averaging results were not satisfying. It was only possible to detect the presence of reflected signal. Considering small signal/noise ratio gain, and poor noise level loss it was impossible to compare slopes of examined signals. Achieving goals assumed in practical part appeared to be impossible to make because of hardware limitations faced. On the other hand, these limitations ore possible to overcome in some timeframe, and there is possibility of develop such project relying on more accurate components. Key words: reflectometry, fiber optic techniques, passive optical networks