RU2020445C1

RU2020445C1 - Device for measuring bandwidth of optical fiber cable

Info

Publication number: RU2020445C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Марьенков; А.Н. Лузгин; А.В. Лузгина
Original assignee: Минский радиотехнический институт
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: measurement technology; particular, checking characteristics of optical fiber cables. SUBSTANCE: device has master oscillator, sync pulse shaper, measuring pulse shaper, optical radiation source, radiation receiver, low-pass filter, R-S flip-flop, counter, D/A converter and digital indicator. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля характеристик оптических кабелей. The invention relates to measuring equipment and can be used to control the characteristics of optical cables.

Известны устройства для измерения импульсной характеристики волоконных световодов, в основе которых лежит сравнение длительности на входе и выходе световода [1], [2]. Known devices for measuring the impulse characteristics of fiber fibers, which are based on a comparison of the duration at the input and output of the fiber [1], [2].

Измерительное устройство, описанное в [1], осуществляет измерение во временной области в режиме прохождения через волоконный световод короткого оптического импульса, частотный спектр которого шире полосы пропускания исследуемого тракта, и содержит генератор оптических импульсов, чувствительный оптический приемник с малой постоянной времени, перестраиваемую линию задержки, устройство измерения основных параметров сигнала - осциллограф. The measuring device described in [1] measures in the time domain in the mode of passing through a fiber optical fiber a short optical pulse, the frequency spectrum of which is wider than the passband of the studied path, and contains an optical pulse generator, a sensitive optical receiver with a small time constant, and a tunable delay line , the device for measuring the main signal parameters is an oscilloscope.

Недостатком данного устройства являются низкая точность измерения из-за наличия перестраиваемой линии задержки, так как неизбежные фазовые флуктуации в тракте задержки синхронизирующего сигнала приводят к искажению наблюдаемого на экране осциллографа импульса, а также низкая производительность из-за необходимости последующих вычислений. Кроме того, данное устройство обладает низкой точностью измерения при малой ширине полосы оптического кабеля, так как амплитуда измерительного импульса резко уменьшается вследствие расширения импульса в измерительном тракте. Длительности импульсов считываются с экрана осциллографа, что приводит к дополнительным погрешностям. The disadvantage of this device is the low measurement accuracy due to the presence of a tunable delay line, since the inevitable phase fluctuations in the delay path of the synchronizing signal lead to distortion of the pulse observed on the oscilloscope screen, as well as low performance due to the need for subsequent calculations. In addition, this device has low measurement accuracy with a small bandwidth of the optical cable, since the amplitude of the measuring pulse decreases sharply due to the expansion of the pulse in the measuring path. Pulse durations are read from the oscilloscope screen, which leads to additional errors.

Известно устройство для измерения полосы пропускания оптического кабеля [2], содержащее генератор оптических импульсов, состоящий из последовательно соединенных формирователя синхроимпульса, формирователя измерительного импульса и источника излучения, расположенного напротив входного торца исследуемого оптического кабеля, фотодетектор, расположенный напротив выходного торца исследуемого оптического кабеля, и осциллограф, соединенный входом с выходом фотодетектора. A device for measuring the bandwidth of an optical cable [2], containing an optical pulse generator, consisting of a serially connected shaper of a clock pulse, a shaper of a measuring pulse and a radiation source located opposite the input end of the studied optical cable, a photo detector located opposite the output end of the studied optical cable, and an oscilloscope connected by an input to the output of a photodetector.

Недостатком данного устройства является низкая точность, так как мощность сигнала, который поступает на вход канала вертикального отклонения осциллографа, ослабляется более, чем в два раза за счет деления мощности в направленном ответвителе. The disadvantage of this device is the low accuracy, since the power of the signal that is fed to the input of the channel of the vertical deviation of the oscilloscope is attenuated by more than two times due to the division of power in the directional coupler.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для измерения дисперсионных искажений в оптических кабелях [3], содержащее задающий генератор, состоящий из последовательно соединенных формирователя синхроимпульса, формирователя измерительного импульса и источника оптического излучения, расположенного напротив входного торца исследуемого оптического кабеля, и осциллограф, соединенный входом с выходом оптического приемника, узкополосного усилителя синхроимпульса, соединенного входом с выходом оптического приемника и выходом - с входом синхронизации осциллографа. The closest technical solution, selected as a prototype, is a device for measuring the dispersion distortion in optical cables [3], containing a master oscillator consisting of a serially connected sync pulse shaper, a measuring pulse shaper and an optical radiation source located opposite the input end of the optical cable under study, and an oscilloscope connected by an input to an output of an optical receiver, a narrow-band clock amplifier connected by an input to an output optical receiver and output - with the input of the oscilloscope synchronization.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, так как при измерении оптических кабелей с узкой полосой пропускания амплитуда импульсов значительно уменьшается вследствие дисперсионных искажений. The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement, since when measuring optical cables with a narrow passband, the pulse amplitude is significantly reduced due to dispersion distortion.

Целью изобретения является повышение точности измерения. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurement.

Цель достигается тем, что устройство для измерения ширины полосы пропускания оптических кабелей, содержащее задающий генератор, соединенный с входом формирователя синхроимпульса, выход которого соединен с первым входом источника оптического излучения, выход которого соединен с входом исследуемого оптического кабеля, выход которого соединен с входом оптического приемника, дополнительно снабжено RS-триггером, R-вход которого соединен с выходом оптического приемника, S-вход - с выходом фильтра нижних частот, вход которого соединен с выходом оптического приемника, выход RS-триггера соединен с входом счетчика, первый выход которого соединен с входом цифрового индикатора, а второй выход - с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом формирователя измерительного импульса, первый вход которого соединен с выходом задающего генератора, а выход - с вторым входом источника оптического излучения. The goal is achieved in that a device for measuring the bandwidth of optical cables, containing a master oscillator connected to the input of the shaper of the clock pulse, the output of which is connected to the first input of the optical radiation source, the output of which is connected to the input of the studied optical cable, the output of which is connected to the input of the optical receiver is additionally equipped with an RS-flip-flop, the R-input of which is connected to the output of the optical receiver, the S-input is with the output of the low-pass filter, the input of which is connected to the output m of the optical receiver, the RS-trigger output is connected to the counter input, the first output of which is connected to the input of the digital indicator, and the second output is connected to the input of the digital-analog converter, the output of which is connected to the second input of the measuring pulse generator, the first input of which is connected to the output of the master oscillator, and the output is with the second input of the optical radiation source.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием дополнительных блоков: регулируемого формирователя измерительного импульса, цифроаналогового преобразователя, фильтра нижних частот, RS-триггера, счетчика и цифрового индикатора и их связями с остальными элементами устройства. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is characterized by the presence of additional units: an adjustable driver of a measuring pulse, a digital-to-analog converter, a low-pass filter, an RS-trigger, a counter and a digital indicator, and their connections with other elements of the device.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна". Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "Novelty."

Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что известно устройство [2], в котором реализована схема, использующая задающий генератор, формирователи импульсов, источник оптического излучения, оптический приемник и осциллограф. Однако введение этих элементов в схеме заявляемого устройства в их связи с другими элементами устройства обеспечивает новые свойства, а именно существенное повышение точности измерения за счет возможности использования оптимальной длительности импульса при измерении ширины полосы пропускания оптического кабеля. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Существенные отличия". Comparison of the claimed device with other technical solutions shows that it is known device [2], which implements a circuit using a master oscillator, pulse shapers, an optical radiation source, an optical receiver and an oscilloscope. However, the introduction of these elements in the circuit of the claimed device in their connection with other elements of the device provides new properties, namely, a significant increase in the accuracy of the measurement due to the possibility of using the optimal pulse duration when measuring the bandwidth of the optical cable. This allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "Significant differences".

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения ширины полосы пропускания оптического кабеля; на фиг. 2 изображены эпюры напряжения в различных точках схемы. In FIG. 1 shows a block diagram of a device for measuring the bandwidth of an optical cable; in FIG. 2 shows voltage plots at various points in the circuit.

Устройство для измерения ширины полосы пропускания оптического кабеля (фиг. 1) содержит задающий генератор 1, формирователь 2 синхроимпульса, формирователь 3 измерительного импульса, источник 4 оптического излучения, оптический приемник 6, фильтр 7 нижних частот, RS-триггер 8, счетчик 9, цифроаналоговый преобразователь 10 и цифровой индикатор 11. A device for measuring the bandwidth of an optical cable (Fig. 1) contains a master oscillator 1, a shaper 2 of a clock pulse, a shaper 3 of a measuring pulse, a source 4 of optical radiation, an optical receiver 6, a low-pass filter 7, an RS-flip-flop 8, a counter 9, digital-to-analog converter 10 and digital indicator 11.

Выход задающего генератора 1 соединен с входом формирователя 2 синхроимпульса, выход которого соединен с первым входом источника 4 оптического излучения и с первым входом формирователя 3 измерительного импульса, выход которого соединен с вторым входом источника 4 оптического излучения, расположенного напротив входного торца исследуемого оптического кабеля 5. Излучение с выходного торца исследуемого оптического кабеля 5 поступает на вход оптического приемника 6, выход которого соединен с входами RS-триггера 8. Фильтр 7 нижних частот включен к цепь между выходами оптического приемника 6 и S-входом RS-триггера 8, выход которого соединен с входом счетчика 9. Сигнал с первого выхода счетчика 9 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 10, а с его выхода - на вход формирователя 3 измерительного импульса. С второго выхода счетчика 9 сигнал поступает на вход цифрового индикатора 11. The output of the master oscillator 1 is connected to the input of the shaper 2 of the sync pulse, the output of which is connected to the first input of the source 4 of the optical radiation and the first input of the shaper 3 of the measuring pulse, the output of which is connected to the second input of the source 4 of the optical radiation located opposite the input end of the investigated optical cable 5. The radiation from the output end of the studied optical cable 5 is fed to the input of the optical receiver 6, the output of which is connected to the inputs of the RS-trigger 8. The low-pass filter 7 is turned on to the circuit between the outputs of the optical receiver 6 and the S-input of the RS-flip-flop 8, the output of which is connected to the input of the counter 9. The signal from the first output of the counter 9 goes to the input of the digital-to-analog converter 10, and from its output to the input of the shaper 3 of the measuring pulse. From the second output of the counter 9, the signal is fed to the input of a digital indicator 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

С выхода источника 4 оптического излучения последовательность синхро- и измерительного импульсов (диаграмма а, фиг. 2) поступает на вход исследуемого оптического кабеля 5, после прохождения по которому оптический сигнал преобразуется в электрический в оптическом приемнике 6 (диаграмма б, фиг. 2), при этом амплитуда синхроимпульса в

раз больше порога срабатывания RS-триггера 8. В начальный момент времени на выходе RS-триггера 8 установлен сигнал логического "0", а счетчик 9 находится в таком состоянии, что сигнал на выходе цифроаналогового преобразователя 10 соответствует наибольшей величине длительности измерительного импульса, которая соответствует показаниям цифрового индикатора 11.From the output of the optical radiation source 4, a sequence of clock and measurement pulses (diagram a, Fig. 2) is fed to the input of the studied optical cable 5, after passing through which the optical signal is converted into an electrical signal in the optical receiver 6 (diagram b, Fig. 2), with the amplitude of the clock in

times the response threshold of the RS-flip-flop 8. At the initial moment of time, the output of the RS-flip-flop 8 is set to a logical "0" signal, and the counter 9 is in such a state that the signal at the output of the digital-to-analog converter 10 corresponds to the largest value of the measurement pulse duration, which corresponds to indications of the digital indicator 11.

По приходе синхросигнала с выхода фильтра 7 нижних частот на S-вход RS-триггера 8 на выходе RS-триггера 8 устанавливается сигнал логической "1". На выходе фильтра 7 нижних частот измерительный импульс уменьшается по амплитуде (диаграмма в, фиг. 2). Однако, поскольку величина его длительности больше ширины импульсной характеристики исследуемого оптического кабеля 5, на выходе RS-триггера 8 снова устанавливается сигнал логического "0". Upon the arrival of the clock signal from the output of the low-pass filter 7 to the S-input of the RS-flip-flop 8 at the output of the RS-flip-flop 8, the logical signal “1” is set. At the output of the low-pass filter 7, the measuring pulse decreases in amplitude (diagram c, Fig. 2). However, since the magnitude of its duration is greater than the width of the pulse characteristics of the studied optical cable 5, the output of the RS-flip-flop 8 is again set to a logical "0" signal.

Сформированный электрический сигнал (диаграмма г, фиг. 2) изменяет состояние счетчика 9 таким образом, что напряжение, вырабатываемое цифроаналоговым преобразователем 10, изменяется в соответствии с изменением длительности измерительного импульса, величина которой отображается цифровым индикатором 11. Процесс уменьшения длительности измерительного импульса повторяется до тех пор, пока его амплитуда на R-входе RS-триггера 8 не превысит значения U_пор. Когда длительность измерительного импульса на входе исследуемого оптического кабеля 5 станет равной по величине ширине импульсной характеристики этого световода, амплитуда измерительного импульса на R-входе RS-триггера 8 уменьшается в

раз, что соответствует значению U_пор. При этом состояние на выходе RS-триггера 8 не изменится, а на цифровом индикаторе 11 отобразится величина длительности измерительного импульса, соответствующая ширине импульсной характеристики исследуемого оптического кабеля 5.The generated electrical signal (diagram g, Fig. 2) changes the state of the counter 9 so that the voltage generated by the digital-analog converter 10 changes in accordance with the change in the duration of the measuring pulse, the value of which is displayed by the digital indicator 11. The process of reducing the duration of the measuring pulse is repeated until until its amplitude at the R-input of the RS-flip-flop 8 exceeds the value of U _then . When the duration of the measuring pulse at the input of the studied optical cable 5 becomes equal in magnitude to the width of the pulse characteristics of this fiber, the amplitude of the measuring pulse at the R-input of the RS flip-flop 8 decreases

times, which corresponds to the value of U _then . In this case, the state at the output of the RS-flip-flop 8 does not change, and the value of the measurement pulse duration corresponding to the width of the pulse characteristic of the studied optical cable 5 is displayed on the digital indicator 11.

В устройстве могут быть использованы задающий генератор, вырабатывающий последовательность прямоугольных импульсов частотой 50 МГц, последовательность синхроимпульсов длительностью 100 нс, последовательность измерительных импульсов длительностью от 400 пс до 10 нс, источник оптического излучения типа ИЛПН и оптический приемник типа ЛФД-2А. The device can use a master oscillator that generates a sequence of rectangular pulses with a frequency of 50 MHz, a sequence of clock pulses with a duration of 100 ns, a sequence of measuring pulses with a duration of 400 ps to 10 ns, an optical radiation source of the ILPN type and an optical receiver of the LFD-2A type.

Таким образом, в предлагаемом устройстве точность измерения увеличивается в несколько раз по сравнению с прототипом. Thus, in the proposed device, the measurement accuracy increases several times in comparison with the prototype.

Claims

DEVICE FOR MEASURING THE WIDTH OF THE OPTICAL CABLE BANDWIDTH, containing a master oscillator connected to the drivers of the clock pulse and the measuring pulse, the outputs of which are connected to the inputs of the optical radiation source, the output of which is connected to the input of the studied optical cable, the output of which is connected to the optical receiver, characterized in that an RS-flip-flop, a low-pass filter, a counter, a digital indicator and a digital-to-analog converter are additionally introduced into it, while the trigger R-input is connected with the output of the optical receiver, the output of which is connected to the input of the counter, the first output of which is connected to the input of the digital indicator, and the second output is connected to the input of the digital-analog converter, the output of which is connected to the second input of the measuring pulse generator, the first input of which is connected to the output of the master oscillator, and output - with the second input of the optical radiation source.