Tài liệu Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật các thông số cơ bản của sợi quang

1 CHƢƠNG 1: CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA SỢI QUANG 1.1. SỰ SUY HAO CỦA SỢI QUANG 1.1.1. Định nghĩa Công suất quang truyền trên sợi sẽ giảm dần theo cự ly với quy luật hàm số mũ tương tự như tín hiệu điện. Biểu thức tổng quát của hàm số truyền công suất có dạng: P  L   P  0  x10  . L 10 Trong đó : P(0): Công suất ở đầu sợi (L = 0) P(L): Công suất ở cự ly L (Km) tính từ đầu sợi  : Hệ số suy hao Công suất quang truyền trên sợi quang 1.1.2. Các nguyên nhân gây suy hao trên sợi quang Các kết quả nghiên cứu cho thấy công suất quang truyền trên sợi bị thất thoát do hấp thụ, tán xạ ánh sáng và khúc xạ qua chỗ sợi bị uốn cong. Ngoài ra, còn có thể kể thêm suy hao do hàn nối và do hiệu suất ghép quang. 1.1.2.1. Suy hao do hấp thụ  Do tự hấp thụ ( hấp thụ bằng cực tím và hồng ngoại ) Do có cấu tạo vỏ điện tử bao và do mối liên quan giữa năng lượng và tần số bức xạ quang, nên các nguyên tử của vật liệu sợi cũng phản ứng với ánh sáng theo đặc tính chọn lọc bước sóng. Như thế, vật liệu cơ bản chế tạo sợi quang sẽ cho ánh sáng qua tự do trong một giải bước sóng xác định với suy hao rất bé hoặc hầu như không suy hao. Còn ở các bước sóng khác sẽ có hiện tượng cộng hưởng quang, quang năng bị hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt năng. Hình 1.1: Suy hao do hấp thụ vùng cực tím và hồng ngoại  Do hấp thụ của ion OH: Sự có mặt của các ion OH của nước còn sót lại trong vật liệu khi chế tạo cũng tạo ra một độ suy hao hấp thụ đáng kể. Độ hấp thụ của ion OH chủ yếu ở bước sóng 2700nm nằm ngoài vùng bước sóng dùng trong thông tin quang từ 2 850nm đến 1600nm…Ngoài ra, độ hấp thụ tăng vọt ở các bước sóng 950nm, 1250nm và 1383nm. Hình.1.2: Độ hấp thụ của ion OH( với nồng độ 10-6 ) 1.1.2.2. Suy hao do tán xạ ánh sáng  Tán xạ Rayleigh: Đặc tính quan trọng của tán xạ Rayleigh là tỉ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng ( 4 ) nên giảm rất nhanh về phía bước sóng dài như hình 1.3 4  0   tx     tx 0     Trong đó:  tx 0  là hệ số tán xạ bước sóng mẫu 0 , xác định theo vật liệu chế tạo sợi. Đối với thủy tinh Silica (Si 0 2 ) thì có 0 = 1 m và  tx 0  = 0,8 dB/Km. Hình 1.3. Suy hao do tán xạ Rayleigh Ở bước sóng 850nm suy hao do tán xạ Rayleigh của sợi Silica khoảng 1 đến 2 dB/Km và ở bước sóng 1300 nm suy hao chỉ khoảng 0,3 dB/Km, ở bước sóng 1550nm suy hao này còn thấp hơn nữa.  Tán xạ do mặt phân cách giữa lõi và lớp bọc không hoàn hảo: Khi tia sáng truyền đến những chỗ không hoàn hảo giữa lõi và lớp bọc tia sáng sẽ bị tán xạ. Lúc đó, một tia tới sẽ có nhiều tia phản xạ với các góc phản xạ khác nhau. Những tia có góc phản xạ nhỏ hơn góc tới hạn sẽ khúc xạ ra lớp bọc và bị suy hao dần. 1.1.2.3. Suy hao do sợi bị uốn cong:  Vi uốn cong ( Micro bendding) 3 Khi sợi quang bị ch n ép tạo nên những chỗ uốn cong nhỏ (biên độ uốn cong khoảng vài mm) thì suy hao của sợi cũng tăng lên. Hình 1.4. Suy hao do ảnh hưởng của uốn cong và vi uốn cong trên sợi quang  Uốn cong ( Macro bendding) Khi sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy hao càng tăng Hình 1.5. Suy hao do uốn cog thay đổi theo bán kính R Độ suy hao do uốn cong có thể được tính theo công thức:  bend  10 log g2 2 g ( / R.) Trong đó :  : Độ lệch chiết suất ( index elevation) R : Bán kính uốn cong a : Bán kính lõi g : Tham số mặt cắt 1.1.2.4. Suy hao do hàn nối: Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ suy hao của mối hàn, có thể xếp thành ba loại chính: - Chất lượng mặt cắt đầu sợi quang - Vị trí tương đối giữa hai đầu sợi quang - Thông số của hai sợi Góc nghiêng của mặt cắt càng lớn thì suy hao mối hàn càng cao (Hình 1.6). Trên thực tế góc nghiêng vào khoảng 10 đến 30 . 4 Hình 1.6. Suy hao mối hàn phụ thuộc góc nghiêng đầu sợi  Vị trí tương đối giữa hai đầu sợi. Suy hao mối hàn phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa hai đầu sợi, còn gọi là các yếu tố ngoài: Độ suy hao của mối hàn phụ thuộc vào các yếu tố ngoài như trên hình 1.7 Hình 1.7. Suy hao hàn nối do các yếu tố ngoài  Các thông số của hai sợi: Do khác biệt về các thông số sau sẽ gây suy hao lớn cho mối hàn: + Đường kính sợi (đường kính lõi, đường kính trường mode) + Độ méo elip + Khẩu độ số (NA) hay góc mở đầu sợi NA  sin  max  n1 2 Hình 1.8. Suy hao hàn nối do sự chênh lệch thông số của 2 sợi 5 Hình 1.9. Độ suy hao do chênh lệch đường kính và chiết suất 1.1.2.5. Suy hao do hiệu suất ghép quang Hiệu suất ghép phụ thuộc vào kích thước vùng phát quang, góc phát quang của nguồn, góc thu nhận (NA) của sợi quang, vị trí đặt nguồn quang với sợi quang. Hình 1.10. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ghép quang Để tăng hiệu suất ghép quang, người ta có thể dùng ghép giữa cách nguồn quang, hoặc nung chảy đầu sợi quang thành dạng cầu. 1.1.3. Đặc tuyến suy hao sợi quang: Đặc tuyến suy hao của sợi quang khác nhau tùy theo chủng loại sợi nhưng tất cả đều thể hiện được các đặc tính suy hao chung như đã phân tích. Một đặc tuyến điển hình của loại sợi đơn mode như hình 1.11. Hình 1.11. Đặc tuyến suy hao của sợi đơn mode 6 1.2. TÁN XẠ TRONG SỢI QUANG 1.2.1. Hiện tƣợng, nguyên nhân và ảnh hƣởng của tán xạ Khi truyền dẫn các tín hiệu digital qua sợi quang, sẽ xuất hiện hiện tượng giãn rộng các xung ánh sáng ở đầu thu, thậm chí trong một số trường hợp, các xung lân cận đ lên nhau, và khi đó ta không phân biệt được các xung với nhau nữa, gây méo tín hiệu khi tái sinh. Hiện tượng giãn xung được gọi là hiện tượng tán xạ. Nguyên nhân chính của hiện tượng tán xạ là do ảnh hưởng của sợi quang mà tồn tại các thời gian chạy khác nhau cho các thành phần ánh sáng phát đi đồng thời. Tán xạ ảnh hưởng rất quan trọng đến chất lượng truyền dẫn, cụ thể như sau:  Khi truyền tín hiệu số (digital), trong miền thời gian nó gây ra giãn rộng các xung ánh sáng.  Khi truyền tín hiệu tương tự (analog) thì ở đầu thu tín hiệu bị giảm nhỏ (tới giá trị AE trên hình 1.12 b) và có hiện tượng dịch pha. Độ rộng băng truyền dẫn của sợi do đó bị giới hạn Hình 1.12. Ảnh hưởng của tán xạ lên tín hiệu digital (a) và analog (b) (S chỉ tín hiệu phát , E chỉ tín hiệu thu ) a) Giãn xung b) Sụt biên độ 1.2.2. Mối quan hệ giữa tán xạ với độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ truyền dẫn 1 0, 44 B=  2, 26.  Hình 1.13. Hàm truyền đạt biên độ của sợi quang 7 Trong thực tiễn, nếu có nhiều hiện tượng tán xạ cùng tác động gây méo xung thể hiện qua các giá trị giãn xung thành phần  1 , 2 …, thì có tán xạ tổng cộng thể hiện là tổng:  2   12   22  … Do ảnh hưởng của tán xạ, các xung ở đầu vào máy thu bị giãn rộng, nhưng hai xung kề nhau còn đủ phân biệt được khi độ giãn xung  còn nhỏ hơn độ giãn xung  s của xung phát đi, từ đó tốc độ Bit là: C 1   2,26.B  2 B 1.2.3 . Các loại tán xạ 1.2.3.1. Tán xạ vật liệu 1.2.3.2. Tán xạ dẫn sóng 1.2.3.3. Tán xạ mode 1.2.3.4. Tán xạ mặt cắt 1.3.2.5. Tán sắc tổng cộng 1.2.3.6. Độ tán sắc của một vài loại sợi đặc biệt. * Sợi dịch tán sắc: Trong những tuyến cáp quang đường dài bước sóng 1550nm được chuộng hơn nhằm giảm số trạm tiếp vận vì độ suy hao ở bước sóng này chỉ vào khoảng phân nửa so với mức suy hao ở bước sóng 1300nm. Nhưng lại gặp một trở ngại là độ tán sắc ở bước sóng 1550nm lớn hơn. Để có được sợi dịch tán sắc, dạng phân bố chiết suất của sợi như hình 1.14. Lúc đó tán sắc chất liệu và tán sắc dẫn sóng triệt tiêu nhau ở bước sóng 1550nm. Đường biến thiên tán sắc của sợi dịch tán sắc như trên hình 1.14. * Sợi san bằng tán sắc: Hình 1.14. Tán sắc sắc thể của một số loại sợi 8 1.2.4. Ảnh hƣởng của sự trộn mode vào tán xạ mode trong sợi đa mode: Trên hình (1.15) cho ví dụ sự thay đổi đường đi của các tia sáng khi đi qua đoạn sợi quang bị uốn cong. Hình 1.15. Sự thay đổi đường đi các tia sáng Khi đi qua một chỗ sợi bị uốn cong thì một tia thẳng hơn (ví dụ tia 1) sẽ trộn lẫn vào tia dốc hơn (tia 2) hoặc ngược lại (tia 1). Như thế, năng lượng của tia được giữ nguyên, nhưng đã chuyển thành một mode khác, cụ thể từ mode bậc nhỏ hơn thành mode bậc cao hơn và ngược lại. Hiện tượng này trong sợi đa mode được gọi là sự trộn mode hay tản mode. KẾT LUẬN CHƢƠNG I Trong chương này, đã đưa ra các thông số cơ bản của sợi quang như: Suy hao, tán sắc, đường kính trường mode, bước sóng cắt, các thông số hình học, các yêu cầu kỹ thuật đối với cáp quang… Qua đó giúp cho việc nghiên cứu, khảo sát, tính toán các loại sợi quang và tính toán thiết kế các hệ thống truyền dẫn quang để ứng dụng trong thực tế. Như chúng ta đã biết, một trong những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến khả năng truyền dẫn của hệ thống truyền dẫn thông tin cáp sợi quang là độ suy hao, độ tán sắc… Độ suy hao của sợi quang phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Do nhà sản xuất, và khi thi công lắp đặt, vận hành… Có 3 vùng bước sóng có suy hao thấp ở các bước sóng 850nm, 1300nm, 1550nm, với sợi quang được chế tạo có dạng phân bố chiết suất đặc biệt thì bước sóng 1550nm được sử dụng rộng rãi vì tại đó sẽ có suy hao thấp và tán sắc nhỏ. Ngày nay người ta đã thiết kế và chế tạo hai loại sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang, đó là sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispertion-Shifted Fiber) và sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ-DSF(Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber). Như vậy, nhờ hai loại sợi này với nhiều ưu điểm là độ suy hao, độ tán sắc thấp giúp ta có thể xây dựng được các hệ thống thông tin quang có tốc độ cao, cự ly xa... 9 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO TRÊN SỢI QUANG VÀ CÁP QUANG 2.1. ĐO SUY HAO SỢI QUANG Như đã phân tích ở trước, suy hao là một trong các thông số quan trọng, nó cho phép xác định xem tín hiệu quang bị suy giảm bao nhiêu khi qua một độ dài cho trước của sợi dẫn quang, từ đó có thể tính được độ dài cực đại cho phép của tuyến mà không cần trạm lặp. Vì vậy, một trong các yêu cầu quan trọng là phải xác định được thông số này. Có hai phương pháp đo suy hao đang được áp dụng: - Phƣơng pháp đo 2 điểm: Dùng máy phát quang và máy đo công suất quang. - Phƣơng pháp đo quang dội còn gọi là đo tán xạ ngược (backscattering): Dùng máy đo quang dội OTDR ( hoặc gọi máy đo phản xạ quang theo thời gian). 2.1.1. Đo suy hao theo phƣơng pháp hai điểm: Để đo suy hao sợi quang theo phương pháp này, cần có một nguồn quang có công suất phát ổn định và máy đo công suất quang có độ nhạy cao. Nguyên lý đo: Đo mức công suất quang ở đầu và cuối sợi để tính ra suy hao của sợi. Để thích hợp với điều kiện của sợi quang cần đo, phương pháp này lại được chia làm hai phương pháp với cùng một nguyên lý đo nhưng cách đấu nối với sợi quang khác nhau: 2.1.1.1. Phương pháp cắt sợi (cut-back-method) 2.1.1.2. Phương pháp xen thêm : (Insertion loss method) 2.1.2. Đo suy hao theo phƣơng pháp đo tán xạ ngƣợc (Backscattering) * Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược: Hình 2.1. Nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngược Xung đo được tạo ra từ bộ phát xung và đưa vào điều chế với nguồn quang bán dẫn như diode phát quang LED hoặc diode laser LD. Xung quang đã điều chế đi qua bộ ghép nối quang để truyền vào sợi quang cần đo. Xung ánh sáng truyền qua sợi sẽ xảy ra tán xạ ngược hoặc phản xạ trở lại đầu sợi tại những chỗ không đồng nhất trên đường truyền. 10 Các tia phản xạ và tán xạ ngược qua bộ ghép nối quang để vào diode tách quang và trị số của xung phản xạ và tán xạ ngược được chỉ thị trên màn hình và đồng hồ đo. Kết quả chỉ thị được thể hiện cả biên độ và thời gian từ lúc phát xung cho đến khi thu được xung quay trở lại. Khi sự phản xạ xuất hiện ứng với điểm nào đó trên sợi thì có một xung đột biến. Tán xạ ngược qua các mối hàn sẽ biểu thị suy hao nên đường cong tại đó có bậc thang. Hình 2.2. Sự thay đổi công suất quang theo chiều dài 2.2. QUY TRÌNH ĐO THỬ HỆ THỐNG CÁP QUANG: 2.2.1. Mục đính đo thử: Đo thử trên cáp quang đã lắp đặt nhằm các mục đính sau: - Xác định xem tổng suy hao truyền dẫn có thỏa mãn theo thiết kế không. - Xác định xem khi lắp đặt cáp có vấn đề gì ảnh hưởng đến suy hao của sợi và quá trình hoạt động sau này của cáp không. - Tìm các chỗ không đồng đều như mối hàn xấu, chỗ suy hao sợi lớn, chỗ khớp nối. - Xác nhận các chỗ nối sợi và suy hao sợi để nhằm thiết kế các đoạn lặp trong tương lai. - Lập bảng số liệu chuẩn cho công tác bảo dưỡng sau này - Cung cấp thông tin phản hồi để tối ưu việc thiết kế, chế tạo và lắp đặt cáp - Tích lũy kinh nghiệm để tối ưu công tác đo thử. Yêu cầu các phương pháp đo phải an toàn, hiệu quả, giá thành thấp mà vẫn thực hiện đầy đủ các mục đích đo thử như trên. 11 2.2.2. Các loại công tác đo thử: 2.2.2.1. Tổng quan: Các phương pháp đo thử hiểu theo nghĩa rộng không có nghĩa là chỉ thuần túy các nội dung đo như suy hao, tán sắc, suy hao mối nối hoặc đặc tuyến suy hao trên máy OTDR mà còn là những vấn đề liên quan, chẳng hạn phải thỏa mãn với các câu hỏi như: Tại sao phải đo, đo ở đâu, đo khi nào và cách thức đo như thế nào? Những vấn đề đo thử trên các đoạn cáp theo độ dài chế tạo do các nhà sản xuất thực hiện không nêu ở đây. Nội dung đo ở đây áp dụng cho công tác đo thử ở hiện trường trên cáp đã lắp đặt và trước khi đấu vào các thiết bị đầu cuối đường dây. 2.2.2.2. Kinh nghiệm thực hiện - Trong khi thi công các tuyến cáp, công tác đo thử có thuận lợi hay không, không chỉ phụ thuộc vào người đo thử, mà còn phụ thuộc vào kỹ thuật hàn nối sợi. Do vậy để thuận tiện cho công tác đo thử tại hiện trường, trước hết phải cần sử dụng các tuyến mẫu huấn luyện để đánh giá trình độ của cả cán bộ hàn nối và cán bộ đo thử. - Chỉ cần tiến hành đo thử khi đã lắp đặt hoàn thiện toàn bộ đoạn lặp không cần đo thử trong khi đang thi công rải đặt, bởi vì có thể dựa vào khả năng chuyên môn của cán bộ và dựa vào những số liệu thống kê của các lần đo thử tại hiện trường trước, thì việc đo thử khi đang rải đặt là không cần thiết. - Nên thực hiện ở bước sóng 1550nm, lấy đó làm chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng thiết kế, chế tạo và thi công cáp. Đồng thời cũng cho biết cáp đã rải đặt có phù hợp để làm việc ở bước sóng 1550nm sau này hay không. - Giảm giá thành đo thử nhờ phát triển các phương pháp đo với nội dung và thuật toán đo ít nhất và phối hợp với các số liệu thống kê. 2.2.3. Các phép đo: 2.2.3.1. Đo thi công lắp đặt: a. Đo suy hao khớp nối b. Đo suy hao mối hàn 2.2.3.2.Đo nghiệm thu: a. Đo suy hao bằng OTDR (Optical Time Domain Relectometer). b. Đo suy hao bằng nguồn quang và đồng hồ đo công suất: 2.2.3.3. Đo nghiệm thu thông tuyến 2.2.3.4. Đo thử bảo dưỡng 2.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 Đo các tham số trong hệ thống thông tin quang đóng vai trò vô cùng quan trọng, các thông số đó có liên quan trực tiếp đến đặc tính của sợi quang và cáp quang. Trong chương này chỉ nêu phương pháp đo suy hao và quy trình đo thử hệ thống cáp quang với mục đích và các loại công tác đo thử. Trong các phương pháp đo thì phương pháp đo suy hao là quan trọng nhất. Ở chương này giới thiệu hai phương pháp đo suy hao là: Phương pháp đo hai điểm và phương pháp đo tán xạ ngược. Chúng ta muốn quản lý và khai thác 12 tối ưu tuyến truyền dẫn quang thì cần phải nắm vững các kỹ năng và các phương pháp đo suy hao của tuyến truyền dẫn quang. Với những số liệu cập nhật được: Suy hao toàn tuyến, suy hao tại mỗi trạm, suy hao mối hàn, khớp nối và nhiều yếu tố khác sẽ giúp chúng ta thuận lợi trong quá trình quản lý, vận hành, khai thác, bảo dưỡng và nâng cấp mạng truyền dẫn sau này. Đối với người làm công tác thi công, bảo hành, bảo trì mạng cáp quang thì việc chon một máy đo OTDR là rất quan trọng, ngoài ý nghĩa về tài chính còn xét đến sự tiện lợi của quá trình thi công như máy phải đo được cự ly mong muốn, khả năng xác định suy hao và khoảng cách điểm đứt và đầu cuối càng chính xác càng tốt giúp tăng hiệu quả làm việc và giảm thời gian thi công trên công trường. Tính năng lưu trữ các kết quả và khả năng kết nối với máy tính và mạng cũng là một ưu điểm để người thi công dễ dàng nghiệm thu tuyến và bàn giao kết quả. 13 CHƢƠNG 3: ĐO SUY HAO BẰNG THIẾT BỊ OTDR 3.1. THIẾT BỊ OTDR 3.1.1. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ tổng quát của máy đo OTDR Máy phóng các xung ánh sáng vào sợi cần đo. Trên đường truyền các xung ánh sáng gặp những chướng ngại vật khác nhau như những chỗ không đồng nhất của sợi, mối hàn khớp nối, vết nứt của sợi,… do đó sẽ có một phần năng lượng ánh sáng dội về dưới hình thức phản xạ hay tán xạ ngược. Mức độ phản xạ phụ thuộc vào tính chất của những chỗ không đồng nhất trên sợi. Năng lượng ánh sáng phản xạ được thu nhận, chuyển đổi thành tín hiệu điện, khuyếch đại và cho hiển thị lên màn hình. Trục tung chia theo mức công suất phản xạ còn trục hoành chia theo chiều dài sợi thông qua thời gian trễ từ lúc phóng xung đến lúc nhận xung. Dưới sự kích thích của các xung điện từ mạch tạo xung, LASER phát xung ánh sáng vào sợi quang thông qua các bộ ghép và rẽ tia. Các xung phản xạ được bộ rẽ tia đưa đến bộ tách sóng quang để đổi ra xung điện. Biên độ xung phản xạ rất nhỏ nên cần được khuyếch đại trước khi đưa qua bộ xử lý để hạn chế nhiễu, lấy giá trị trung bình rồi cho hiển thị lên màn hình. Hình 3.1. Sơ đồ tổng quát của máy đo OTDR Thời gian trễ từ dấu hiệu phản xạ ở đầu sợi đến dấu hiệu phản xạ ở cuối sợi thể hiện thời gian truyền của ánh sáng từ đầu sợi đến cuối sợi (theo hai chiều) nên có thể suy ra được chiều dài của sợi. Tương tự như vậy có thể tính được cự ly từ đầu sợi đến điểm có suy hao bất thường. Nếu tín hiệu tán xạ ngược được khuếch đại tuyến tính thì đường biểu diễn trên màn hình là đường cong giảm dần theo quy luật hàm số mũ (hình 3.2a). Nếu dùng bộ khuếch đại logarit thì đường biểu diễn trên màn hình là đường thẳng có hệ số góc âm (hình 3.2b). 14 Hình 3.2. Công suất phản xạ của một sợi đồng nhất Nếu trên sợi có nhiều đoạn có độ suy hao khác nhau thì đường thể hiện là đường gãy gồm có nhiều đoạn có độ dốc khác nhau. Những chỗ có phản xạ thì được thể hiện bằng các xung nhọn vì công suất phản xạ lớn hơn công suất tán xạ ngược với cùng mức công suất tới (Hình 3.3) 3.1.2. Các thông số chính: 3.1.2.1. Tần số phát xung: Thời gian để một xung ánh sáng truyền từ đầu sợi đến cuối sợi rồi phản xạ về đầu sợi là: L n t  2  2L 1 v C Với L: là chiều dài sợi v c n1 : Vận tốc ánh sáng truyền trong sợi Thời gian trên cũng chính là chu kỳ tối thiểu của chuỗi xung nên tần số tối đa của chuỗi xung là: 1 C f max   t 2.L.n1 Muốn đo sợi càng dài thì tần số phát xung phải càng thấp. Thông thường tần số phát xung trong khoảng thấp hơn 1kHz. 3.1.2.2. Độ phân giải: 15 Bề rộng xung  càng rộng thì lmin càng lớn tức là độ phân giải càng kém và ngược lại. Bề rộng xung của các máy trên thực tế có thể điều chỉnh được từ vài chục ns đến vài μs tương ứng với lmin  5m  100m Khi đo cự ly gần thì dùng T nhỏ nhỏ để tăng độ phân giải còn khi đo cự ly xa thì dùng T lớn để tăng dải động. 3.1.2.3. Dải động: Cự ly tối đa mà máy OTDR có thể đo được phụ thuộc vào dải động của máy và độ suy hao trung bình của sợi quang. Để xác định dải động của máy cần phân tích sự phân bố công suất quang do máy phát ra (hình 3.4). Dải động và độ phân giải của 1 máy OTDR có liên quan với nhau thông qua độ rộng xung T, xung càng rộng thì năng lượng quang phóng vào sợi càng lớn nên dải động càng cao nhưng độ phân giải càng kém và ngược lại . 3.1.3. Các ứng dụng của máy đo quang dội OTDR: 3.1.3.1. Đo suy hao toàn tuyến: 3.1.3.2. Đo chiều dài sợi: 3.1.3.3. Xác định chỗ sợi bị đứt 3.1.3.4. Đo suy hao của mối hàn và khớp nối: 3.1.3.5. Xác định thứ tự mối hàn: 3.2. ĐỊNH GIÁ SAI SỐ ĐO LƢỜNG Đo lường là một phương pháp vật lý thực nghiệm nhằm mục đích thu được những tin tức về đặc tính số lượng của một đối tượng hay một quá trình cần nghiên cứu. Nó được thực hiện bằng cách so sánh một đại lượng cần đo với đại lượng đã chọn dùng làm tiêu chuẩn, làm đơn vị. Kết quả đo được, thì được biểu thị bằng số hay bằng biểu đồ. Kết quả đo được này chỉ là một trị số gần đúng, nghĩa là phép đo có một sai số nào đó. Vấn đề ở đây là cần xử lý các trị số gần đúng này, ta cần đánh giá được độ chính xác của phép đo. 3.2.1. Nguyên nhân và phân loại các sai số đo lƣờng 3.2.1.1.Nguyên nhân gây sai số. - Các nguyên nhân khách quan, ví dụ như dụng cụ đo lường không hoàn hảo, đại lượng đo được bị can nhiễu nên không hoàn toàn được ổn định… 16 - Các nguyên nhân chủ quan, ví dụ như do thiếu thành thạo trong thao tác, phương pháp tiến hành đo không hợp lý… 3.2.1.2. Phân loại sai số *) Sai số hệ thống *) Sai số ngẫu nhiên: 3.2.2. Sai số tuyệt đối và sai số tƣơng đối Thông thường các sai số hay được phân loại theo biểu thức diễn đạt. Theo cách phân loại này thì có hai loại: Sai số tuyệt đối và sai số tương đối. 3.2.2.1. Sai số tuyệt đối 3.2.2.2.Sai số tương đối: 3.2.3. Quy luật tiêu chuẩn phân bố sai số 3.2.3.1. Hàm số phân bố chuẩn: Giản đồ này cho ta hình ảnh đơn giản về sự phân bố sai số, nghĩa là quan hệ giữa số lượng xuất hiện các sai số theo giá trị độ lớn của sai số. Nếu tiến hành đo nhiều lần, rất nhiều lần, tức là lần đo là n   , thì theo quy luật phân bố tiêu chuẩn của lý thuyết xác suất, giản đồ của v theo x sẽ tiến đến một đường cong trung bình p(x) như hình 3.6 lim v( x)  p( x) n  Hình 3.5. Biểu đồ phân bố tần suất Hình 3.6. Giản đồ của v theo x 3.2.3.2. Hệ quả của sự nghiên cứu hàm số phân bố sai số: Từ hàm số phân bố của sai số, ta rút ra hai nhận xét về quy tắc phân bố:  Xác suất xuất hiện các sai số có giá trị bé thì nhiều hơn xác suất xuất hiện các sai số có giá trị lớn  Xác suất xuất hiện sai số thì không phụ thuộc vào dấu, nghĩa là các sai số có trị giá bằng nhau về trị số tuyệt đối nhưng khác dấu nhau, thì có xác suất xuất hiện như nhau. (Đường biểu diễn hàm số đối xứng với trục tung). 3.2.4. Tiêu chuẩn đánh giá độ chính xác của kết quả đo lƣờng 3.2.4.1. Sai số trung bình cộng (sai số bình quân) 3.2.4.2. Sai số trung phương (sai số quân phương) 3.2.4.3. Sai số xác suất 3.2.4.5. Sai số giới hạn 17 3.3. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ KHI ĐO CỰ LY SỢI QUANG 3.3.1. Ảnh hƣởng của chỉ số chiết quang đến phép đo Mỗi thiết bị đo OTDR đều có các tham số riêng, nhiều tham số quan trọng trong ứng dụng thực tiễn như: - Bước sóng công tác - Dải động - Độ phân giải không gian (dải đo ngang) và độ chính xác của phép đo khoảng cách - Độ tuyến tính - Độ phân giải suy hao (dải đo đứng) và độ chính xác của phép đo suy hao 3.3.2. Ảnh hƣởng của độ rộng xung phát và dải động của OTDR 3.3.3. Ảnh hƣởng khi đặt vị trí con trỏ trên màn hình thiết bị OTDR 3.3.4. Ảnh hƣởng của sự sắp xếp sợi quang trong cáp 3.3.4.1. Cấu trúc lớp và đơn vị: 3.3.4.2. Sự xoắn ruột cáp: 3.3.4.3. Sự dãn dài và co rút 3.3.5. Ảnh hưởng của sơ đồ hoàn công khi xác định khoảng cách cáp 3.4. ĐO THỰC NGHIỆM BẰNG THIẾT BỊ OTDR 3.4.1. Kết quả thực nghiệm đo đạc bằng thiết bị OTDR MW910C Thực hiện đo kiểm tra tuyến truyền dẫn quang cho các trạm BTS Nho Quan – Ninh Bình - Thiết bị đo: OTDR MW910C - Đoạn đo: Từ trạm NBH048-NBH196 huyện Nho Quan –Ninh Bình - Loại cáp: ADSS-24Fo - Chiết suất sợi: n = 1,4670 - Chiều dài tuyến cáp: L = 11.632 Km - Tổng các mối nối: N = 3 18 19 20