Динамикалық диапазон

Заманауи оптикалық рефлектометрлердің (ЗОР) параметрлері.

Қазіргі кезде ОР-дың көптеген түрлері бар. Барлық заманауи ОР-да ТТ(талшықты тракт)-ның бөлек нүктелерінен ЗОР-ды сақтайтын құрылғылар болады, логарифмделген ЗОР – бұл әрбір нүктеде ЗОР-ды өлшеу нәтижелерін сақтау үшін қолданылатын оперативті есте сақтау құрылғысы. ОР-дың құрамына графикалық дисплей кіреді, ол бір немесе бірнеше меңзердің және қондырылған функциялары бар алынған рефлектограммалардың көмегімен ТТ-ның әртүрлі параметрлерін анықтауға мүмкіндік береді. Көптеген ОР стандартты интерфейс арқылы компьютермен өзінің мәліметтерімен алмаса алады.

ОР-дың ең маңызды параметрлеріне динамикалық диапазон, өлшеу уақыты, кеңістіктік анықтық және өлі аймақ ауқымы жатады.

Динамикалық диапазон.

Динамикалық диаазон ЗОР-дың шуға қатынасы ≥1болғанда, ТТ-ның максималды сөнуін анықтайды. Ол зерттелетін ОТ түріне және қолданылатын толқын ұзындығына байланысты. Зондтаушы сигналдың қуаты мен ұзақтығы, жинақталған ЗОР саны мен өлшеу уақытының өсуімен, сонымен қатар ФПУ-дың шу деңгейінің төмендеуімен динамикалық диапазон жоғарылайды. Әдетте жарнама түріндегі анықтамалық басылымда келтірілген ОР-дың динамикалық диапазоны максималды зондтаушы сигналдың қуаты мен ұзақтығы, жинақталған ЗОР саны мен өлшеу уақытына сәйкес келеді. Динамикалық диапазонды нақты рефлектограмма үшін, жақын аймақтағы максималды ЗОР мен ТТ-дан тыс шу деңгейі арасындағы айырымы ретінде анықтауға болады.

Шу деңгейі (сезіну шегі) ФПУ параметрлерімен анықталады және нөлді (0 дБ) деп қабылданатын, кейбір қуатқа Р_Н қатысты оптикалық қуат бірлігімен Р_пор немесе логарифмді бірлікпен Y_пор көрсетілуі мүмкін

ФПУ-дың сезіну шегі фотоқабылдағыш, алдын ала күшейткіш шу коэффициенті және ФПУ күшейткішінің Δf өткізу сызықтарының түрлеріне байланысты.

Шекті қуат ФПУ кірісіне келтірілген, шудың спектральды тығыздығы S_Ш арқылы беріле алады

ФПУ шығысында ТТ оптикалық импульстардың әртектілігінен шағылысқан, ұйғарыңды бұрмалануына сүйеніп, ФПУ күшейткішінің Δf өткізу сызықтары таңдалады. Сонымен импульс ұзақтығы t_и мен қажетті Δf өткізу сызығы арасында кері пропорционалды тәуелділік бар. ТТ жақын аймағында ЗОР-дың салыстырмалы деңгейі нормаланатын, импульс ұзақтығы үшін ФПУ-дың сезіну шегінің Р_пор0 өлшемі белгілі деп алсақ, яғни t_и =1 нс блғанда, барлық импульс ұзақтығы үшін ФПУ-дың сезіну шегін келесі теңдеу түрінде жазуға болады

Сигналдың шуға қатынасын жоғарылату үшін, сәйкесінше, динамикалық диапазонды өсіру үшін ФПУ шығысында ЗОР жинағын пайдаланады. Рефлектограмманың әрбір нүктесінде сигналдың жинақталуы және орташалануы орташа мәнді кезекті есептеумен жүретін көпретті өлшемдермен эквивалентті. Сигналдың шуға қатынасы есе өседі, мұндағы – бір нүктеде ЗОР жинақталуының (өлшемдерінің) саны.

Сезіну шегі үшін айтылған мәліметтерді ескеріп, келесі теңдеу жазуға болады

(4.22)және (4.33) ескере отырып, динамикалық диапазон анықтамасына сүйеніп, келесі теңдеу аламыз

Динамикалық диапазон 4.25 суретте көрсетілгендей, тіркелген рефлактограммамен тәжірибе жүзінде анықтала алады. Рефлактограмма арқылы кері шағылысудың Y_Sm максималды деңгейін анықтау айтарлықтай оңай. Шудың ортаквадрадты Y_ш деңгейіне (шу – кездейсоқ процесс) сәйкес келетін,деңгейді табу қиынырақ. Сонымен қатар шудың максималды деңгейін Y_im ТТ-дан тыс анықтау айтарлықтай оңай.

Динамикалық диапазонды бағалау үшін келесі жорамалдарды пайдалануға болады.

Сызықты масштабта шудың максималды деңгейі Р_шт шу деңгейінің ортаквадратты мәнінен 3 есе үлкен деп жорамалдаймыз. Сонда логарифмдегенде шудың ортаквадратты деңгейі Y_ш максималдыдан 2,4 дБ аз болады.

Лшеу уақыты

Рефлектограммды тіркеу уақыттың шынайы масштабында жүрмейді, себебі шудан сигналдың шығуы үшін ЗОР-дың жинақталуы қажет.Өлшеу уақыты жинақталу санына N және зондтаушы импульстың еру периодына T₀ тәуелді.

Соңғы өлшем бірлік ТТ-ның максималды ұзындығына L_m тәуелді, ол да N секілді, оператор арқылы әртүрлі әдістермен қондырылады. Өлшеу уақытын келесі формула арқылы анықтауға болады.

мұндағы n₁ – ОВ өзегінің сыну коэффициенті; с – вакуумдағы жарық жылдамдығы.

Осындай әдіспен алынған уақыт рефлектограмманың барлық нүктелерінде ЗОР-дың параллельді жинақталуы қатысында анықталатынын ескереміз. Бұл ең тиімді (тез) жинақталу. Дегенмен, бұл тез әсер ететін, сәйкесінше, экономды емес жинақтаушыға арналған элементті базаны қолдануды қажет етеді. Бұл шағын дала ОР үшін паралельді жинақтаушының қолдануын күрделендіреді. Алдыңғы буын рефлектометрлері ретті жинақтаушыны пайдаланған, бұнда зондтаудың бір периодында рефлектограмманың тек қана бір нүктесін ЗОР өлшейді. Бұл жағдайда уақыт өлшемі М есе өседі, мұнда – рефлектограммадағы нүкте саны. Уақыт өлшемін азайту үшін нүкте санын төмендету керек. Басқа жағынан, әртектілікті шағылыстырушыларды анықтау үшін ол жеткілікті болу керек. Нүктелердің орынды саны келесіге тең

Параллельді және ретті жинақтаушылардан басқа, параллельді-ретті жинақтаушы да қолданыс тауып келеді. Уақыт өлшемі екі шекті жағдайлар арасындағы аралық мәнге ие.