Danas je nabavljen optički reflektometar SI 7780 francuske tvrtke Schlumberger s početka 1990-tih godina.
Schlumberger NV je osnovan 1926. godine u Parizu kao Electric Prospecting Company. Tvrtka je pružala usluge geofizičkih ispitivanja i obrade seizmičkih podataka naftnim kompanijama te razne druge usluge vezane na naftnu industriju, plin, podzemne vode i slično. Tvrtka je godinama sve više rasla te izvršila brojne kupnje i akvizicije raznih poduzeća, između ostalih i tvrtki za proizvodnju električnih mjernih instrumenata te informatičkih tvrtki. Danas je teško točno utvrditi mjesto proizvodnje elektroničkih mjernih instrumenata sa oznakom Schlumberger jer je to velika međunarodna korporacija koja uključuje veliki broj različitih tvrtki. Što se tiče elektronike uz ime Schlumberger vežu se francuska, njemačka i američka poduzeća poput Enertec, Danubia, Solartron, CRC, Heath i druga.
Optički ili svjetlovodni reflektometar (OTDR – Optical Time Domain Reflectometer) je uređaj koji služi za provjeru ispravnosti svjetlovodnih niti i kablova. Takav uređaj odašilje u svjetlovod kratki (uski) svjetlosni impuls, a zatim registrira i mjeri sve povratne refleksije tog impulsa. Impuls će se više ili manje reflektirati od svih anomalija na svjetlovodu, uključujući prekide, spojeve (konektore), oštećenja i druge nehomogenosti koje odstupaju od savršene svjetlovodne niti. Na osnovu vremena potrebnog da odaslani svjetlosni impuls dođe do anomalije i reflektira se natrag na detektor, može se izračunati na kojoj duljini svjetlovoda je detektirana određena refleksija. Po obliku i amplitudi reflektiranog impulsa pak se može zaključiti o kakvoj vrsti nehomogenosti (prigušenja ili prekida) je riječ. Osnovne značajke svjetlovoda koje se mjere reflektometrom su prigušenje svjetlosti, kromatska disperzija, kritična valna duljina i numerička apertura, a mjerenja se mogu vršiti na jednomodnim ili višemodnim optičkim nitima.
Za naš Schlumberger SI 7780 nemamo nikakve tehničke podatke ni upute za upotrebu, nemamo ni svjetlovodni kabao za testiranje istog. Ipak, znamo da je to impulsni reflektometar i da primarno služi za određivanje mjesta prekida ili oštećenja svjetlovodnih kablova sa monomodnim nitima. Moguća su mjerenja na kablovima duljine peko 65 km tako da je ovo profesionalni instrument za mjerenje ispravnosti optičkih kabela prije polaganja i nakon što su položeni i spojeni u optičku mrežu.
Snimili smo nekoliko izgleda ekrana reflektometra. Možemo zaključiti da je prije mjerenja pomoću izbornika potrebno unijeti sve relevantne podatke o mjernim impulsima i mjerenom svjetlovodu kako bi samo mjerenje bilo točno.
Ovo je ispis mjerenja sa pisaća ugrađenog u uređaj. Vidimo da je mjerenje provedeno svjetlosnim impulsom slijedećih odabranih karakteristika:
- valna duljina: 1,550 µm
- širina impulsa: 50 nm
- maksimalna moguća duljina mjerenja: 33,79 km
- indeks loma: 1,4670
- broj kabela: 3
- broj niti: 46
- smjer mjerenja: O –> E
- broj uzoraka: 0 (inače 256)
- broj instrumenta: 457
Sve ove karakteristike se unose prije mjerenja u okvirima koje podržava sam instrument. Na ispisu je još naznačena i inačica softvera kojom je vršeno mjerenje te datum i vrijeme mjerenja.
Naš mjerni grafikon je ravna crta na dnu skale jer nismo imali priključen nikakav svjetlovodni kabao. Vidimo da je na X-osi grafa duljina kabla u kilometrima, a na Y-osi grafa je gušenje u dB. Kod ispravnog optičkog kabla koji nigdje nije prekinut, oštećen ili spajan dobili bi ravnu crtu koja sa duljinom ravnomjerno pada, ovisno koliko je karakteristično gušenje samog svjetlovoda po kilometru duljine. Nagli padovi na tom pravcu (naglo povećanje gušenja) ili pojava impulsa (refleksija) ukazuje na neku anomaliju na toj duljini kabla.
Idealizirani prikaz primjera mjernog grafikona OTDR reflektormetra. X-os predstavlja duljinu kabla u km, a na Y-osi je skala gušenja u dB. Kako se povećava duljina kabla tako se povećava i karakteristično gušenje (1,2 dB/km). Međutim, na nekim točkama kabla se uočavaju anomalije s obzirom na ravnomjerno pravocrtno gušenje uslijed same duljine kabla. To mogu biti povećane refleksije mjernog impulsa, nagla gušenja i kombinacije ove dvije pojave koje najčešće uzrokuju loši optički spojevi ili fizička oštećenja svjetlovodnih kablova.
Za rad sa optičkim reflektometrom SI 7780 je svakako potrebna obuka operatera glede samog postupka mjerenja, podešavanja i kalibracije prije mjerenja, odabira ispravnih mjernih opsega i parametara, te svakako glede prepoznavanja i tumačenja dobivenog mjernog grafikona. Bez originalnog priručnika za upotrebu instrumenta SI 7780 i bez iskustva u radu sa ovakvim uređajima vrlo lako se može izvesti pogrešno mjerenje ili pogrešna interpretacija dobivenih rezultata.
Optički reflektometar SI 7780 sastoji se od termalnog pisača i optičkog modula (opto-električnog pretvornika) i još pet funkcionalnih ploča: matična ploča, ploča napajanja, ploča napajanja CRT ekrana, dvije sistemske ploče (grafička kartica, računalo).
Termalni pisač
Termalni pisači nemaju tonere ni vrpce sa bojom nego ispis rade zagrijavanjem posebnog papira osjetljivog na temperaturu. Taj papir ima premaz koji potamni kad se na njega djeluje temperaturom. Temperatura zagrijavanja termalne glave je oko 200 °C i pri toj temperaturi papir potamni za nekoliko mikosekundi što ispis jednostavne grafike čini dovoljno brzim.
Termalni pisači su obično malih dimenzija, jednostavne konstrukcije te ne traže puno održavanja. Ovaj naš pisač je odmah proradio iako je vjerojatno godinama bio izvan upotrebe i loše skladišten. Neki tintni pisač ili pisač sa trakom vjerojatno bi se već odavno sasušio što često rezultira i trajnim začepljenjem ispisnih glava. Najveći nedostatak termalnih pisača, osim što traže specijalni papir, je kratkotrajna stabilnost slike koja s godinama neminovno blijedi.
Naljepnice preko vijaka metalnog kućišta u najmanju ruku upozoravaju da se ovdje nalaze osjetljivi opto-elektronički sklopovi koji se ne diraju izvan ovlaštenih servisa. Pošto je ovo izmjenjivi modul, naljepnice ukazuju i na to da nije potrebno rastavljati metalno kućište kako bi se modul umetnuo u reflektometar.
Ovo je izmjenjivi senzorski opto-elektronički modul našeg reflektometra. Ovdje ćemo naći pulsirajuće lasere kao generatore svjetlosnih mjernih impulsa određene valne duljine, foto-detektor kao prijemnik reflektiranih svjetlosnih impulsa i optički sprežnik koji prosljeđuje poslane impulse na optički kabao i reflektirane impulse na foto-detektor. Foto-detektor je ujedno i opto-elektronički pretvarač, nakon kojeg slijedi analogno pojačalo te A/D pretvornik kako bi se signali dalje mogli procesuirati digitalno. Bez ikakve dokumentacije ne možemo puno više reći o ovom modulu.
Optički dio reflektometra.
Laser (laseri) kao izvor mjernog svjetlosnog impulsa i foto-detektor (vjerojatno foto-dioda) kao optički prijemnik signala i pretvarač istog u električni signal za daljnju obradu. Mogu se uočiti dva lasera spojena na optički sprežnik od kojih je jedan vjerojatno za mjerenje valnom duljinom 1310 nm, a drugi za mjerenje valnom duljinom 1550 nm. Između njih je reed relej (D31C5110). Izlaz iz optičnog sprežnika spojen je na foto-detektor i foto-električni pretvornik te dalje na pojačalo izlaznog električnog signala.
Optički spežnik (optical coupler) našeg reflektometra.
Opto-elektronički modul sadrži puno snažnih napajačkih i drajverskih krugova.
Elektronički elementi su lemljeni na obje strane višeslojne tiskane pločice, no mi ovdje nismo htjeli ići u rastavljanje koje zahtijeva odlemljivanje spojeva.
Na ovom dijelu je ulazno tranzistorsko pojačalo na koje se nastavlja integrirano pojačalo sa brzim operacijskim pojačalom za visoke frekvencije do 600 MHz (HA3-2539-5 ). Slijedi sekcija sa brzim analognim elektroničkim sklopkama (SD50001N) i reed relejom (D31C5110) te 12-bitni A/D pretvornik (AD578ZJN) nakon kojeg se signal dalje obrađuje digitalno. U trećoj sekciji su regulatori napona napajanja ovih sklopova (LM317, LM337).
Čini je da je ovdje napajanje kombinacija klasičnog i SMPS napajanja.
CRT ekran s prednje strane ima potpuno ravnu masku, a slika je toliko oštra i stabilna da je izvana teško zaključiti da li se radi o CRT ekranu ili LCD displeju.
Mikroprocesori, DMA kontroleri, grafički i alfanumerički kontroleri, RAM i ROM memorije te ostali specijalizirani i logički krugovi koji čine mikroračunalo.
Ova pločica ima sekciju regulacije napona napajanja i ponovno sekciju punu logičkih krugova memorija i mikrokontrolera. Možemo se samo diviti izvedbi ove kartice karakteristične za kompleksnu digitalnu elektroniku do 1990-tih godina.
Dvije litijeve baterije 3,6 V za čuvanje memorije datiraju iz 1992. godine i još uvijek su u radnom stanju.
Optički reflektometar Schlumberger SI 7780 je kao što vidjeli profesionalni mjerni instrument koji se koristi kod polaganja kilometarskih dužina svjetlovoda unutar konstrukcije neke optičke gradske mreže. Za prosječnog elektroničara (amatera) pak bi bilo puno zgodnije imati takav reflektometar za koaksijalne (antenske) kablove. Kada smo razgledavali opto-elektronički modul jasno smo vidjeli dio gdje se optički signal pretvara u električni. Međutim, to ne znači da bi bilo jednostavno prenamijeniti ovaj optički reflektometar u električni. Trebali bi konstruirati generator električnih impulsa i filtre za prosljeđivanje odlaznih i reflektiranih impulsa. Također, razinu signala bi morali prilagoditi postojećim ulaznim pojačalima, a svakako bi trebale i određene korekcije softvera kako bi dobili adekvatne postavke i točna mjerenja. To je naravno nemoguće napraviti napamet, a čak i da imamo svu tehničku dokumentaciju i tvorničke softvere, trebali bi uložiti puno vremena i truda u proučavanje principa rada svih sklopova reflektometra. Čak i tada, velika je vjerojatnost da bi naišli na neke nerješive probleme.
Generalno gledano, lakše je napraviti reflektometar za obične električne koaksijalne kablove uz upotrebu kakvog boljeg osciloskopa. Tu nam praktično treba samo neki jednostavan generator električnih impulsa i filtar (razvodnik) toga signala na osciloskop i na kabao. Naravno, što je impulsna mjerna glava bolje izvedena to ćemo dobiti bolji prikaz refleksija na zaslonu osciloskopa. Na internetu možete naći više primjera izrade takvih impulsnih generatora za pretvaranje osciloskopa u reflektometar. Njima se može mjeriti duljina kabla, te detektirati duljine na kojima postoji prekid, oštećenje ili povećano gušenje uslijed nekih drugih uzroka (spojnice). No jednako kao za svjetlovode, tako je i za koaksijalne vodove ovisno o tipu potrebno poznavati ili izmjeriti osnovne parametre (npr. gušenje po obično 100 m duljine, brzina signala unutar kabla i slično) kako bi mogli dobiti neke mjerljive rezutate. Kada to znamo, sa današnjim brzim osciloskopima prilično točno možemo mjeriti gušenja i refleksije već na relativno kratkim kablovima. Takav osciloskopski reflektometar je svakako dobar alat za svakog radio amatera koji treba povremeno provjeriti duljinu ili stanje svojih antenskih koaksijalnih kablova 🙂