Последний вариант — самый дорогой, но он позволяет намного увеличить протяженность линии при использовании той же электроники. Для задач видеонаблюдения тип используемого стекловолокна — многомодовый или со ступенчатым профилем — не имеет особого значения.
На рис. 10.38 приведены профили показателей преломления для этих трех типов стекловолокна.
Свет может попадать в оптоволоконный кабель под разными углами.
Зная разные показатели преломления воздуха и стекловолокна, применим теорию преломления и закон Снелиуса:
где
Рис. 10.40.
Левая половина выражения описывает очень важное свойство стекловолокна, которое называется числовой апертурой.
Числовая апертура характеризует светособирающую способность оптоволоконного кабеля.
На практике числовая апертура позволяет понять, как соединить два оптоволоконных кабеля и при этом сохранить сигнальный контакт. Реальные значения типичного апертурного угла для кабеля со ступенчатым профилем показаны на рис. 10.40.
Чтобы рассчитать числовую апертуру NA (угол
Далее приведены основные тригонометрические преобразования, позволяющие выразить числовую апертуру только через показатели преломления стекловолокна.
Применяя закон Снелиуса и опираясь на рисунок, получаем:
Для полного отражения
Так как
и используя уравнение (50), мы можем преобразовать (47) в более приемлемый вид, без синусов и косинусов:
Зная основное правило тригонометрии
Формула (54) это хорошо известная формула для вычисления числовой апертуры оптоволоконного кабеля по двум известным показателям преломления — внутренней нити и оболочки. SQRT — это корень квадратный.
Очевидно, чем выше это значение, тем больше светособирающий угол кабеля.
Приведем реалистичный пример:
Для волокна с плавным профилем апертура является переменной и зависит от радиуса измеряемого профиля, но она ниже, чем у многомодового волокна со ступенчатым профилем. Для одномодового волокна 9/125 мкм числовая апертура
Выходная мощность света измеряется в ваттах (как и любая другая мощность), но поскольку в оптоволоконной связи используются очень слабые источники света, то удобнее сравнивать выходную мощность с входной, а в этом случае мы получаем хорошо известное соотношение для децибел:
Однако, если сравнивать конкретную мощность света с абсолютным значением, например 1 мВт, то мы будем говорить о дБм, то есть:
Рассчитывать уровни передачи легче в децибелах.
Отрицательное значение в децибелах при расчете А означает потери, а положительное значение — среднее усиление.
Если
Определение децибел при сравнении мощностей задается уравнением (55), но, как указывалось ранее, для напряжения и тока определение выглядит иначе:
Не углубляясь в теорию, отметим, что децибелы для мощности вычисляются с коэффициентом 10 перед логарифмом, а для напряжения (и тока) — с коэффициентом 20.
Потери света при прохождении по волоконному кабелю объясняются следующими факторами:
— Стыковкой с источником
— Сращиванием световодов
— Затуханием в стекловолокне из-за его неоднородности
— Высокими температурами и т. д.
Проектируя систему видеонаблюдения с оптоволоконным кабелем, важно знать общее затухание, так как мы работаем с очень слабыми сигналами. Лучше работать с наихудшими оценками, чем использовать средние значения — только тогда возможно спроектировать надежную и качественную систему.
Для этого следует помнить, что в большинстве случаев выходная мощность излучения 850-нм светодиода лежит между 1 дБм и 3 дБм, а 1300-нм светодиод имеет несколько меньшую мощность — от 0 дБм до 2 дБм (помните, что мощность выражена относительно 1 мВт).
Потери также зависят от числовой апертуры и от профиля волокна, который может быть ступенчатым или плавным.
Реалистичное значение потерь, вызванных соединением с источником, составляет около 14 дБ (относительно выходной мощности источника).
