Рефлектометр — измерительный прибор¶

Рефлектометр — измерительный прибор, предназначенный для определения коэффициента отражения (рефлексии) электромагнитных волн, света или ультразвука от поверхности или границы раздела сред, а также для измерения расстояния до отражающего объекта по времени задержки отражённого сигнала. Приборы этого класса применяются в телекоммуникациях, геофизике, строительстве, пищевой промышленности и научных исследованиях.

¶Принцип действия

Рефлектометр работает на основе физического явления отражения волны от границы раздела двух сред с различными значениями волнового сопротивления (в оптике — показателя преломления, в акустике — акустического импеданса, в радиотехнике — волнового сопротивления линии). При попадании волны на такую границу часть энергии отражается обратно, а часть продолжает распространяться во вторую среду. Степень отражения описывается коэффициентом отражения, который зависит от разности характеристик сред.

Рефлектометр регистрирует отражённый сигнал и измеряет либо его амплитуду (для определения коэффициента отражения), либо время задержки между излучённым и принятым сигналом (для определения расстояния до отражающей границы). В случае измерения времени задержки расстояние вычисляется по формуле L = v·t/2, где v — скорость распространения волны в среде, t — время двойного прохода сигнала.

¶Классификация

По типу излучаемых волн рефлектометры подразделяются на:

• Оптические — используют лазерное или светодиодное излучение; применяются для измерения отражательной способности поверхностей, характеристик тонких плёнок и покрытий.
• Радиочастотные (электромагнитные) — работают в диапазоне радиоволн; применяются в телекоммуникациях для локализации повреждений кабельных линий.
• Ультразвуковые — используют ультразвуковые волны; применяются в неразрушающем контроле и медицинской диагностике.
• Акустические — применяются в геофизике для исследования подповерхностных границ.

По назначению выделяют рефлектометры для лабораторных измерений (исследование свойств материалов и покрытий) и для полевых измерений (поиск повреждений, геологоразведка).

¶Оптический рефлектометр

Оптический рефлектометр измеряет коэффициент отражения света от поверхности или границы раздела сред. Прибор состоит из источника излучения, системы подачи света на образец, приёмника отражённого сигнала и измерительной электроники. Для получения спектральных характеристик применяются монохроматоры, позволяющие последовательно измерять отражение в широком диапазоне длин волн. Результаты представляются в виде спектра коэффициента отражения.

Оптические рефлектометры используются для контроля толщины и оптических констант тонких плёнок, характеристики зеркальных и диффузных покрытий, а также в спектроскопии материалов.

¶Рефлектометр оптико-волоконный

Волоконно-оптический рефлектометр (оптический рефлектометр для волоконных линий связи) является одним из наиболее распространённых типов приборов в телекоммуникации. Он излучает оптический импульс в волоконный кабель и анализирует отражённый сигнал, возникающий при неоднородностях и повреждениях линии. По времени задержки отражённого сигнала определяется расстояние до места повреждения с точностью до метров.

Основные характеристики волоконно-оптических рефлектометров:

Приборы этого типа подразделяются на рефлектометры непрерывного действия (OTDR — Optical Time Domain Reflectometer) и рефлектометры с частотным диапазоном (OFDR). OTDR является стандартным инструментом монтажа и обслуживания оптических линий связи.

¶Применение

Рефлектометры находят применение в различных областях:

• Телекоммуникации — локализация повреждений и измерение характеристик оптических и коаксиальных кабельных линий.
• Строительство и неразрушающий контроль — определение толщины бетонных конструкций, выявление пустот и расслоений.
• Пищевая промышленность — контроль качества продуктов (например, измерение содержания жира в молоке по коэффициенту отражения).
• Геофизика — исследование подповерхностных структур при сейсморазведке.
• Научные исследования — измерение оптических свойств материалов, тонких плёнок, полупроводников.

¶История

Первые рефлектометры для измерения отражения света были созданы в конце XIX — начале XX века в связи с развитием фотометрии и спектроскопии. Волоконно-оптические рефлектометры появились в 1970-х годах после создания низкопотерьных оптических волокон и начали широко применяться с развитием волоконно-оптических линий связи в 1980-х годах. В России производством рефлектометров для телекоммуникаций занимаются, в частности, компании «Элсис», «Агава» и ряд других предприятий.

¶Источники

• ГОСТ Р МЭК 60793-1-47 — методы измерения характеристик оптических волокон
• Справочник по телекоммуникациям, под ред. Дж. Дека
• Физическая энциклопедия, т. 3
• Техническая литература по неразрушающему контролю