Что такое рефлектограмма. Рефлектограмма оптического волокна: как читать и интерпретировать результаты измерений

Что такое рефлектограмма оптического волокна. Как правильно измерять и анализировать рефлектограмму ВОЛС. Какие параметры можно определить по рефлектограмме. На что обращать внимание при интерпретации результатов рефлектометрии.

Что такое рефлектограмма оптического волокна

Рефлектограмма оптического волокна — это графическое представление результатов измерений, полученных методом оптической рефлектометрии во временной области (OTDR). Она отображает уровень обратного рассеяния света в оптическом волокне в зависимости от расстояния.

Рефлектограмма позволяет определить основные характеристики оптического волокна и линии связи:

• Затухание в волокне
• Длину волоконно-оптической линии
• Расположение и величину потерь на стыках, разъемах, изгибах
• Место обрыва или повреждения волокна

Умение правильно читать и интерпретировать рефлектограмму — важнейший навык для специалистов, занимающихся монтажом, эксплуатацией и обслуживанием волоконно-оптических линий связи.

Основные элементы рефлектограммы

Рефлектограмма представляет собой график, где по горизонтальной оси отложено расстояние, а по вертикальной — уровень обратного рассеяния в дБ. На ней можно выделить следующие ключевые элементы:

• Начальный пик — отражение от входного разъема рефлектометра
• Наклонная линия — характеризует затухание в волокне
• Ступеньки — потери на сварных соединениях
• Пики — отражения от разъемных соединений
• Конечное отражение — отражение от дальнего конца волокна

Правильная интерпретация этих элементов позволяет получить полную картину состояния оптической линии.

Как правильно измерять рефлектограмму

Для получения качественной рефлектограммы необходимо соблюдать ряд правил:

1. Использовать рефлектометр с подходящими параметрами (динамический диапазон, длительность импульса и др.)
2. Правильно выбирать длину волны измерения (обычно 1310 и 1550 нм для одномодового волокна)
3. Применять качественные оптические разъемы и чистые коннекторы
4. При необходимости использовать катушку оптического волокна для устранения мертвой зоны
5. Проводить измерения в обоих направлениях линии

Соблюдение этих правил обеспечит получение достоверных результатов измерений.

Анализ затухания в оптическом волокне

Одним из ключевых параметров, определяемых по рефлектограмме, является затухание в волокне. Как его правильно измерить и проанализировать?

• Затухание определяется по наклону линии обратного рассеяния на рефлектограмме
• Для точного измерения выбирают прямолинейный участок между событиями
• Значение затухания обычно выражается в дБ/км
• Типичные значения для одномодового волокна: 0.3-0.4 дБ/км на 1310 нм, 0.18-0.25 дБ/км на 1550 нм

Повышенное затухание может свидетельствовать о проблемах с волокном или некачественной прокладке кабеля.

Определение потерь на соединениях

Важной задачей при анализе рефлектограммы является оценка потерь на соединениях волокон. Как это сделать?

• Сварные соединения выглядят как ступеньки на рефлектограмме
• Разъемные соединения дают характерные пики-отражения
• Потери определяются по разнице уровней до и после события
• Для сварных соединений допустимы потери не более 0.05-0.1 дБ
• На разъемных соединениях обычно допускаются потери до 0.5 дБ

Превышение этих значений указывает на необходимость повторного монтажа или замены соединения.

Обнаружение повреждений и обрывов

Рефлектометрия позволяет точно локализовать места повреждений оптического волокна. На что обращать внимание?

• Резкий обрыв графика указывает на полный обрыв волокна
• Локальное повышение затухания может говорить о пережатии кабеля
• Множественные отражения свидетельствуют о трещинах в волокне
• Изменение наклона характеризует частичное повреждение

Точное определение характера и места повреждения позволяет оперативно устранить неисправность.

Интерпретация результатов двунаправленных измерений

Для получения полной картины состояния ВОЛС рекомендуется проводить измерения в обоих направлениях. Как правильно интерпретировать такие результаты?

• Сравнивают рефлектограммы, полученные с обоих концов линии
• Анализируют разницу в измеренных значениях затухания и потерь
• Обращают внимание на события, видимые только в одном направлении
• Рассчитывают средние значения параметров по двум направлениям

Двунаправленные измерения позволяют исключить ошибки, связанные с особенностями распространения света в волокне.

Особенности анализа рефлектограмм для разных типов волокон

Характер рефлектограммы может существенно различаться для разных типов оптических волокон. Какие особенности нужно учитывать?

• Для одномодовых волокон характерно меньшее затухание и более четкие события
• Многомодовые волокна дают более зашумленную рефлектограмму
• Волокна со смещенной дисперсией требуют измерений на нескольких длинах волн
• Для волокон с повышенным изгибом важно анализировать локальные потери

Правильный учет типа волокна позволяет корректно интерпретировать результаты рефлектометрии.

как прочитать рефлектограмму | Исполнительная документация

           Перед просмотром рефлектограммы напомню, что измерение рефлектограмм оптического волокна на магистральном кабеле необходимо выполнять как из точки А в сторону точки Б, так и из точки Б в сторону точки А. У новичков данный факт вызывает обоснованный вопрос…зачем? Дело в том, что затухание на сростках считается по среднему значению, тут требуется пояснение…

Кстати, программу для чтения рефлектограмм Вы можете скачать бесплатно в разделе: «Полезные программы».

Новичкам также будет полезна книга: «Рефлектометрия оптических волокон» Листвин А.В., Листвин В.Н., скачать её можно здесь.

          В дальнейшем будем руководствоваться следующим: По нормам ПАО «Ростелеком» километрическое затухание на магистральном кабеле должно быть не более 0,36дБ/км (1310нм), 0,22дБ/км (1550нм), затухание на неразъёмном соединении (сростке) не более 0,05дБ, затухание на коннекторе не более 0,5дБ.

Возможно Вас также заинтересует: «Правила работы с гильзами КДЗС» и другие материалы раздела: «Разные полезности»

           К примеру, вы выполнили измерение в направлении А-Б и обнаружили затухание на сростке в муфте 0,097 дБ, что гораздо больше указанной выше нормы в 0,05дБ, однако это ещё не значит что требуется перемонтаж данного соединения, т.к. выполнив измерения в направлении Б-А мы вполне можем обнаружить значение — (минус) 0,163 дБ. По результатам измерений А-Б и Б-А определим среднее значение затухания на сростке: (0,097 + (-0,163)) / 2 = 0,033 дБ. Полученный результат удовлетворяет принятым нормам т.к. 0,033 < 0,050 и выполнять перемонтаж сростка нет необходимости…

Рассмотрим рефлектограмму №1:

Рефлектограмма измерялась на магистральном кабеле, на длине волны 1566 нм (руководствуемся нормами для 1550 нм). Что можно сказать по данной рефлектограмме? Оптическая длина измеряемого оптического волокна примерно 497 метров (если вы знаете, что проложенная длина кабеля гораздо больше значит на трассе имеется обрыв волокна). Километрическое затухание 0,193 дБ/км, что соответствует норме (0,22 дБ/км).

 Рассмотрим рефлектограмму №2:

Рефлектограмма измерялась на магистральном кабеле на длине волны 1550 нм. Что можно сказать по данной рефлектограмме? В первую очередь бросается в глаза множество сростков (оптических муфт), на рефлектограмме их видно 7 (все они отмечены красными чёрточками), бывает, что муфты выполнены настолько качественно, что на рефлектограмме их просто не видно, поэтому не пугайтесь если зная о существовании муфты на рефлектограмме вы её не увидите. Делать выводы по соответствию норме на затухание на сростке можно будет после получения результата рефлектограммы с другой стороны.Оптическая длина измеряемого оптического волокна примерно 7400 метров (если вы знаете, что проложенная длина кабеля гораздо больше значит на трассе имеется обрыв волокна). Километрическое затухание 0,194 дБ/км (самое большое значение), что соответствует норме (0,22 дБ/км).

 Рассмотрим рефлектограмму №3:

Рефлектограмма измерялась на распределительном (внутридомовом) кабеле, на длине волны 1566 нм (руководствуемся нормами для 1550 нм). Что можно сказать по данной рефлектограмме? Поскольку измерения внутридомового кабеля, это как правило, измерения кабеля с небольшой длиной, необходимо использовать компенсационную катушку для устранения слепой зоны измерения, в данной рефлектограмме используется компенсационная катушка с длиной волокна 904 м, далее мы видим непосредственно само измеряемое волокно.Оптическая длина измеряемого оптического волокна примерно 194 метра (если вы знаете, что проложенная длина кабеля гораздо больше значит имеется обрыв волокна). Для измерения километрического затухания в данном случае необходимо поставить ползунки А и Б на прямой после компенсационной катушки, что на данной рефлектограмме выполнено не было и может являться одним из замечаний к измерению, т.к. не даёт информации по величине километрического затухания (о нормах километрического затухания на распределительном кабеле уточняйте у заказчика).

Возможно Вас также заинтересует: «Как подготовить исполнительную документацию на прокладку ВОК» и другие материалы раздела: «Разные полезности»

Примечание: Об использовании в процессе измерения компенсационной катушки не забывайте сообщать заказчику. Нередки случаи, когда заказчик читая такую рефлекторамму трактует волокно как неисправное.

Примечание: Измерение распределительного волокна, как правило выполняют только со стороны А, т.к. сторона Б, например в строительстве по технологии GPON, неоконечена и выполнить измерения не представляется возможным.

Рассмотрим рефлектограмму №4:

Рефлектограмма измерялась на распределительном (внутридомовом) кабеле, на длине волны 1566 нм (руководствуемся нормами для 1550 нм). Что можно сказать по данной рефлектограмме? Поскольку измерения внутридомового кабеля, это как правило, измерения кабеля с небольшой длиной, необходимо использовать компенсационную катушку для устранения слепой зоны измерения, в данной рефлектограмме используется компенсационная катушка с длиной волокна 904 м, далее мы видим очень большое затухание оптического волокна.  Разбирать значения такой рефлектограммы нет смысла, необходимо переизмерять рефлектограмму после выявления и устранения причин такого резкого затухания…

Основными причинами большого затухания оптического волокна являются…

• Неисправный измерительный патчкорд (попробуйте использовать другой патчкорд, либо сварите вместе 2 пигтейла и повторите измерения)
• Не до конца включен пигтейл в коннектор со стороны измеряемой линии (проверьте, при необходимости устраните неисправность и повторите измерения)
• Не до конца включен патчкорд в коннектор со стороны рефлектометра (проверьте, при необходимости устраните неисправность и повторите измерения)
• Загрязнён коннектор (попробуйте прочистить специальными безворсовыми салфетками и чистящими палочками и повторите измерения)
• Если ничего из вышеперечисленного не поможет, вероятнее всего повреждено волокно в распределительном кабеле…

Смотрите состав исполнительной в разделе: «Состав исполнительной»

Скачивайте акты, протокола и другое в разделе: «Акты и прочее»

Скачивайте полезные книги, ГОСТы, СнИПы в разделе: «ГОСТы и книги«

Сущность метода импульсной рефлектометрии :: Ангстрем

Точному определению места повреждения в линиях связи и электропередачи, которое производится трассовыми методами, должна предшествовать предварительная его локализация методом импульсной рефлектометрии. Метод импульсной рефлектометрии позволяет определить зону повреждения (в пределах погрешности измерения) и применить отдельные трассовые методы обнаружения только на небольших участках трассы, что позволяет существенно сократить время точного определения места дефекта.

Основными видами повреждений в кабельных линиях электропередачи и связи являются: короткие замыкания и обрывы, появление утечки между жилами или между жилой и экраном (броней), увеличение продольного сопротивления. Причин возникновения повреждений много: механические повреждения, например при проведении земляных работ, старение изоляции, нарушение изоляции от воздействия влаги и т.п. После выявления дефектных линий (жил, фаз) мегоомметром переходят к предварительному определению места повреждения методом импульсной рефлектометрии.

Метод импульсной рефлектометрии, называемый также методом отраженных импульсов или локационным методом, базируется на распространении импульсных сигналов в двух- и многопроводных системах (линиях и кабелях) связи. Приборы, реализующие указанный метод, называются импульсными рефлектометрами.

Сущность метода импульсной рефлектометрии заключается в выполнении следующих операций:

1. Зондировании кабеля (двухпроводной линии) импульсами напряжения.
2. Приеме импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления.
3. Выделении отражений от места повреждений на фоне помех (случайных и отражений от неоднородностей линий).
4. Определении расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего.

На графическом индикаторе рефлектометра воспроизводится рефлектограмма линии — реакция линии на зондирующий импульс. Анализируя рефлектограмму линии, оператор получает информацию о наличии или отсутствии в ней повреждений и неоднородностей. При распространении вдоль линии импульсный сигнал затухает, то есть уменьшается по амплитуде. Затухание линии определяется ее геометрической конструкцией и выбором материалов для проводников и изоляции и является частотно-зависимым. Следствием частотной зависимости является изменение зондирующих импульсов при их распространении по линии: изменяется не только амплитуда, но и форма импульса — длительности фронта и среза импульса увеличиваются («расплывание» импульса). Чем длиннее линия, тем больше «расплывание» и меньше амплитуда импульса. Это затрудняет точное определение расстояния до повреждения.

Примеры рефлектограмм линий без затухания (идеальная линия) и с затуханием показаны на рисунке.

Линия без затуханияЛиния с затуханием

Для более точного измерения необходимо правильно, в соответствии с длиной и частотной характеристикой затухания линии, выбирать параметры зондирующего импульса в рефлектометре. Критерием правильного выбора является минимальное «расплывание» и максимальная амплитуда отраженного сигнала. Если при подключенной линии на рефлектограмме наблюдается только зондирующий импульс, а отраженные сигналы отсутствуют, то это свидетельствует о точном согласовании выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением линии, отсутствии повреждений и наличии на конце линии нагрузки равной волновому сопротивлению линии.

Зондирующий импульс

Вид отраженного сигнала зависит от характера повреждения или неоднородности. Например, при обрыве отраженный импульс имеет ту же полярность, что и зондирующий, а при коротком замыкании отраженный импульс меняет полярность.

Отражённый импульс от места обрываОтражённый импульс от короткого замыкания

Коэффициент укорочения электромагнитных волн

Зондирующие импульсы распространяются в кабельных линиях по определенным волновым каналам, определяемым режимом включения «жила — жила», «жила — оболочка» и другие варианты. Импульсный сигнал распространяется в линии с определенной скоростью, которая зависит от типа диэлектрика и определяется выражением:

где с — скорость света,
y  — коэффициент укорочения электромагнитной волны в линии,
E — диэлектрическая проницаемость материала изоляции кабеля.

Коэффициент укорочения показывает во сколько раз скорость распространения импульса в линии меньше скорости распространения в воздухе. В любом рефлектометре перед измерением расстояния нужно установить коэффициент укорочения. Точность измерения расстояния до места повреждения зависит от правильной установки коэффициента укорочения. Величина E является справочной только для радиочастотных кабелей, для других типов кабелей не нормируется. Коэффициент укорочения можно определить импульсным рефлектометром по кабелю известной длины. При измерениях на воздушных линиях электропередачи с горизонтальным расположением проводов рефлектометр следует подключать по схеме «средний провод — крайний провод» или «средний провод — земля».

Помехи импульсной рефлектометрии и борьба с ними

По источникам возникновения помехи бывают асинхронные (аддитивные) и синхронные. Асинхронные помехи вызваны наводками от соседних кабельных линий, от оборудования, транспорта и различной аппаратуры. Пример рефлектограммы кабельной линии с асинхронными помехами показан на рисунке:

Рефлектограммы кабельной линии с асинхронными помехами

На рефлектограмме асинхронные помехи полностью закрывают отражение от повреждения. Это отражение практически невозможно рассмотреть на фоне помех. Эффективными методами отстройки от асинхронных помех является цифровое накопление сигнала. Сущность цифрового накопления заключается в том, что одну и туже рефлектограмму считывают несколько раз и вычисляют среднее значение. Пример предыдущей рефлектограммы линии, «очищенной» в результате цифрового накопления рефлектометром, приведен на рисунке.

На этой рефлектограмме можно легко выделить сигнал, отраженный от места утечки.

Синхронные помехи связаны с зондирующим сигналом и являются отражениями зондирующего сигнала от неоднородностей волнового сопротивления линии (отражения от кабельных муфт, ответвлений, кабельных вставок, неоднородностей кабельных линий технологического характера и др.). Основная масса кабельных линий (кроме кабелей связи) не предназначены для передачи коротких импульсных сигналов, используемых при методе импульсной рефлектометрии. Поэтому этим кабельным линиям присуще большое количество синхронных помех.

Пример рефлектограммы кабельной линии с синхронными помехами показан на рисунке.

Синхронные помехи можно существенно уменьшить посредством сравнения или дифференциального анализа. При сравнении накладывают рефлектограммы двух линий (неповрежденной и поврежденной), проложенных по одной трассе.

Наложение двух рефлектограмм позволяет быстро обнаружить начальную точку их различия, по которой и определяют расстояние L до повреждения.

Из рисунка видно, что при вычитании все синхронные помехи компенсируются. По разностной рефлектограмме легко обнаружить отражение от места повреждения и определить расстояние L до него. Сравнение и дифференциальный анализ рефлектограмм легко реализуется в рефлектометрах РЕЙС-45, РЕЙС-50, РЕЙС-105М1, РЕЙС-205, РЕЙС-305, РЕЙС-405. Наилучшие результатов от сравнения и вычитания удается получить при использовании в качестве исправной линии жилы или кабельной пары того же кабеля.

При измерении кабельной линии методом импульсной рефлектометрии асинхронные и синхронные помехи присутствуют на рефлектограмме одновременно. Если хотя бы предположительно известно, к какому концу кабельной линии ближе может быть расположено место повреждения, то для измерений нужно выбирать именно этот конец кабельной линии. В других случаях желательно проводить измерения последовательно с двух концов кабельной линии.

Выводы

Метод импульсной рефлектометрии удобен для практического использования, так как для измерения импульсным рефлектометром достаточно доступа к линии с одного конца. Импульсные рефлектометры позволяют определить расстояние до места повреждения линии при любом характере повреждения (обрыв, короткое замыкание, утечка, продольное сопротивление и т.д.).  Метод импульсной рефлектометрии позволяет достигнуть более высокой точности измерений расстояния до места повреждения по сравнению с другими методами (например, по сравнению с мостовым).

нормы, основные понятия, приборы для измерений параметров

Когда говорят об измерениях ВОЛС, прежде всего имеют в виду измерения оптических потерь в волокне. Действительно, в первую очередь именно потери мощности излучения (а не дисперсия) становятся определяющим критерием, ограничивающим длину ретрансляционного участка линии связи. Информация, полученная в результате измерения уровня мощности сигнала в линии, понимание того, как меняется мощность этого сигнала, дает возможность судить о качестве построенной ВОЛС. И правильно получать эту информацию, уметь её интерпретировать и обрабатывать — очень важный момент в работе специалистов, имеющих дело с волоконно-оптической техникой.

Различают несколько направлений деятельности, связанных с ВОЛС, где возникает задача проведения измерений:

• измерения при строительстве ВОЛС,
• измерения при эксплуатации ВОЛС,
• измерения при обслуживании ВОЛС.

Комплекс измерений, которые необходимо проводить при строительстве линий связи — самый обширный. На этапе строительства параметры линии измеряются наиболее тщательно. Результаты заносятся в протоколы и оформляются в виде исполнительной документации на построенную ВОЛС, которая, в свою очередь, служит важнейшим документом, на основании которого ведется дальнейшая эксплуатация этой ВОЛС. Именно качество исполнительной документации, точность указанных в ней данных и определяет удобство и правильность работы с линией связи.

Измерения в процессе эксплуатации обычно подразумевают периодический контроль состояния линии связи. Проводятся они согласно регламенту, принятому в той организации, которая эту линию эксплуатирует. Они могут производиться в автоматическом режиме, когда за состоянием линии следит специальный программно-аппаратный комплекс, получающий информацию с оптических датчиков. В некоторых случаях достаточно измерений в «ручном» режиме, когда инженер сам проверяет линию с помощью измерительного оборудования. Но и в том, и в другом случае, крайне важна квалификация персонала, ответственного за состояние линии, его умение разобраться в том, что с ней происходит.

Под обслуживанием ВОЛС обычно понимается деятельность, направленная на поддержание линии связи в рабочем состоянии. Обслуживание производится на основании договора между владельцем линии и некоей обслуживающей организацией. Как правило, в рамках договора такая организация обязана не только следить за работоспособностью линии, но и устранять аварийные ситуации, которые на ней могут возникнуть. В таких случаях измерения проводятся с целью локализации повреждения, выяснения его характера, позволяют оперативно это повреждение устранить.

Причины потерь в оптоволокне

Потери измеряют в децибелах (дБ) и описывают отношение сигнала прошедшего через линию и сигнала, введенного в линию. Потери в линии связи будут всегда, избавиться от них невозможно, поэтому требуется принять меры, чтобы их минимизировать. Причин возникновения этих потерь много и необходимо точно понимать их характер:

• затухание сигнала в оптическом волокне за счёт рассеяния и поглощения излучения,
• потери на изгибах волокна,
• потери на сварных соединениях,
• потери на разъёмных соединениях,
• потери на пассивных компонентах линии (сплиттеры, фильтры, мультиплексоры, аттенюаторы и т. п.).

Оптическое волокно (ОВ) служит хорошей средой для распространения оптического сигнала. Но даже в этой замечательной среде, а именно в кварцевом стекле, из которого изготовлена сердцевина волокна, всегда содержатся примеси, включения, из-за которых волокно теряет часть проходящего по нему света. Точечные области, в которых сконцентрированы эти примеси, служат источником рассеяния полезного сигнала и, соответственно, вызывают частичную его потерю. Поскольку распределение примесей по длине ОВ можно считать равномерным, то и свет будет равномерно ослабевать по мере прохождения по ОВ. При этом с ростом длины волны излучения способность рассеивать у волокна уменьшается. Почему бы тогда не использовать самую большую длину волны, чтобы обратить в ноль рассеяние света? К сожалению, начиная с некоторого значения длин волн в волокне появляется ещё одна составляющая затухания, а именно — инфракрасное поглощение света, то есть, преобразование оптической энергии в тепловую. А это снова потери! Результатом действия двух этих причин будет сумма потерь от каждой из них. Минимума потери в ОВ достигают при передаче сигнала на длине волны 1550 нм.

Потери света в волокне описываются величиной, называемой километрическим затуханием (т. е. величина потерь на единицу длины ОВ) и выражаются в дБ/км.

В настоящее время для λ = 1550 нм стандартным значением затухания в одномодовом ОВ считается α = 0,19–0,22 дБ/км. В зависимости от марки ОВ это значение может быть разным. Поэтому, когда выбираете кабель для будущей трассы, этот параметр важно знать и учитывать. Например, в кабельной продукции «Инкаб» используется исключительно волокно фирмы Corning®, а это дает понимание того, что у волокна в кабеле будет иметь всегда заранее известное значение затухания. Затухания волокна марки Corning SMF-28 ULTRA, которая выбрано заводом «Инкаб» в качестве основной, составляет всего лишь 0,18 дБ/км.

Следующей причиной потерь служат изгибы ОВ. Принято разделять их на два типа — микро- и макроизгибы. В первом случае речь идет о незначительном, но неизбежном изгибе волокон при размещении их в кабеле. Этот изгиб присутствует по всей длине кабеля и проконтролировать его мы не в состоянии, но, к счастью, его вклад в потери ничтожен. Второй случай гораздо серьёзнее. Потери при макроизгибах появляются уже по вине человека, который работает с волоконно-оптическим кабелем. Основная причина изогнутого волокна в построенной ВОЛС — неправильно проложенный кабель. В некоторых случаях — нарушения при монтаже кросса или муфты. Чем больше изгиб, тем больше потери. Причиной появления потерь на месте изгиба служит простое физическое явление — угол падения света на границу раздела сердцевины и оболочки превышает критический и часть излучения выходит из сердцевины. При этом, чем больше длина волны, тем больше будет величина потерь.

Потери на сварных соединениях появляются, в основном, из-за несовпадения сердцевин соединяемых волокон, которая может быть вызвана нарушением геометрии сечения ОВ. В этом случае ответственность за качество сварных несёт, если можно так выразиться, сварочный аппарат. Именно технология юстировки волокон перед сваркой, распознавание компьютером сварочного аппарата местоположения сердцевин ОВ и определяет качество сварки в плане потерь. Разные марки волокон могут иметь разные диаметры сердцевин, разные допуски на эксцентриситет и аппарат должен уметь с ними работать. При этом, разумеется, необходимо соблюдение всех сопутствующих требований к подготовке ОВ к сварке, чтобы соединение не имело дополнительных дефектов. Любой дефект сразу же переводит сварное соединение в разряд некачественного, даже без измерений. Качественным же сварное соединение обычно считается, если потери не превышают 0,05 дБ (на длине волны 1550 нм). Необходимо также помнить, что потери на стыке оцениваются только при измерении с двух сторон.

Потери на разъёмных соединениях, проще говоря — на разъёмах, вносят потери гораздо большие, нежели на сварках ОВ. За счёт того, что между поверхностями коннекторов всегда присутствует небольшой воздушный зазор, на соединение теряется гораздо больше полезного сигнала. Величину потерь, допустимых на таком соединении, принято считать равной 0,5 дБ. При этом надо понимать, что складывается эта величина из потерь на поверхностях двух коннекторов, и каков вклад каждого из них, точно определить невозможно. Величину потерь на коннекторе контролируют на производстве, но, как показывает практика, и здесь не всегда достигается хороший результат, поскольку серийное производство оптических шнуров подразумевает выборочный контроль. Поэтому для подключения измерительных приборов к тестируемой линии рекомендуется использовать прецизионные шнуры, которые проходят поштучный контроль и соответствуют более высоким требованиям. Среди продукции ООО «СвязьСтройДеталь» такие шнуры представлены серией HS (High Solution).

Все перечисленные составляющие потерь в ВОЛС могут дать представление о том, на что можно рассчитывать, проектируя будущую линию связи. Имея информацию о составе будущей линии, о марке кабеля, который собираемся использовать, о строительных длинах, из которых будет состоять трасса, о количестве сварных сростков ОВ, о количестве коннекторов в линии, можно подсчитать так называемый оптический бюджет линии. Как его рассчитывать, читайте в нашем отдельном материале.

Приборы для измерения потерь в оптическом волокне

Для контроля качества волоконно-оптических линий связи путем измерения в них потерь необходимо и достаточно применения двух типов измерительной аппаратуры. Это оптические тестеры (OLTS — Optical Loss Test Set), позволяющие измерять полные потери в линии и оптические рефлектометры (OTDR — Optical Time Domain Reflectometer), с помощью которых можно измерять распределение потерь вдоль линии.

Отличие в их применении заключается в том, что при использовании тестера необходимо использовать два устройства и подключаться к обоим концам линии, в то время как рефлектометр для измерения нужно подключать к линии только на одном конце. Разница обусловлена различными принципами измерения потерь. Оптический тестер, который в общем случае представляет из себя комплект из двух устройств — источника оптической мощности и измерителя оптической мощности, — проводит прямые измерения, то есть для определения потерь сравнивается уровень мощности на входе в линию и на выходе из неё. Разница в дБ и будет искомым результатом. Рефлектометр же, будучи подключенным только с одного конца ВОЛС, зондирует волокно тестовыми импульсами и получает отклик в обратном направлении, вызванный обратным рассеянием в волокне. Анализируя этот отклик, процессор рефлектометра рассчитывает, сколько оптической мощности теряет сигнал в каждой точке ОВ. Такой вид определения потерь можно назвать косвенным. Именно с этим, с погрешностью косвенного метода, связаны некоторые приближения в подсчёте полных потерь в линии. Этим же объясняется и превосходство по точности оптических тестеров. Помимо этого, тестером можно измерять потери в линиях любой протяжённости (от 0 м), в то время как рефлектометр не позволяет оценить потери в коротких, порядка нескольких метров волокнах (оптические шнуры). Эта особенность работы будет рассмотрена далее.

Принимая во внимания перечисленные отличия, можно описать задачи, которые решаются двумя этими типами приборов:

Тестер:

• измерение полных потерь в линии связи,
• тестирование оптических шнуров.

Рефлектометр:

• проверка качества ОВ кабеля на барабане (входной контроль),
• оценка качества сварных соединений ОВ,
• измерение полных потерь в линии связи (приблизительно),
• поиск и локализация повреждений ОВ на линии.

Измерения рефлектометром и его принцип работы

Рис. 1. Структурная схема рефлектометра.

На рис. 1 показана схема OTDR, по которой наглядно можно пояснить принцип работы рефлектометра. Как правило, в состав прибора входят два основных блока. Базовый модуль содержит основной корпус, дисплей, органы управления и самую важную часть — процессор. Второй блок — оптический, в нём располагается электроника, отвечающая за генерацию оптических сигналов, источник излучения и различные оптические порты.

В измерительный порт вставляется коннектор оптического шнура (патч-корда), которым прибор подключается к тестируемому волокну линии. При запуске процесса измерения процессор даёт команду на формирование зондирующего импульса определенной мощности и длительности. Генератор формирует его в электрической форме, лазерный диод преобразует его в оптическое излучение определенной длины волны и посылает в линию. Импульс проходит через оптический порт и распространяется далее в волокне линии. В каждой точке ОВ свет испытывает рассеяние. Совсем незначительная часть света рассеивается во все стороны, причём бОльшая его часть рассеивается в обратном направлении. Эта часть возвращается по волокну обратно и, пройдя входной порт, через ответвитель попадает на фотоприёмник. Этот элемент обладает очень высокой чувствительностью, что позволяет ему улавливать сигнал, в тысячи раз ослабленный по сравнению с уровнем мощности зондирующего импульса. Сигнал регистрируется на протяжении определенного времени, оцифровывается (АЦП) и анализируется процессором. Результатом обработки этого цифрового сигнала будет некая зависимость уровня мощности от времени. Для удобства временная шкала пересчитывается в шкалу расстояний и на экран выводится результирующая кривая, характеризующая уровень обратного рассеяния в каждой точке тестируемого ОВ. Эта кривая называется рефлектограммой.

Состав рефлектограммы

Рис. 2. Общий вид рефлектограммы

На рис. 2 можно увидеть рефлектограмму, содержащую несколько характерных участков, соответствующих различным неоднородностям в ОВ. Эти неоднородности принято называть событиями.

Чтобы получить значения потерь, возникающих в той или иной части линии, необходимо прежде всего правильно интерпретировать всё, что видно на этой кривой.

Основными типами событий можно назвать следующие:

• Всплеск уровня обратного сигнала на вводе в линию, обусловленный отражением от вводного коннектора;
• Пологие участки линейного вида, расположенные между неоднородностями, соответствующие участкам целого волокна, в которых изменение уровня обратного сигнала обусловлены равномерным затуханием за счёт рассеяния и поглощения. Угол наклона таких участков прямо пропорционален величине километрического затухания;
• События без отражения, характерные для сварных соединений и изгибов. Отображаются в виде «ступенек» изменения уровня обратного сигнала;
• События с отражением, характерные для разъемных соединений, микротрещин, торцов ОВ. На рефлектограмме отображаются в виде резких всплесков уровня;
• Изменение уровня обратного сигнала разного вида, но с обязательным последующим спадом до уровня шумов, характерное для конца линии. Различный вид обусловлен разным состоянием конца линии – тип установленного коннектора (UPC/APC) или его отсутствие (скол ОВ может иметь отражение, а может полностью рассеивать свет).

На практике можно столкнуться с различными вариациями и комбинациями этих событий и умение их корректно идентифицировать — задача иной раз не из лёгких. Но упростить себе жизнь можно, получив рефлектограмму красивого, информативного вида. Для этого следует придерживаться некоторых правил и правильно установить параметры прибора.

Самое главное правило при работе с OTDR — аккуратное обращение с вводным коннектором. Следует помнить, что в корпусе прибора установлен точно такой же коннектор (как правило, типа UPC), какой вставляем в измерительный порт снаружи. Но за одним исключением — если повредим коннектор патч-корда, всегда можно взять новый патч-корд. Коннектор, установленный в оптическом тракте прибора, заменить не сможем. При его повреждении придётся обращаться в сервис. Поэтому перед началом измерений рекомендуется убедиться в чистоте всех коннекторов, в случае загрязнений очистить все торцевые поверхности. Для этих целей рекомендуется использовать специальные чистящие приспособления. После окончания измерений все коннекторы закрываются колпачками, измерительный порт — специальной крышечкой.

Для контроля чистоты коннекторов наилучшим решением будет использование специального компактного микроскопа. Но он достаточно дорог. Поэтому в его отсутствие можно сделать оценку по следующему признаку. Если, начав измерения, видим на рефлектограмме область ввода, схожую с изображением на рис. 3, можно смело утверждать — на каком-то из коннекторов осталась грязь.

Рис. 3. Область ввода в случае загрязнения («лыжа»).

Необходимо извлечь коннектор патч-корда, провести чистку и при последующем подключении картинка будет иметь такой же вид, как на рис. 4.

Рис. 4. Область ввода с чистыми коннекторами.

Если коннекторы чистые, необходимо произвести настройку параметров измерения.

Перечислим эти параметры и поясним, на что они влияют:

• длина волны зондирующего импульса,
• диапазон измеряемых длин,
• длительность зондирующего импульса,
• коэффициент преломления тестируемого волокна,
• время усреднения в режиме работы с усреднением.

Оптические рефлектометры могут производить измерения на различных длинах волн. Как правило, длины волн выбираются производителями в соответствии с рабочими диапазонами (окнами прозрачности) оптических волокон.

Хотя километрическое затухание в ОВ различно на разных длинах волн, принципы и методы проведения измерений являются одинаковыми для всех длин волн. Если для отчёта не требуется предоставить результаты измерений на нескольких длинах волн, достаточно провести измерения с λ = 1550 нм.

Под диапазоном измеряемых длин понимается длина волокна, которую рефлектометр будет изображать на рефлектограмме. Правило довольно простое — необходимо установить этот диапазон таким, чтобы на рефлектограмме уместилась вся линия целиком. Если линия будет обрываться на середине, это будет считаться недопустимым результатом.

Длительность импульса — один из самых ключевых и неоднозначных параметров. Дело в том, что при увеличении его длительности, можно обнаружить такой эффект, как увеличение так называемых «мёртвых зон» после отражающих неоднородностей. Мёртвой зоной называют участок рефлектограммы, на котором нельзя получить никакой информации об истинном уровне обратного сигнала. Связано это с тем, что всё время, которое испускается зондирующий импульс, рефлектометр будет получать и отклик от него. Этот отклик будет иметь вид резкого всплеска. И чем длиннее импульс, тем дольше будет этот всплеск перекрывать любые события, следующие за этим отражением. На рис. 5 приведены рефлектограммы, полученные на одной и той же линии, но с разными t_имп.. При самом большом импульсе мы уже не «видим» сварного соединения на расстоянии 540 м от начала линии.

Рис. 5. Сравнение мёртвых зон при импульсах разной длительности.

Почему бы тогда не ставить всегда длительность импульса на минимум? В этом и заключается коварная особенность этого параметра — при уменьшении длительности импульса обнаружим, что уровень обратного сигнала из линии падает настолько быстро, что обращается в шум, не достигая конца линии. Наглядно это показано на рис. 6, где приведены рефлектограммы, снятые с линии довольно большой протяжённости, и с импульсами разной длины.

Видим, что короткие импульсы начинают искажаться и превращаются в шумы, делая часть рефлектограммы совершенно непригодной для измерения.

Рис. 6. Измерение с разной длительностью импульсов линии большой длины.

Варьируя этим параметром, в итоге можем получить результат, который нас интересует в конкретном случае: либо получить высокую детализацию и разглядеть события, находящиеся вблизи друг от друга, либо увидеть линию целиком и точно измерить потери по затуханию на линейных участках.

Кстати, с появлением мёртвой зоны на вводе связано ограничение по минимальной измеряемой длине волокна, упомянутое в начале статьи. Рефлектометр практически не способен различить длину волокна порядка 1–2 метров, поскольку даже у самых совершенных моделей эта начальная мёртвая зона составляет порядка 3 метров.

Также начальной мёртвой зоне можно приписать невозможность измерения потерь на коннекторе ближнего к измерителю кросса. Если уровень обратного сигнала после коннектора отчётливо видно, то каким был уровень до него — не позволяет мёртвая зона. Для борьбы с этим применяются так называемые согласующие кабели, представляющие из себя катушки волокна, имеющие длину, как правило, от 200 м до 1 км. Такая катушка оконечена разъёмами и ставится в оптический тракт между прибором и тестируемой линией. В результате получим рефлектограмму вида, изображенного на рис. 7.

Рис. 7. Рефлектограмма, полученная с применением согласующего кабеля.

Зная уровень сигнала до разъема на кроссе и уровень после него, определяем, сколько децибел сигнал потерял на этом разъёме.

Следующим установочным параметром является коэффициент преломления кварцевого стекла сердцевины. Для нас этот параметр правильнее будет определить как величину, показывающую, во сколько раз скорость света в вакууме превышает скорость света в волокне. Это отношение используется прибором для расчёта расстояний, которые проходит в ОВ зондирующий импульс.

И последний параметр — время усреднения. В режиме работы OTDR с усреднением происходит запоминание результатов от всех зондирующих импульсов, которые прибор посылает в линию и дальнейшее усреднение этих результатов. Это позволяет улучшить вид рефлектограммы, сглаживая линейные участки, особенно на линиях большой длины. Чем больше время усреднения, тем больше результатов будет накоплено и тем более гладкий вид будет иметь кривая. Но вместе с увеличением этого времени, увеличивается общее время, которое уйдет на измерения. Особенно это актуально при измерениях линий, содержащих большое число волокон.

Помимо режима работы «с усреднением» в рефлектометре есть режим «в реальном времени». В этом случае рефлектометр постоянно зондирует ОВ импульсами и результат каждого отклика выводит на экран. В этом случае вид кривой получается неустойчивым, колеблющимся и непригодным для снятия показаний. Использование такого режима удобно, когда необходимо определить место обрыва в линии или для идентификации нужного волокна.

Методы измерения параметров ВОЛС в ручном режиме

После получения рефлектограммы, помимо её графического отображения на экране можем видеть так называемую таблицу событий. Это своеобразное представление результатов, отражающее все события, все участки тестируемого волокна, с указанием их протяжённости, местоположения, потерь и т. д. Всё это рефлектометр определяет в автоматическом режиме, давая возможность сразу же видеть готовые результаты. Но полностью полагаться на искусственный интеллект в этом вопросе нельзя. В любом волокне найдутся события, которые прибор распознать не сможет, либо распознает некорректно. Например, если сварное соединение выполнено настолько хорошо, что перепада по уровню практически нет — рефлектометр даже не станет считать потери в этом месте. Поэтому необходимо уметь проводить измерения в ручном режиме. В этом случае используем так называемые маркеры — курсоры в виде вертикальных линий, которые можно передвигать на нужную отметку по расстоянию и которые позволяют узнать уровень сигнала на этой отметке. Все расчёты прибор делает сам, но делает их именно там, где указывали.

Таким образом можно измерить:

• оптическую длину трассы,
• километрическое затухание ОВ,
• потери на неоднородностях.

В первом случае, чтобы измерить длину линии (или расстояние между любыми двумя точками), необходимо поставить маркеры так, как это показано на рис. 8.

Рис. 8. Измерение длины между двумя точками линии

Один из маркеров устанавливаем в нулевую отметку, второй ставим в точку, соответствующую началу всплеска на конце линии. В поле результатов на экране OTDR будет указано расстояние между маркерами, которое будет соответствовать длине волокна.

При измерении километрического затухания маркеры важно установить так, чтобы оба они находились на линейном участке, не заходя в мёртвые зоны и пересекаясь с неоднородностями. См. рис. 9.

Рис. 9. Измерение погонного (километрического) затухания ОВ.

Результат так же будет отображаться на экране, в виде величины потерь в волокне, приходящихся на ограниченную маркерами длину.

Измеряя потери на сварках, разъёмах или других неоднородностях, можно воспользоваться двухточечным методом определения потерь. Необходимо установить два маркера в окрестностях события — до и после него. См. рис. 10.

Рис. 10. Измерение потерь на событии 2-точечным методом.

Результат будет подсчитан как разница между уровнем в точке А (первый маркер) и в точке В (второй маркер).

Надо сразу оговориться, что метод этот имеет крайне низкую точность, и его использовать не рекомендуется. Альтернативой является метод измерения по 5 точкам (в некоторых моделях OTDR этот метод назван 4-точечным, но его реализация полностью аналогична 5-точечному). В этом случае получим наиболее достоверное значение потерь.

В этом методе используется 5 маркеров. Первые два устанавливаются на линейный участок, расположенный до события. По ним участок аппроксимируется прямой линией. Два других маркера устанавливаем после события, по ним так же аппроксимируется участок волокна. Последний пятый маркер устанавливается в точку, соответствующую местоположению события. Именно в этой точке прибор рассчитывает перепад уровня между двумя аппроксимированными прямыми. Результат на рис. 11.

Рис. 11. Измерение потерь на событии 5-точечным методом.

В точке события (5-й маркер, голубого цвета) прибор будет указывать координату и значение потерь.

Обычно, результаты представлены в двух вариантах. Первый обозначается как TPA (Two-Point Approximation), второй LSA (Low Square Approximation). То есть, в первом случае аппроксимация делается по паре точек, а во втором методом наименьших квадратов. Второй алгоритм более совершенный, поэтому результаты будут более точными. Напомним, что для измерения реальных потерь на сварном соединении необходимо произвести измерения с двух сторон линии, с последующим усреднением результата.

Основные отличия разных моделей OTDR

Отличия эти можно описать следующими характеристиками:

• динамический диапазон измерений OTDR,
• одно- или многомодульная конструкция OTDR,
• функционал оптического модуля,
• размеры устройства, эргономичность, операционная система, интерфейс и пр.

Первую характеристику в этом списке, пожалуй, можно назвать самой главной, определяющей. Динамический диапазон — это разница в децибелах между уровнем ввода и верхним уровнем шумов, где сигнал становится неразличимым. Строго говоря, это максимальное значение полных потерь, которые может увидеть и измерить рефлектометр. Динамический диапазон зависит от многих факторов, но основным из них является мощность источника лазерного излучателя. Львиная доля стоимости рефлектометра определяется именно этим компонентом.

Далее, если выбираем одномодульную конструкцию OTDR, следует понимать, что увеличить, расширить её функционал в дальнейшем будет невозможно. В этом случае оптический модуль является одним целым с базовым и разделить их нельзя. Многомодульная конструкция предполагает возможность самостоятельного апгрейда, установки дополнительных оптических модулей, которые могут существенно расширить круг решаемых задач.

Эти возможности как раз и определяются различными конструкциями оптических модулей. Они могут содержать только один оптический порт, предназначенный для измерения на двух длинах волн, с небольшим динамическим диапазоном, а могут содержать в себе широчайший набор функций, таких как: порты для отдельного тестирования SM- и MM-волокон, возможность измерения на различных длинах волн (вплоть до охвата всего CWDM-диапазона), порт видимого излучения для локализации неисправностей, работу оптического порта в режиме постоянного источника заданной мощности и проч.

Ну и наконец, можно выбрать такую конструкцию, которую будет удобно использовать в тех условиях, в которых предстоит работать. В общем, все оставшиеся критерии можно назвать субъективными, поскольку они часто определяются личными предпочтениями. Одним специалистам привычнее работать с интерфейсом приборов Anritsu, другим больше нравятся Yokogawa.

На рис. 12 и рис. 13 приведены в качестве примера две модели, существенно отличающиеся по всем перечисленным характеристикам. 

Рис. 12. Одномодульный рефлектометр Yokogawa AQ1000-UFC.

Рис. 13. Базовый блок EXFO FTB-500-OCT-BTY и оптический модуль EXFO FTB-7600E-0023B-XX.

Измерения ВОЛС с помощью оптического тестера

В отличие от оптических рефлектометров, конструкции которых весьма сложны и работа с которыми требуют серьёзного навыка, ситуация с оптическими тестерами существенно упрощается.

В общем случае оптический тестер (OLTS) представляет из себя комбинацию генератора оптического излучения и измерителя оптической мощности. Комбинации эти, в зависимости от производителя и модели, могут быть совершенно различными, но принцип измерения потерь остаётся одним и тем же.

В соответствии с требованиями рекомендаций ITU-T G.651 и G.652, а также ГОСТ 26814-86 различают две основных методики измерений с помощью OLTS — метод обрыва волокна и метод вносимых потерь.

Рассмотрим их подробнее.

Схема измерений по методу обрыва представлена на рис. 14.

Рис. 14. Измерение по методу обрыва волокна.

На выходе источника оптического излучения устанавливается оптический шнур (пиг-тейл), который приваривается к тестируемой линии. С другого конца линии, используя адаптер голого волокна, тестируемое волокно подключается к измерителю оптической мощности. Источник излучения включают и регистрируют величину средней оптической мощности, выраженную в дБм, прошедшей через линию (Р2). Далее волокно обрывается на расстоянии порядка 2 метров от источника и через адаптер подключается к измерителю. Измеритель регистрирует уровень оптической мощности в отсутствие линии (Р1). Искомая величина потерь находится как разница между этими величинами и выражается в дБ.

Необходимо помнить, что для обеспечения наивысшей точности нельзя допускать даже малейших смещений коннектора в разъеме источника, так как это приведёт к изменению значения потерь на этом коннекторе. В случае с адаптером голого волокна на измерителе мощности, перекоммутация волокна не меняет величину потерь, поскольку в этом разъёме отсутствует внутренний коннектор. (Надо сказать, что это единственная ситуация, известная автору этих строк, в которой вообще можно использовать адаптер голого волокна.)

При соблюдении всех перечисленных требований получаем эталонное измерение потерь.

Основным недостатком этого метода является необходимость доступа к неоконеченному волокну, а этой возможности, как правило, нет, если речь идёт о введенных в эксплуатацию ВОЛС. Этот метод актуален для лабораторных измерений.

На практике же пользуются вторым, альтернативным методом — методом вносимых потерь. Его условно тоже можно разделить на несколько разновидностей. В первом случае на рис. 15 показана схема измерений с двумя эталонными перемычками.

Рис. 15. Измерение по методу вносимых потерь (две эталонные перемычки).

В источник и измеритель оптической мощности устанавливаются оптические шнуры типа патч-корд. Соединив их между собой в промежуточной оптической розетке, проводятся измерения уровня мощности без линии (Р1). Затем, коннекторы из розетки извлекаются, и подключаются к розеткам на концах тестируемой линии. Производится измерение мощности прошедшего через волокно излучения (Р2).

Потери в этом волокне определяются так же, как и в предыдущем случае, в виде разницы Р1 и Р2.

Основное отличие заключается в том, что остаются неизвестными точные потери в коннекторах оптических шнуров. Разъединив их и соединив снова (уже с другими коннекторами), получим некоторое отличие в величине потерь.

Тем не менее, этот метод также обладает большой точностью при измерении суммарных потерь в линии, если сравнивать его с измерением обратного рассеяния (OTDR).

Однако, мы упомянули другую разновидность этого метода, а именно — измерение с одной эталонной перемычкой. Этот метод рекомендуется стандартом TIA-568-С.3 как единственно правильный. Отличие заключается в том, что опорное значение мощности (Р1) измеряется только с одним патч-кордом, который остаётся на источнике. Далее к измерителю подключается второй патч-корд и проводится измерение мощности, прошедшей через линию (Р2).

Разница заключается в том, что в первом случае получаем потери только с учётом коннекторов тестируемой линии, а во втором к ним прибавляются потери от присоединяемых коннекторов.

Самым правильным решением при выборе методики будет следование пожеланиям заказчика, которому будут сдаваться результаты измерений.

В любом случае, необходимо чётко понимать, что и в каком случае измеряем и как можно трактовать полученные результаты.

Рис. 16. Измерение по методу вносимых потерь (одна эталонная перемычка).

Если говорить об отличиях разных моделей тестеров, то они, разумеется, есть. Конструктивно тестеры могут совмещать в одном корпусе и источник, и измеритель, могут быть выполнены в виде отдельных приборов. В некоторых моделях, имеющих первую конструкцию, предусматривается тестирование линии в дуплексном режиме. То есть, два таких прибора подключаются к двум волокнам линии с обеих сторон, так, чтобы излучающий порт одного прибора соединялся с приёмным портом второго. В этом режиме тестеры позволяют определить также и длину линии.

Отличие может быть в номинальной мощности излучателя и в чувствительности фотоприёмника. Излучение в различных моделях может проводиться не на двух длинах волн, а на трёх. (Приёмники при этом, как правило, позволяют измерять сигнал на любой длине волны). Некоторые, совсем уж продвинутые модели имеют большие и даже цветные дисплеи и позволяют подключать к ним видеомикроскопы для визуализации поверхностей коннекторов…

Несмотря на эти обстоятельства, основную свою задачу — прямое измерение оптических потерь позволяют решать абсолютно все существующие модели.

В качестве примера можно взять любую модель из каталога. Например, большую популярность в нашей стране имеют тестеры фирмы FOD, один из которых изображен на рис. 17.

Рис. 17. Оптический тестер FOD 1208.

Заключение

Разумеется, в этой статье затронуты только основные моменты, касающиеся измерений волоконно-оптического кабеля. Можно пойти дальше — открыть какой-нибудь авторитетный учебник с массой формул и раскрытием физических принципов описывающий теорию измерений. Но если рассказать о том, как научиться работать с измерительными приборами в рамках одной статьи или в учебнике, еще можно, то научиться работать с этими приборами, прочитав статью не получится.

Когда дело дойдёт до применения знаний на практике, сразу же остро будет ощущаться нехватка главного — опыта. У автора этих строк были случаи, когда несмотря на многолетний опыт работы с оптическими линиями, результаты измерений вызывали полное непонимание, доходившее до беспомощности…

В нашем учебном центре вы сможете приобрести свой первый опыт и в монтаже, и в практических занятиях по измерениям на самом передовом оборудовании. Все учебные программы составлены таким образом, чтобы по их окончании слушатели приобретали не только удостоверение, но и получали реально полезные навыки. Вливайтесь и вы в ряды наших слушателей!

Подробнее про основные понятия и нормы при измерениях параметров ВОЛС можете узнать, посмотрев запись нашего вебинара:

Для более подробного погружения в тему советуем ознакомиться другими нашими материалами:

1. Запись вебинара «Рефлектометрические измерения. Строительство ВОЛС».
2. Запись вебинара «Рефлектометрические измерения. Метод шлейфа. Нормализующая катушка».
3. Запись вебинара «Рефлектометрические измерения. Оптический бюджет. Потери на ЭКУ».
4. Статья «Кабели-датчики для распределенного оптического мониторинга».

Илья Смирнов,
технический эксперт, преподаватель ВОЛС.Эксперт

Работа с волоконной оптикой | Журнал сетевых решений/LAN

Несмотря на оригинальность всех ранее рассмотренных приборов для проведения измерений на волоконно-оптических линиях связи, оптические рефлектометры (OTDR) превосходят их по сложности, диагностическим возможностям и, разумеется, по цене. Они существенно упрощают локализацию неисправностей — на рефлектограмме видны все неоднородности оптического волокна (сростки, точки коммутации и т. п.). В ряде случаев эти работы без рефлектометра вообще невозможно выполнить (например, в случае бронированных, уложенных в каналы или грунт оптических кабелей). С помощью рефлектометра можно измерить такие параметры, как погонное затухание, возвратные потери, величину отраженного сигнала. А сравнение текущей рефлектограммы с полученной ранее и сохраненной эталонной позволяет мгновенно выявить возникшие с течением времени отклонения в параметрах линии. Можно сказать, что рефлектометр — незаменимый прибор.

Однако принцип определения потерь рефлектометром отличается от того, как осуществляются измерения с помощью источника излучения и измерителя мощности. Поскольку величина потерь устанавливается косвенно, то, будучи прекрасным средством поиска точек с высокими потерями, этот прибор не обеспечивает требуемой точности при измерении затухания. Он не позволяет тестировать установленные на концах линии соединители. Ошибки диагностики, связанные с этими фактами, весьма распространены. Поэтому, справедливости ради, стоит отметить, что при всей незаменимости рефлектометра его одного явно недостаточно для проведения всего комплекса измерений на волоконно-оптической линии. Таким образом, при тестировании линии можно ограничиться измерением потерь и обойтись без рефлектометра, но недостаточно снять только рефлектограмму без измерения потерь. Для повышения точности и достоверности результатов тестирования диагностику линии лучше с помощью рефлектометра провести с обоих ее концов.

У оптических рефлектометров есть и другие слабые стороны. Они полностью повторяют перечень недостатков рефлектометров для металлических кабелей. Во-первых, это высокая стоимость приборов и их обслуживания (калибровки). Во-вторых, наличие мертвых зон (которые могут составлять десятки метров). И в-третьих, высокие требования к квалификации оператора (неопытному специалисту читать рефлектограммы чрезвычайно сложно).

Роль оптического рефлектометра в комплексе измерений на волоконно-оптической линии достаточно высока, что заставляет присмотреться к описываемым приборам повнимательнее. Этого требует и существенный разброс по ценам и функциональному набору представленных на рынке моделей.

Принцип действия всех рефлектометров прост: они посылают в линию импульсы излучения и регистрируют поток обратного рассеивания. В результате обнаруживаются все неоднородности на пути распространения света, определяются их величина и место расположения. Разница между приборами заключается в используемом методе измерения, средствах обработки и отображения результатов, наборе сервисных функций и конструктивном исполнении.

Самым примитивным устройством является рефлектометр с цифровым отображением информации, возможности которого ограничены измерением дальности на сравнительно небольших расстояниях (до 30 км) до неоднородности. Его чаще всего называют оптическим локатором или локатором неисправностей. Более развитые оптические локаторы могут измерять и поочередно отображать расстояния до нескольких (до 100) неоднородностей, потери в каждой из них, общее количество неоднородностей и т. п.

Наиболее мощными рефлектометрами, где функциональные возможности реализованы в полной мере, считаются модульные рефлектометры. А близкие к ним по мощности лабораторные рефлектометры мало пригодны для полевых измерений в силу своих массогабаритных показателей и питания от сети. Модульные же рефлектометры обеспечивают высокую мобильность, поскольку изготовлены на основе специализированных портативных персональных компьютеров. Пользовательский интерфейс обычно представлен в виде раскрывающихся диалоговых меню, а управление осуществляется с помощью сенсорного экрана. Часто предусматривается возможность применения широкого набора периферийных устройств (клавиатуры для ввода текстовой описательной информации, модема или сетевого адаптера для обмена данными, накопителя для дисков 3,5″, мини-принтера для распечатки результатов и т. п.), часть из которых может быть выполнена как сменные модули. Точно так же сделаны и измерительные блоки для различных длин волн. Кроме того, рефлектометр может иметь сменные модули, реализующие дополнительные функции (оптического тестера, телефона, анализатора спектра излучения и т. п.), обычно выполняемые другими приборами. Приобретать такое оборудование можно частями, начиная с самого необходимого, расширяя набор модулей в соответствии с возникающими задачами.

Ряд модульных рефлектометров выпускается в виде приставки, сопрягаемой с обычным ноутбуком по последовательному интерфейсу или через слот PCMCIA. Некоторые из этих приборов не могут работать без ноутбука, другие же предоставляют пользователю компромисс: автономно они могут только проводить измерения и отображать ограниченный набор параметров на встроенном цифровом дисплее (т. е. работать как оптические локаторы), а после подключения к ноутбуку превращаются в полнофункциональный рефлектометр.

Более экономичны функционально полные мини-рефлектометры. Хотя они и не обеспечивают такой гибкости, как модульные рефлектометры, но самодостаточны и обладают всеми необходимыми функциями для проведения измерений на оптическом кабеле. Главное при выборе прибора — заранее учесть все виды измерений и сервисных функций, которые могут потребоваться при его эксплуатации, так как расширить имеющийся набор в дальнейшем невозможно. Выбирая рефлектометр, следует изучить и все важнейшие характеристики рассматриваемых образцов.

Среди полезных функций рефлектометров нужно отметить масштабирование по обеим осям, автоматический выбор диапазона по дальности и зондирующего импульса, ввод текстовой пояснительной информации, хранение результатов и обмен с компьютером, режим сравнения рефлектограмм.

Важнейший параметр — динамический диапазон рефлектометра, который зависит от энергии зондирующего импульса и чувствительности приемника. Именно он и определяет максимальную длину исследуемого рефлектометром оптического волокна. От его значения (обычно — 20-46 дБ) зависит стоимость прибора. При сопоставлении устройств по этому параметру нужно быть крайне осторожным, так как его иногда представляют в различных величинах.

Особое внимание следует обратить и на разрешающую способность по уровню оптического сигнала и дальности (или пространственную разрешающую способность). Последний параметр связан с длительностью используемого зондирующего импульса и, наряду с точностью измерения по дальности, определяет точность локализации неисправности. Рефлектометр должен обеспечивать возможность автоматического или ручного выбора длительности импульса для достижения компромисса между необходимой дальностью и разрешающей способностью: чем выше энергия импульса (т. е. чем больше его длительность), тем больше дальность, но и хуже разрешающая способность. Отметим, что точность измерений по дальности и линейность зависят от стабильности внутренних тактовых генераторов. Точность по дальности зависит также от точности определения коэффициента преломления исследуемого оптического волокна (его значение применяется для расчета расстояния).

Еще один параметр рефлектометра — величина мертвых зон, в пределах которых фиксация потока обратного рассеяния невозможна. Мертвые зоны зависят от длительности светового импульса (до его окончания приемник не в состоянии зарегистрировать излучение) и динамического диапазона (импульс, отраженный от неоднородностей с высоким коэффициентом отражения, вызывает насыщение приемника, и ему требуется время на восстановление). Для устранения эффекта мертвой зоны используется внешняя или встроенная в рефлектометр удлинительная катушка.

Для получения качественной рефлектограммы необходимы удлинительная катушка в месте подключения рефлектометра (иначе соединитель окажется в мертвой зоне) и коммутационный кабель на другом конце (чтобы измерить потери в дальнем соединителе). Оба кабеля должны быть того же типа, что и используемый оптический кабель. При тестировании линии протяженностью до 2 км, и тот и другой должны иметь длину 75-100 м. Учитывая, что такой отрезок кабеля хранить непросто, удлинительные катушки для удобства эксплуатации поставляются смонтированными в защитных корпусах различного вида.

Во время проведения пусконаладочных работ могут потребоваться аттенюаторы. Для работ предлагается чрезвычайно широкая гамма этих устройств самой различной конструкции. Фиксированного затухания добиваются за счет применения шнуров с нормированным затуханием. Того же результата можно достичь с помощью колец, которые устанавливаются на соединитель и обеспечивают воздушный зазор между сердечниками оптических соединителей.

Регулируемый уровень затухания получают, используя ступенчатый аттенюатор, уровень затухания в котором пропорционален числу уложенных в пазы витков шнура. Свои решения имеются и для случаев, когда требуется плавная регулировка затухания, вносимого аттенюатором в тракт. Такую возможность обеспечивают соединители (вилки со шнуром или розетки) с регулируемым зазором. Еще одна разновидность аттенюаторов, регулируемые, выполняется в виде приборного блока.

Игорь Иванцов — менеджер отдела «Инструменты и приборы для монтажа и обслуживания телекоммуникационных систем» компании «СвязьКомплект». С ним можно связаться по тел.: (095)362-7787, и по адресам: [email protected], http://www.skomplekt.com.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Статьи — Оптические рефлектометры. Основные характеристики и принципы работы. Часть 4

5.3. Расшифровка и анализ рефлектограммы волокна

После завершения сканирования волокна и выведения полученной рефлектограммы на экран дисплея эту рефлектограмму надо проанализировать. Для выделения конечных точек измерений применяются курсоры‚ а цифровые результаты выводятся на экран.

Рисунок 12. Элементы рефлектограммы

Определение места повреждения. Наиболее важное измерение‚ осуществляемое с помощью рефлектометра‚ – это определение места дефекта или обрыва волокна. Чтобы устранить повреждение‚ нужно определить его точное местонахождение.

Френелевское отражение имеет место у большинства повреждений волокна. Оно выглядит как неожиданный всплеск на рефлектограмме волокна‚ указывающий на то‚ что импульс рефлектометра встретил на своем пути резкое изменение плотности стекла‚ т.е. встретил воздух в конце волокна. Расстояние до этого отражения на рефлектограмме показывает та точка‚ на которой появился всплеск. Если рефлектограмма после этого отражения возвращается к уровню обратного рассеяния‚ значит‚ волокно оборвано не полностью. То‚ насколько уровни обратного рассеяния до и после отражения отличаются друг от друга‚ говорит о том‚ сколько света потеряно на повреждение или дефект.

Многие механические оптоволоконные соединения вызывают френелевское отражение. Для того чтобы не спутать их с повреждениями‚ надо знать те места‚ где они находятся в волокне. Если после отражающего события (неоднородности) появляется обратное рассеяние, то это событие‚ вероятно‚ является механическим соединением. Если же после отражения появляется только шум‚ то это‚ вероятно‚ конец волокна.

Рисунок 13. Определение местонахождения конца волокна

Измерение расстояний. Расстояние до курсора выводится на экран. Просто переместив курсор к какой-либо точке рефлектограммы‚ можно определить расстояние от рефлектометра до этой точки. Единицы измерения расстояния обычно можно выбирать (это – метры‚ футы или мили). Нужно помнить‚ что Вы измеряете длину самого волокна (называемую оптическим расстоянием)‚ а не длину оболочки кабеля и не расстояние на местности вдоль кабельной трассы. Длина волокна может превышать длину оболочки кабеля на величину до 2%‚ поскольку волокно в кабеле укладывается свободно‚ с допуском на его изгибы. Не забывайте также‚ что у оптоволоконных стыков‚ а иногда и в некоторых других точках вдоль трассы кабеля обычно предусматриваются свободные петли кабеля. Каким образом длина волокна (а именно ее измеряет рефлектометр) превышает расстояние на местности и длину оболочки кабеля‚ показано на Рис.14.

Рисунок 14. Измерение длины волокна

Результат измерения расстояния до неоднородности в волокне (такой‚ как механическое или сварное соединение или конец волокна) зависит от того‚ куда помещен курсор. Чтобы обеспечить максимальную точность измерения‚ курсор нужно всегда помещать на последнюю точку обратного рассеяния‚ непосредственно перед неоднородностью.

Куда нужно помещать курсор‚ чтобы точно измерить расстояние до события (неоднородности) в волокне‚ показано на следующих схемах.

Для измерения расстояния до отражающего события (такой‚ как механическое соединение) поместите курсор непосредственно перед отражением‚ так чтобы курсор не оказался наверху выброса.

Рисунок 15. Определение местонахождения отражающего события

Для измерения расстояния до неотражающего события (такой‚ как сварное соединение или перегиб волокна) поместите курсор в точке‚ непосредственно предшествующей падению (или подъему) рефлектограммы.

Рисунок 16. Определение местонахождения неотражающего события

При использовании двух курсоров на дисплей будет выводиться расстояние от рефлектометра до каждого курсора‚ а также расстояние между обоими курсорами. Такая возможность используется для выделения каких-либо участков волокна.

Измерения потерь. Потери измеряются на участках между двумя или несколькими курсорами. Точное измерение потерь возможно только между двумяуровнями обратного рассеяния. Это означает‚ что оба курсора должны находиться на обратном рассеянии. Ни один из них не должен быть ни на френелевском отражении‚ ни в мертвой зоне.

Измерения полных потерь. Полное затухание волокна можно измерить‚ поместив один курсор непосредственно справа от мертвой зоны ближнего конца‚ а второй – непосредственно слева от френелевского отражения дальнего конца. Данные о потерях на участке между курсорами выводятся на экран. Примечание: результаты этих измерений не являются такими же точными‚ как результаты измерения полных потерь‚ осуществляемого с помощью источника света и ваттметра. Это связано с тем‚ что при нем не охватывается часть волокна‚ «укрывшаяся» в начальной мертвой зоне‚ и ничего не говорится о потерях в двух концевых разъемах.

Рисунок 17. Дисплей с результатами измерений

Измерения потерь на участке волокна. Потери на участке волокна измеряются простой установкой двух курсоров на концы этого участка и определением разницы в уровнях между ними.

Измерения потерь на оптоволоконном соединении. Оптоволоконное соединение идентифицируется как неожиданный сдвиг уровня обратного рассеяния. Если это механическое соединение‚ то возможно и френелевское отражение. Потери на соединении имеют место в одной точке волокна. Принимать форму точечных потерь могут также потери на изгиб и потери‚ вызванные механическим напряжением. Потери в одной точке можно измерять двумя методами: «методом двух точек» или определением потерь на соединении аппроксимацией по методу наименьших квадратов (МНК).

Метод двух точек аналогичен методу определения потерь на участке волокна‚ за исключением того‚ что два курсора устанавливаются как можно ближе друг к другу‚ причем левый курсор помещается прямо на измеряемой точке‚ а правый – как можно ближе к нему‚ но все же на обратном рассеянии. Уровень обратного рассеяния при наличии точечных потерь не падает‚ а скорее слегка смещается в сторону и вниз. Длина участка такого смещения соотносится с длительностью импульса (точно так же‚ как и расстояние‚ занятое френелевским отражением). Поскольку измерять потери можно только между двумя обратными рассеяниями‚ правый курсор не может использовать какую-либо часть этого участка смещения. Это приводит к тому‚ что правый курсор приходится помещать дальше‚ за точкой с результатами измерений‚ появляющейся после возникновения потерь. Следовательно‚ при измерении разницы в уровнях между двумя точками определяются потери‚ появившиеся в данной точке плюс определенные потери (обычно крайне незначительные)‚ которые в нормальных условиях появились бы при распространении на такое расстояние.

Аппроксимация по методу наименьших квадратов (МНК)– это способ‚ при котором устраняются чрезмерные‚ появившиеся в результате распространения на определенное расстояние потери‚ которые обнаруживаются при использовании метода двух точек. Курсор просто помещается на ту точку‚ потери в которой надо измерить‚ а затем в разделе «Режим определения потерь» на панели управления выбирается «LSASpliceLoss» (определение потерь на соединении аппроксимацией по методу наименьших квадратов) или просто «Splice» (оптоволоконное соединение). Затем рефлектометр определяет‚ какими были бы потери‚ если бы падение уровня обратного рассеяния на дисплее было бы отвесным‚ а не представляло собой смещение в сторону и вниз.

ИЗМЕРЕНИЕ ВНОСИМЫХ ПОТЕРЬ НА СТЫКАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ДЛИН ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ

1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ» Кафедра линий связи и измерений в технике связи Т.Г. НИКУЛИНА, М.В. ДАШКОВ ИЗМЕРЕНИЕ ВНОСИМЫХ ПОТЕРЬ НА СТЫКАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ДЛИН ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ Методические указания по выполнению лабораторной работы Самара 2017

2 УДК Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ, протокол 2 от г. Рецензент: доцент, кафедра систем связи ФГБОУ ВО ПГУТИ, к.т.н., Трошин А.В. Д Никулина, Т.Г., Дашков, М.В. Измерение вносимых потерь на стыках строительных длин оптических кабелей методические указания по выполнению лабораторной работы/ Т.Г. Никулина. Самара: ПГУТИ, с. В учебно-методической разработке приводится систематизированный материал, посвященный измерению вносимых потерь на сварных соединениях оптических волокон кабелей методом обратного рассеяния. В результате выполнения лабораторной работы студенты получают навыки работы в оболочке оптического рефлектометра, обработки рефлектограмм и измерения вносимых потерь на стыках строительных длин оптических кабелей. Методические указания предназначены для студентов 4 курса, обучающихся по направлениям подготовки Инфокоммуникационные технологии и системы связи, Фотоника и оптоинформатика, и для студентов 3 курса, обучающихся по направлению подготовки Радиотехника, Радиоэлектронные системы и комплексы и предназначены для проведения лабораторных занятий. При подготовке методических указаний использовались материалы книги: Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. М.: ЛЕСАРарт, с. 2 Никулина Т.Г., 2017

3 Цель работы: Получения практических навыков измерения вносимых потерь на стыках строительных длин оптических кабелей методом обратного рассеяния. Литература. 1. Измерения на ВОЛП. Учебное пособие для вузов / Андреев В.А. [и др.]. Самара: ООО «Издательство АСГАРД», с. 2. Измерения на ВОЛП методом обратного рассеяния. Учебное пособие для вузов / Андреев В.А., Бурдин В.А., Баскаков В.С., Косова А.Л. Самара, СРТТЦ ПГАТИ, с. 3. Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. М.: ЛЕСАРарт, с. 4. Направляющие системы электросвязи [Текст] : учеб. для вузов / В. А. Андреев, Э. Л. Портнов, Л. Н. Кочановский ; ред. В. А. Андреев. — [17-е изд., перераб. и доп.]. — М. : Горячая линия — Телеком, Т. 1 : Теория передачи и влияния с. 5. Направляющие системы электросвязи [Текст] : учебник для вузов : в 2 т. / В. А. Андреев, А. В. Бурдин, Л. Н. Кочановский, Э. Л. Портнов, В. Б. Попов ; редактор В. А. Андреев. — [7-е изд., перераб. и доп.]. — М.: Горячая линия — Телеком, Т. 2 : Проектирование, строительство и техническая эксплуатация c. Контрольные вопросы 1. Расскажите общие положения теории метода обратного рассеяния. 2. Поясните принцип действия оптических рефлектометров OTDR (Optical Time Domain Reflectometer). Нарисуйте структурную схему OTDR. Поясните назначение блоков. 3. Нарисуйте типичную рефлектограмму ВОЛП, указав на ней все возможные типы неоднородностей. 4. Приведите основные рабочие параметры OTDR: динамический диапазон, разрешающая способность и т.д. 5. Какие параметры ВОЛП, могут быть измерены методом обратного рассеяния? 6. Поясните, как корректно произвести выбор и установку параметров измерения OTDR. Каковы требования к отношению сигнал-шум при измерении коэффициента затухания ОВ, потерь на сварном соединении, общих потерь на элементарном кабельном участке (ЭКУ) ВОЛП? 7. Поясните как зависят характеристики обратного рассеяния от параметров измерения. 8. Поясните как выполняются измерения расстояния до неоднородности. Каковы факторы, влияющие на точность измерения оптической длины? 3

4 9. Поясните как выполняются измерения коэффициента затухания на квазирегулярном участке. Каковы требования к условиям измерения? Какие факторы, влияют на точность измерения? 10. Поясните как выполняются измерения вносимых потерь на сварном соединении. при монтаже оптических муфт. Какая применяется схема измерения? Каковы нормы потерь на сварном соединении? 11. Поясните как выполняются измерения потерь на смонтированном ЭКУ с помощью OTDR. Поясните схему и порядок измерения, контролируемые параметры и нормы. Общий порядок выполнения работы 1. В работе необходимо произвести измерения вносимых потерь на стыках строительных длин (сварных соединениях) оптических кабелей на двух длинах волн 1310 нм и 1550 нм. 2. Обрабатываемые рефлектограммы выбираются согласно номеру бригады из табл. 1. Табл. 1 Названия файлов рефлектограмм для различных бригад бригады Краткая характеристика Имя файла 1 Рефлектограмма трассы со стороны АБ, ab sor Рефлектограмма трассы со стороны БА, ba sor Рефлектограмма трассы со стороны АБ, ab sor Рефлектограмма трассы со стороны БА, ba sor 2 Рефлектограмма трассы со стороны АБ, ab sor Рефлектограмма трассы со стороны БА, ba sor Рефлектограмма трассы со стороны АБ, ab sor Рефлектограмма трассы со стороны БА, ba sor 3 Рефлектограмма трассы со стороны АБ, ab sor Рефлектограмма трассы со стороны БА, ba sor Рефлектограмма трассы со стороны АБ, ab sor 4

5 Рефлектограмма трассы со стороны БА, 4 Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, 5 Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, 6 Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, 7 Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, 8 Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, ba sor ab sor ba sor ab sor ba sor ab sor ba sor ab sor ba sor ab sor ba sor ab sor ba sor ab sor ba sor ab sor ba sor ab sor ba sor ab sor ba sor 5

6 9 Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, Рефлектограмма трассы со стороны АБ, Рефлектограмма трассы со стороны БА, ab sor ba sor ab sor ba sor 3. Схема ЭКУ ВОЛП, на котором производились измерения характеристик обратного рассеяния (рефлектограмм) ВОЛП приведена на рис.1. Рис. 1 Схема ЭКУ ВОЛП 4. Откройте файл обрабатываемой рефлектограммы в заданной преподавателем оболочке рефлектометра (подробная последовательность работы в различных оболочках OTDR описана в методической разработке далее). 5. Произведите идентификацию всех неоднородностей и выполните измерения общей длины ЭКУ ВОЛП и расстояний до каждой неоднородности измеренных со стороны АБ и БА. Результаты запишите в табл. 2 в столбцы L АБ, L БА. Неоднородности n Общая длина ЭКУ ВОЛП L АБ, км Табл. 2 Результаты измерений L БА, 1310 нм 1550 нм км a АБ, дб a БА, дб a с, дб a АБ, дб a БА дб a с дб 6

7 6. Произведите измерения вносимых потерь на всех идентифицированных неоднородностях со стороны АБ и БА на двух длинах волн. Для этого необходимо выполнить обработку (измерения) четырёх рефлекторамм. Результаты занесите в табл. 2 в столбцы a АБ, дб и a БА, 7. Важно! При выполнении измерений помните, что если неоднородность на рефлектограмме трассы со стороны АБ находится в начале линии, то эта же неоднородность на рефлектограмме со стороны БА будет находиться в конце линии (рис. 3). Начало линии Сварка 1 Конец линии Сварка 1 (трасса АБ) Сварка 1 (трасса БА) Рис. 3 Пример рефлектограмм трассы ЭКУ ВОЛП со стороны АБ и БА 8. Для измерения вносимых потерь на неоднородности (сварном соединении) со стороны АБ и БА необходимо произвести корректную расстановку маркеров (4 или 5 маркеров в зависимости от того в какой оболочке работает измеритель) 9. На рис. 4 и рис. 5 представлены примеры расстановки маркеров на сварном соединении по пяти- и четырех-маркерным схемам. Важно! Четырех-маркерная схема отличается от пяти-маркерной тем, что отсутствует маркер, выставляемый на конец квазирегулярного участка перед неоднородностью. На рис. 4 это маркер под номером После выполнения измерений вносимых потерь на сварных соединениях со стороны АБ и БА рассчитайте значение потерь на каждой неоднородности по формуле: aaб aба ac, дб 2 7

8 Важно! Находится сумма aaб aба с учетом знака. Пример: пусть aaб 0,06 дб, aба 0, 02дБ, тогда aaб aба 0,06 ( 0,02) 0,06 0,02 a C 0,02, дб Рис. 4 Пяти-маркерная схема расстановки маркеров для измерения вносимых потерь на сварном соединении Рис. 5 Четырех-маркерная схема расстановки маркеров для измерения вносимых потерь на сварном соединении 11. Значения C a занесите в табл. 2 и выполните оценку потерь на всех неоднородностях (сварных соединениях) на соответствие нормам. Нормы потерь на сварных соединениях для двух длин волн приведены в табл Сделайте выводы по проделанной работе. 8

9 Нормы потерь на сварных соединениях Значения потерь на 100 % 50 % длине волны: ,2 дб 0,1 дб ,1 дб 0,05 дб Табл. 3 Порядок выполнения работы в оболочке OTDR Trace Viewer III 1. Загрузите оболочку OTDR Trace Viewer III. 2. Согласно номеру бригады (см. табл. 1) выберите файл с обрабатываемой рефлектограммой. Для этого нажмите кнопку «Open File» показанную на рис. 6. Рис. 6 Вид оболочки OTDR Trace Viewer III 3. Далее необходимо выбрать в появившемся окне папку, соответствующую номеру варианта и нужный файл трассы со стороны АБ (рис. 7). 9

10 Рис. 7 Вид оболочки OTDR Trace Viewer III 4. Названия файлов и каткое их описание приведены в табл В окне «Graphical View TraceView» отобразиться рефлектограмма трассы и маркеры А и В. Рис. 8 Вид рефлектограммы в оболочке OTDR Trace Viewer III 6. Обратите внимание, что активным является подсвеченный маркер. 10

11 Рис. 9 Маркеры на рефлектограмме трассы, стрелкой указан активный маркер 7. Измените масштаб рефлектограммы, так чтобы были видны стыки сварных соединений. Рис. 10 Вид участка рефлектограммы трассы в увеличенном масштабе: стрелками показаны стыки сварных соединений 11

12 8. Установите активный маркер на начало неоднородности, так как это показано на рисунке 11. Обратите внимание, что начало неоднородности там, где рефлектограма резко искажается. а б Рис. 11 Установка активного маркера на «ступеньке» сварного соединения: а «ступенька вниз», б «ступенька вверх» 9. После установки маркера, нажмите кнопку, отмеченную стрелкой на рис. 12. Рис. 12 Вид оболочки OTDR Trace Viewer III 10. Около основного маркера появятся четыре дополнительных маркера, отмеченные точками и аппроксимирующие прямые между дополнительными маркерами. 12

13 Рис. 13 Вид маркера и прямых аппроксимации 11. Измените, положение появившихся маркеров и соответственно прямых аппроксимации, так чтобы они оказались на квазирегулярных участках «до» и «после» неоднородности. При этом основной маркер по-прежнему должен быть установлен на начало неоднородности. 12. Маркеры, отмеченные точками, устанавливаются так, чтобы прямые аппроксимации занимали весь квазирегулярный участок. На рис. 14 показан пример корректной расстановки маркеров прямых аппроксимации. 13. На рис. 15 показаны примеры некорректной расстановки маркеров. В данном примере дополнительные маркеры расставлены так, что между каждой парой маркеров аппроксимируется не весь квазирегулярный участок, а лишь его небольшая часть. При такой расстановке маркеров результаты измерения потерь на неоднородности могут быть неточными. В общем случае точность измерений зависит от длины участков аппроксимации. Если длина участка не менее 1 км, то результаты будут достаточно точными. При уменьшении длины участка аппроксимации будет увеличиваться погрешность измерения. Это вызвано тем, что меняется наклон аппроксимирующих прямых. 13

14 а б в Рис. 14 Вид корректной расстановки маркеров: а общий вид неоднородности и квазирегулярных участков, б показан квазирегулярный участок до неоднородности, в показан квазирегулярный участок после неоднородности 14

15 Рис. 15 Пример некорректной расстановки маркеров: маркеры захватывают не весь квазирегулярный участок 14. На рис. 16 показан еще один пример некорректной расстановки маркеров. Первый маркер выходит за пределы квазирегулярного участка. Рис. 16 Пример некорректной расстановки маркеров: маркер слева от неоднородности выходит за пределы квазирегулярного участка 15. После корректной расстановки маркеров необходимо снять показания вносимых потерь на сварных соединениях. Это значение Ins.Loss at A или Ins.Loss at B, в зависимости от того какой маркер (A или B являлся активным). На рис. 17 это значение Ins Loss at B равное 0,196 дб. 15

16 Рис. 17 Вносимые потери на сварном соединении 16. Выполните измерения вносимых потерь на всех неоднородностях рефлектограммы трассы со стороны АБ. 17. Согласно номеру бригады (см. табл. 1) выберите файл с обрабатываемой рефлектограммой со стороны БА. 18. Выполните измерения вносимых потерь на всех сварных соединених трассы со стороны БА. 13. После выполнения измерений вносимых потерь на сварных соединениях со стороны АБ и БА рассчитайте значение потерь на каждой неоднородности по формуле: aaб aба ac, дб Значения a C занесите в табл. 2 и выполните оценку потерь на всех неоднородностях (сварных соединениях) на соответствие нормам. Нормы потерь на сварных соединениях для двух длин волн приведены в табл Сделайте выводы по проделанной работе. 16

17 Порядок выполнения работы в оболочке OTDR Fiber_Trace 1. Загрузите оболочку OTDR Fiber_Trace. 2. Согласно номеру бригады (см. табл. 1) выберите файл с обрабатываемой рефлектограммой. Для этого нажмите кнопку «Open» показанную на рис. 18. Рис. 18 Вид оболочки OTDR Fiber_Trace 3. Далее необходимо выбрать в появившемся окне папку, соответствующую номеру варианта и нужный файл трассы со стороны АБ (рис. 19). Рис Вид оболочки OTDR Fiber_Trace 4. Выполните масштабирование рефлектограммы, так чтобы хорошо различать все имеющиеся на рефлектограмме неоднородности. Для этого нажмите кнопку «Zoom» (рис. 20). Курсор мышки изменит вид на значок «лупы». Выделите курсором мышки масштабируемый уча- 17

18 сток рефлектограммы. После того, как вы отпустите курсор мышки, выделенный участок будет показан в увеличенном масштабе. Рис. 20 Кнопка «Zoom» 5. При необходимости возврата к первоначальному масштабу нажмите кнопку «Zoom reset» (рис. 21). Рис. 21 Кнопка «Zoom reset» 6. Выделите квазирегулярный участок до неоднородности, поставив сначала маркер А на конец квазирегулярного участка, непосредственно перед неоднородностью, затем поставив маркер В на начало квазирегулярного участка, как это показано на рис Нажмите кнопку «Calculate slope» (рис. 23). После этого квазирегулярный участок будет выделен скобками (рис. 24). 8. Расставьте маркеры А и В на квазирегулярном участке после неоднородности и нажмите кнопку «Calculate slope» (рис. 25). 9. Поставьте маркер А на начало неоднородности (рис. 27). 10. Нажмите кнопку «Calculate Splice» (рис. 28). Рядом с неоднородностью появятся значения потерь на сварном соединении и расстояние до неоднородности. 11. Для того чтобы лучше было видно данные показания, измените масштаб, нажав кнопку «Zoom reset» (рис. 29). 12. Запишите значения потерь на сварном соединении, измеренные со стороны АБ. На рис. 29 это значение 0,191 db (0,191 дб). 18

19 Рис. 22 Расстановка маркеров на квазирегулярном участке до неоднородности (стрелкой показана сама неоднородность) Рис. 23 Кнопка «Calculate slope» Рис. 24 Вид квазирегулярного участка после нажатия 19

20 кнопки «Calculate slope» Рис. 25 Расстановка маркеров на квазирегулярном участке после неоднородности Рис. 26 Вид квазирегулярного участка после нажатия кнопки «Calculate slope» 20

21 Рис. 27 На рисунке показан маркер А на неоднородности Рис. 28 Кнопка «Calculate Splice» Рис. 29 Вид рефлектограммы после нажатия кнопки «Zoom reset» 19. Аналогичным образом выполните измерения вносимых потерь на всех неоднородностях рефлектограммы трассы со стороны АБ. 21

22 20. Согласно номеру бригады (см. табл. 1) выберите файл с обрабатываемой рефлектограммой со стороны БА. 21. Выполните измерения вносимых потерь на всех сварных соединених трассы со стороны БА. 16. После выполнения измерений вносимых потерь на сварных соединениях со стороны АБ и БА рассчитайте значение потерь на каждой неоднородности по формуле: aaб aба ac, дб Значения a C занесите в табл. 2 и выполните оценку потерь на всех неоднородностях (сварных соединениях) на соответствие нормам. Нормы потерь на сварных соединениях для двух длин волн приведены в табл Сделайте выводы по проделанной работе. Приложение 1. Принцип действия OTDR Оптический рефлектометр OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) посылает в линию мощный зондирующий оптический импульс и измеряет мощность и время запаздывания импульсов, вернувшихся обратно в рефлектометр (обратнорассеянный поток) [3]. В оптических волокнах обратнорассеянный поток образуется не только за счет отражения от больших (по сравнению с длиной волны) дефектов, но и за счет релеевского рассеяния. Рассеяние света происходит на флуктуациях показателя преломления кварцевого стекла, застывших при вытяжке волокна. Размер этих неоднородностей (релеевских центров) мал по сравнению с длиной волны и свет на них рассеивается во все стороны, в том числе и назад в моду волокна (рис. П.1). Релеевские центры OTDR Оболочка ОВ Обратнорассеянный поток Сердцевина ОВ Рис. П.1 Принцип действия оптического рефлектометра OTDR Релеевские центры распределены однородно вдоль волокна, и в рассеянном на них потоке содержится информация обо всех параметрах ли- 22

23 нии, влияющих на поглощение света. Именно за счет детектирования рассеянного излучения удается обнаруживать неотражающие (поглощающие) неоднородности в волокне. Например, по сигналу обратного релеевского рассеяния света можно измерить распределение потерь в строительных длинах оптических кабелей и потери в сростках волокон. Такие измерения нельзя выполнить, регистрируя только отраженное (а не рассеянное) излучение. Доля мощности света, рассеиваемая назад в моду волокна крайне мала. Например, при ширине импульса 1м (длительность импульса 10 нс) коэффициент обратного релеевского рассеяния составляет величину около «70 дб». Поэтому, в OTDR в волокно посылаются импульсы большой мощности и большой длительности, а для детектирования рассеянных назад импульсов света применяются высокочувствительные фотоприемники. В большинстве моделей OTDR используется модульная конструкция (рис. П.2) [3]. Она содержит базовый модуль и несколько сменных оптических модулей. Базовый модуль представляет собой персональный компьютер, приспособленный для обработки сигнала и вывода его на дисплей. Оптический модуль включает в себя лазерный диод, фотоприемник, оптический ответвитель и оптический разъем. Стоимость оптического модуля зависит от величины его динамического диапазона и может в несколько раз превышать стоимость базового модуля. Модульная конструкция OTDR позволяет потребителю не только выбрать необходимую ему на данный момент конфигурацию прибора, но и в дальнейшем модернизировать прибор, например, установив, многомодовый модуль или одномодовый модуль с большим динамическим диапазоном. Рис. П.2 Блок-схема оптического рефлектометра [3] 23

24 В качестве источника излучения в оптическом модуле обычно используется лазерные диоды типа Фабри-Перо. Оптические импульсы поступают через ответвитель на оптический разъем рефлектометра, к которому подключается исследуемое волокно. Рассеянные в волокне импульсы света возвращаются в оптический модуль и передаются с помощью ответвителя на фотоприемник, где они преобразуются в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается, накапливается, обрабатывается в базовом модуле и отображается на дисплее в графической форме в виде рефлектограммы. Такое представление информации позволяет анализировать её как визуально, так и автоматически с помощью встроенных программных алгоритмов. Мощность рассеянных назад импульсов на дб (в зависимости от их длительности) меньше мощности импульсов, вводимых в волокно. Поэтому для улучшения отношения сигнал/шум используется многократное усреднение результатов измерений. Причем для их эффективного усреднения достаточно нескольких секунд, так как время, затрачиваемое на прохождении линии мало (100 км свет проходит за 1 мсек). Типичная рефлектограмма содержит около измеряемых точек и при вычислении каждой такой точки усредняется несколько тысяч импульсов. Весь этот массив данных рефлектометр обрабатывает за долю секунды. Первая измеренная рефлектограмма сразу выводится на дисплей. Далее на дисплей выводятся усредненные рефлектограммы. При каждом удвоении времени измерений шумы в усредненной рефлектограмме уменьшаются примерно на 0.75 дб. Обработка большого массива данных и создание дружественного пользователю интерфейса осуществляется с помощью двух микропроцессоров. Первый, быстродействующий процессор RISC, дает возможность усреднять до 50 миллионов точек в секунду. Второй процессор Intel обеспечивает работу интерфейсной части программы, автопоиск дефектов в линии, вывод данных на дисплей. Он обеспечивает также совместимость с ПК, что позволяет применять не только обычное программное обеспечение, но и стандартное компьютерное оборудование, такое как клавиатура, мышь, принтер, факс/модем и жесткий диск (в стандарте PCMCIA). Приложение 2. Идентификация рефлектограммы Каждый тип неоднородности (сварное соединение волокон, микротрещина, оптический разъем и т.д.) имеет свой характерный образ на дисплее OTDR, и может быть идентифицирован (рис. П.3). Отражающие неоднородности, такие как разъемные соединения волокон (1), микротрещины (3), торец волокна (4) — отображаются на рефлектограмме в виде резких всплесков. Неотражающие неоднородности, такие как сварные соединения или изгибы оптического волокна отображаются на рефлектограмме как сту- 24

25 пенька вверх или вниз (2). Участки рефлектограммы, расположенные между неоднородностями, имеют вид прямых линий с отрицательным наклоном и называются — квазирегулярными участками (6). Угол наклона этих прямых прямо пропорционален величине потерь в оптическом волокне. 1- начало линии (оптический разъем) 2 — сварное соединение 3 — отражающая неоднородность 4 — конец линии (торец волокна) 5 — шумы 6 -квазирегулярные участки Рис. П.3 Типичная рефлектограмма (показаны все возможные неоднородности ВОЛП) За отражающей неоднородностью, обусловленной отражением от торца ОВ в конце линии (4), отображаются шумы фотоприемника оптического рефлектометра (5). Приложение 3. Установка параметров OTDR перед измерением Перед началом измерения измерителем, как правило, устанавливаются следующие параметры OTDR: 1. Длина волны, на которой выполняются измерения. Набор длины волн, на которых рефлектометр позволяет выполнять измерения, обычно определяется оптическим блоком рефлектометра.типовые блоки OTDR, как правило, позволяют выполнять измерения на длинах волн 1310 нм и 1550 нм в одномодовых оптических волокнах и на длинах волн 850 нм и 1300 нм в многомодовых оптических волокнах. При необходимости измерения могут выполняться (если позволяет оптический блок рефлектометра) на длинах волн 1490 нм, 1625 нм, 1650 нм и др. При выборе длины волны следует учитывать, что чувствительность рефлектометра к изгибам оптического волокна увеличивается при увеличении длины волны. 25

26 2. Диапазон расстояний (диапазон измеряемых длин) определяет период следования зондирующих импульсов. Диапазон расстояний выбирается несколько больше, чем длина трассы, так чтобы в конце линии был виден всплеск, обусловленной отражением от торца ОВ и шумы фотоприемника. Если значение диапазона расстояний в рефлектометре установлено меньше длины измеряемого волокна, то в рефлектограмме появляются ложные сигналы. Они образуются потому, что рефлектометр посылает следующий импульс раньше, чем успеет вернуться предыдущий и в результате в фотоприемник в одно и тоже время поступают импульсы, отраженные от разных участков волокна. Кроме того, при неправильной установке диапазона расстояний в конце рефлектограммы не будет виден всплеск сигнала отражения от торца волокна (4) и не будут видны шумы фотоприемника (5). Это приведет к невозможности оценки отношения сигнал/шум в конце линии при проведении измерений, поскольку для этого требуется знать уровень шума в фотоприемника (5). 3. Длительность зондирующего импульса. При выборе этого параметра следует учитывать, что с увеличением длительности зондирующего импульса увеличивается отношение сигнал/шум в конце линии, но одновременно ухудшается разрешающая способность рефлектометра. 4. Время усреднения влияет на «зашумленность» рефлектограммы. При увеличении времени усреднения размах шумов рефлектограммы уменьшается, и как следствие, улучшается отношение сигнал/шум в конце линии. Однако с увеличением времени усреднения возрастает время измерений, которое, учитывая большое количество волокон в линии передачи, не может быть слишком большим. 5. Показатель преломления (групповой показатель преломления) ОВ, зависит от типа ОВ и длины волны, на которой выполняются измерения. Этот параметр влияет на точность измерения оптической длины волокна: x gt / 2. Здесь групповая скорость распространения оптического импульса в ОВ определяется как c / n — групповой показатель преломления ОВ. Вели- g n g, где g чина группового показателя волокна обычно приводится в спецификациях на оптический кабель. При установке этого параметра неверно, будет возникать погрешность при определении расстояний по рефлектограмме. 6. Коэффициент обратного рассеяния (уровень обратного рассеяния) влияет на точность измерения коэффициента отражения Refl и оптических возвратных потерь ORL. Значение данного парамет- 26

27 ра может быть указано в спецификациях на оптический кабель (указывается не всегда) или указывается в технических характеристиках оптического волокна. Типичные значения коэффициента обратного рассеяния одномодовых ОВ составляют: на длине волны 1310 нм «-79» дб; на длине волны 1550 нм «- 81» дб; на длине волны 1625 нм «-82» дб. Для многомодовых ОВ: на длине волны 850 нм «-70» дб и на длине волны 1300 нм «-75» дб. 27

Обзоры и таблицы

Предварительная локализация места повреждения на трассе

Кабельные линии являются основным проводником электроэнергии и информационных сигналов и к ним, как к важнейшему элементу систем передачи, предъявляются высокие требования качества изготовления и длительной бесперебойной работы. В случае повреждения и выхода из работы кабельной линии она подлежит скорейшему ремонту. Определение места и характера повреждения является сложной задачей в силу большой протяженности кабельных линий и способа прокладки (воздушные линии или подземные). Учитывая, что повреждения кабельной линии могут носить различный характер, который влияет на поведение электрического сигнала внутри линии, методы поиска места повреждения могут сильно отличаться и для определения точного места повреждения может требоваться целая лаборатория с комплексом различных приборов. Для трёхфазных силовых кабельных линий сложность также заключается в определении повреждённой жилы или нескольких жил. Повреждение таких линий может быть комбинированным, и параметры линии требуют детального анализа перед проведением работ по локализации места повреждения с учетом взаимодействия электрического сигнала между жилами кабельной линии и между жилами и изоляцией.

Основной характеристикой повреждения является его переходное электрическое сопротивления и все виды повреждений можно классифицировать с учетом его характера и переходного сопротивления в месте повреждения линии. Проанализировав переходные сопротивления во всевозможных комбинациях подключения к линии, можно сделать вывод о характере повреждения, но не определить место повреждения на трассе. Для ускорения рабочего процесса по поиску места повреждения были изобретены методы предварительной локализации, которые указывают приблизительное расстояние до проблемного участка. Один из таких методов получил широкое распространение в силу своей наглядности, функциональности, точности и аналитических свойств.

Метод импульсной рефлектометрии

Суть метода импульсной рефлектометрии заключается в посыле в кабельную линию короткого зондирующего импульса, который, постепенно затухая, частично или полностью отражается при изменении волнового сопротивления внутри линии, что свидетельствует о неоднородностях в месте прохождения импульса. Зная скорость распространения импульса и разность времени между его посылом и приёмом отраженной части на конце линии можно посчитать расстояние до места неоднородности. По ходу следования импульса его форма изменяется, и вид отраженного сигнала также несёт в себе информацию о состоянии линии. Если снять осциллограмму принимаемых отражений импульса на достаточном временном окне, за которое зондирующий импульс и его отражения полностью проходят кабельную линию, то по её результатам можно оценить общее состояние линии с учетом расстояния до всех неоднородностей. С помощью такого метода можно с более чем достаточной точностью определить место и характер низкоомного повреждения линии, расположение муфт и ответвлений, конец линии и соответственно её полную длину, а также участки замокания изоляции кабеля.

Анализ рефлектограмм и работа с ними

График отражений зондирующего импульса называют рефлектограммой. В силу большой частоты дискретизации значений амплитуды сигнала, рефлектограмма является мощным аналитическим инструментом. Как известно, кабель обладает собственной погонной ёмкостью, обусловленной его конструкцией, из-за чего воздействие на сигнал в линии является частотно-зависимым. Длина зондирующего импульса влияет на скорость его затухания и перераспределение энергии сигнала по времени при его движении через кабельную линию, поэтому есть необходимость подстройки длины зондирующего импульса под определенную линию для получения более детальной рефлектограммы. Также в зависимости от характера повреждения форма отражений импульса может быть как положительной так и отрицательной полярности. Ниже приведены типичные рефлектограммы для различного рода неоднородностей линии.

Ось абсцисс графика показывает время, прошедшее от начала посыла зондирующего импульса, для удобства эту ось пересчитывают в длину участка линии. В пересчете участвует скорость распространения импульса вдоль линии, которая зависит от конструктивных особенностей кабеля, эту скорость определяют отношением скорости света к реальной скорости распространения импульса, получившийся коэффициент называют коэффициентом укорочения. Каждая марка кабеля имеет свой коэффициент укорочения и большинство из них уже давно рассчитаны, если коэффициент укорочения кабеля неизвестен, то можно его вычислить из известной длины исправного кабеля и времени прохождения импульса и его отражения от конца кабельной линии.

Построению рефлектограммы могут препятствовать различные помехи, которые классифицируются на две группы: асинхронные и синхронные. Асинхронные помехи вызваны наводками высоковольтного электрооборудования вблизи кабельной линии или соседней линией в работе и имеют вид шума, уровень которого может быть выше полезного сигнала зондирующего импульса. В таких условиях используется режим накопления сигнала – рефлектограмма снимается несколько раз, и вычисляются среднеарифметические значения точек графика, из-за чего асинхронная составляющая каждого измерения приближается к координатному нулю.

Синхронные помехи связаны с неоднородностями самой линии и вызваны процессом измерения. При наличии множества вставок, муфт, скруток или участков замокания изоляции кабельной линии рефлектограмма может принимать трудночитаемую форму и выделить место повреждение становится затруднительно. В этом случае помогает метод дифференциального анализа поврежденной жилы с исправной или просто нескольких конфигураций подключения линии с попарным сравнением. Суть метода заключается в вычитании точек одной рефлектограммы из другой, таким образом отсеиваются синхронные составляющие рефлектограмм, и место повреждения более явно проявляется на полученном графике.

Современные рефлектометры и их наиболее важные характеристики

Основной характеристикой рефлектометров является диапазон измерения длины линии. Многие рефлектометры имеют весьма высокие диапазоны порядка нескольких сотен километров, но важно понимать, что это лишь аппаратная величина измерения самого прибора. Так как измерение связано с затуханием сигнала в линии и различными коэффициентами укорочения, реальное максимальное расстояние определения места повреждения или длины линии может быть намного меньше, особенно в силу затухания низковольтного зондирующего импульса. При использовании рефлектометра с генераторами высоковольтных ударных импульсов можно расширить этот диапазон до предела ограниченного коэффициентом укорочения линии и сильно расширить функционал самого рефлектометра за счет реализации новых методов локализации. При использовании рефлектометра в синхронизации с подобными генераторами, можно создать короткую дугу в месте высокоомного повреждения, через которую пройдет зондирующий импульс рефлектометра, т.к. сама дуга обладает низким сопротивлением. Такой метод локализации называется импульсно дуговым. Также возможна реализация метода колебательного разряда, сущность которого заключается в многократных переотражениях в месте заплывающего пробоя. Расстояние до такого повреждения можно найти из периода волны колебаний регистрируемой прибором.

Также важной характеристикой при выборе рефлектометра являются параметры зондирующего импульса. В современных рефлектометрах возможна настройка величины амплитуды и длительности зондирующего импульса, что позволяет подобрать нужные параметры под определенный тип и длину линии. В рефлектометрах присутствует так называемая мертвая зона, в которой невозможно различить полезные данные рефлектограммы из-за высокого уровня искажений, вызванных длительностью самого зондирующего импульса и аппаратными помехами после него. Поэтому для использования рефлектометра на коротких линиях требуется как можно меньшая длительность зондирующего импульса.

Анализ рефлектограмм для определения характера и места повреждения может быть трудоемкой задачей, поэтому для современных рефлектометров также важно детальное отображение рефлектограммы на крупном дисплее и возможность вывода нескольких рефлектограмм с функцией дифференциального анализа. При различных вариантах подключения к поврежденной линии возможность сопоставления рефлектограмм на месте значительно упрощает и ускоряет рабочий процесс по поиску проблемных участков.

Наша компания рекомендует к использованию современные рефлектометры внесенные в государственный реестр средств измерения республики Казахстан, среди которых модели: РИ-407 «СТРИЖ-С», который может быть использован в комплекте с высоковольтным ударным генератором ADG-200-2 «СКАТ-М» и РИ-307М3 «СТРИЖ».

Определение и синонимы слова рефлектограмма в словаре английский языка

ПРОИЗВОДСТВО РЕФЛЕКТОГРАММЫ

ГРАММАТИЧЕСКАЯ КАТЕГОРИЯ РЕФЛЕКТОГРАММЫ

Рефлектограмма — существительное . Существительное — это тип слова, значение которого определяет реальность. Существительные дают имена всем вещам: людям, предметам, ощущениям, чувствам и т. Д.

ЧТО ОЗНАЧАЕТ РЕФЛЕКТОГРАММА НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ?

Значение слова рефлектограмма в словаре английский языка

Определение рефлектограммы в словаре — это изображение нижнего рисунка или изображения, взятого из-под поверхности краски в произведении искусства; изображение, полученное из-под поверхности чего-либо.

СЛОВА, РИФМУЮЩИХСЯ СО СЛОВОМ

ɪˌlɛktrəʊɛnˈsɛfələˌɡræm

ПЕРЕВОД РЕФЛЕКТОГРАММЫ

Найдите перевод рефлектограммы на 25 языков с помощью нашего многоязычного английского переводчика.Переводы рефлектограммы с английского на другие языки, представленные в этом разделе, были получены путем автоматического статистического перевода; где основной единицей перевода является слово «рефлектограмма» на английском языке.

Переводчик английский —

китайский рефлектограмма

1325 миллионов говорящих

Переводчик английский —

испанский рефлектограмма

570 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

хинди рефлектограмма

380 миллионов говорящих

Переводчик английский —

арабский рефлектограмма

280 миллионов говорящих

Переводчик английский —

русский рефлектограмма

278 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

португальский рефлектограмма

270 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

бенгальский প্রতিবিম্বন

260 миллионов говорящих

Переводчик английский —

французский рефлектограмма

220 миллионов говорящих

Переводчик с английского на малайский

Пемантулан

190 миллионов говорящих

Переводчик английский —

немецкий Рефлектограмма

180 миллионов говорящих

Переводчик английский —

японский рефлектограмма

130 миллионов говорящих

Переводчик английский —

корейский рефлектограмма

85 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

яванский Рефлекси

85 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

вьетнамский рефлектограмма

80 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

тамильский எதிரொளிப்புத்

75 миллионов говорящих

Переводчик с английского языка на

маратхи परावर्तशीलता

75 миллионов говорящих

Переводчик английский —

турецкий yansıtma

70 миллионов говорящих

Переводчик английский —

итальянский рифлеттограмма

65 миллионов говорящих

Переводчик английский —

польский рефлектограмма

50 миллионов говорящих

Переводчик английский —

украинский рефлектограмма

40 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

румынский рефлектограмма

30 миллионов говорящих

Переводчик английский —

греческий рефлектограмма

15 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

африкаанс рефлектограмма

14 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

шведский рефлектограмма

10 миллионов говорящих

Переводчик с английского на

норвежский рефлектограмма

5 миллионов говорящих

ТЕНДЕНЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМИНА «РЕФЛЕКТОГРАММА»

Термин «рефлектограмма» практически не используется и занимает 199.744 позиция в нашем списке наиболее широко используемых терминов в словаре английского языка. На показанной выше карте показана частотность использования термина «рефлектограмма» в разных странах. Тенденции основных поисковых запросов и примеры использования рефлектограммы Reflectogram Список основных поисковых запросов, предпринимаемых пользователями для доступа к нашему онлайн-словарю английского языка, и наиболее часто используемых выражений со словом «рефлектограмма».

ЧАСТОТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМИНА «РЕФЛЕКТОГРАММА» ВО ВРЕМЕНИ

На графике показано годовое изменение частотности использования слова «рефлектограмма» за последние 500 лет. Его реализация основана на анализе того, как часто термин «рефлектограмма» встречается в оцифрованных печатных источниках на английском языке в период с 1500 года по настоящее время.

10 АНГЛИЙСКИХ КНИГ ПО

«РЕФЛЕКТОГРАММА»

Поиск случаев использования рефлектограммы в следующих библиографических источниках.Книги, относящиеся к рефлектограмме и краткие выдержки из нее, чтобы представить контекст ее использования в английской литературе.

1

Акустика помещений, пятое издание

объективная особенность его «акустики». Некоторая информация, которую он содержит, может быть найдено путем прямого исследования рефлектограммы , под этим термином мы понимаем графическое представление импульсной характеристики. Кроме того, некоторые параметры, которые …

2

Справочник звукооператора

Механизм свертки (программный и / или аппаратный) Импульсная характеристика в левой плоскости Рефлектограмма при 16 кГц Рефлектограмма при 2 кГц Рефлектограмма при 250 Гц Рефлектограмма при 125 Гц Рефлектограмма при 500 Гц Рефлектограмма при 1 кГц Импульс отклик …

3

Структурированные кабельные системы

Эксплуатационные характеристики минирефлектометров. Потери от различных дефектов. и неоднородности, значения которых характеризуются высотами соответствующие шаги на рефлектограмме , рассчитываются по двух- или четырехточечной …

А.Б. Семенов, С. Стрижаков, И. Сунчели, 2002

Калибровочные данные для коррекции рефлектограммы различны для каждого элемента FPA и может быть определено в лаборатории, но это такая сложная задача для выполнения с достаточной точностью, чтобы ее лучше оставить на усмотрение производителя.Он также был …

5

Немецкие картины в Метрополитен-музее, 1350-1600 гг.

53), 11, 227 * 31, 229, 251, 318 инфракрасный , рефлектограмма (рис.188), 230, 231 Траут, Вольф (ок. 1480 * 1520), 73, 169 Требелиус, Герман (ок. 1475 * после 1515 г.), 58 Семья Трелони из Корнуолла, Англия, 301 (1) n.11 Тучер, Леонард (ок. 1487 *) 1568) …

Мэриан Винн Эйнсворт, Джошуа П.Уотерман, Дороти Махон, 2013

6

Аналитическая археометрия: избранные темы

Конечный результат этого процесса визуализации обозначен рефлектограммой IR . Несмотря на тот факт, что голландский первопроходец четко отличил фотографию в ближнем ИК-диапазоне от снимка, сделанного в ИК-диапазоне. рефлектограмма , 109,111 последний термин начал терять свое конкретное значение.

Хауэлл Г. М.Эдвардс, Питер Ванденабеле, 2012

7

Электрохимические и оптические методы исследования и …

Второй тип дифференциальной рефлектограммы , который наблюдался в этом контекст характеризуется пиком около 345 нм, наложенным на устойчивый рост AR / K в сторону меньших длин волн, как известно из рис. 29. Дифференциал …

М.Г.С. Феррейра, К.А. Мелендрес, 1991

8

Неразрушающий контроль глубоких фундаментов

Рефлектограмма , полный дефект вала (нулевой импеданс) эквивалентен 100 % отражения, в то время как бесконечно длинный вал без дефектов даст нулевое отражение. Если дефект или конец вала находится на значительном расстоянии от вал …

Бернард Хертлейн, Аллен Дэвис, 2007

9

Беллини, Джорджоне, Тициан и венецианский ренессанс…

Профиль старого философа был нарисован недоказанным, как видно на как инфракрасная рефлектограмма , так и рентгеновские снимки. Еще одна недоработанная линия немного правее предполагает третий профиль. Рентгенограммы выявляют pentimento в …

Дэвид Алан Браун, Сильвия Ферино Пагден, Барбара Хепберн Берри, 2006

10

ТРУДЫ 4-го Международного конгресса «Наука и…

В случае больших картин требуется несколько сканирований для получения высокого разрешения. Рефлектограмма , и их мозаику нужно собирать очень аккуратно во избежание геометрические искажения. Перспективные линии могут быть метровой длины и даже мелкими …

10 НОВОСТЕЙ, КОТОРЫЕ ВКЛЮЧАЮТ ТЕРМИН «РЕФЛЕКТОГРАММА»

Узнайте, о чем говорит национальная и международная пресса и как термин рефлектограмма используется в контексте следующих новостей.

Андреа дель Сарто, мастер-чертежник эпохи Возрождения

Поскольку работа была завершена лишь частично, мы можем буквально вглядываться в методы работы дель Сартона, особенно когда результаты инфракрасной рефлектограммы … «Easy Reader, 15 июля»

Выставка Getty стремится восстановить репутацию Дель Сарто

Используя инфракрасные рефлектограммы , посетители могут увидеть под слоями краски чертежи, очерчивающие запланированные фигуры и их расположение… «Guardian Liberty Voice, 15 июня»

На новой выставке представлены работы Лукаса Кранаха «Св. Морис

Исследование Эйнсворт включало инфракрасную рефлектограмму андерграунда, которая, по ее мнению, была доказательством руки Кранаха. «Вы только посмотрите на непосредственность…« Время по Гринвичу, 15 мая »

Трио Тициана сияет в центре Венецианской художественной выставки

…. детали получены с помощью новой ультрасовременной инфракрасной рефлектограммы в Национальной галерее в Лондоне. Например, с подмалевка в «Диане и Актеоне» … «Herald Scotland, 14 марта»

Дега остается художественной аномалией

Инфракрасная рефлектограмма показывает призрачные следы одного танцора, который был закрашен и удален. «Мы видим это, даже когда Дега что-то рисует… «Нью-Йорк Таймс, 13 августа»

Технология сканирования тела выявила мужскую фигуру, спрятанную в произведении

… pentimenti, но в остальном его необходимо обнаружить с помощью более совершенных методов, таких как рентгеновская радиография, УФ-флуоресценция и инфракрасные рефлектограммы . «Wired.co.uk, 13 апр»

Pentax 645D IR: камера, которая может повернуть время вспять

Это будет особенно полезно для музеев и библиотек, так как 645D IR хорошо подходит для съемки инфракрасных рефлектограмм с высоким разрешением , которые могут открывать a… «имидж-ресурс, 12 дек»

Художественный музей Кимбелла создает приложение для iPad с постоянным…

… и более ранние реставрационные работы, которые были выявлены с помощью рентгеновских снимков, инфракрасных рефлектограмм и крупных исследований поверхностей картин. «Dallas Art News, 12 октября»

СТРАДАНИЯ ТЕЛА

… Функции алтарей, обильно проиллюстрированные увеличенными деталями с высоким разрешением, инфракрасными рефлектограммами , рисунков и сравнительными примерами. «Артнет, 12 января»

Расшифровка да Винчи: как был найден потерянный Леонардо

Она описывает его, используя инфракрасные рефлектограммы , чтобы видеть под слоями краски, и обнаруживает большой палец благословляющей руки и украденное изображение Христа… «CNN International, 11 ноября»

Взгляд под краской

Консерваторы часто используют методы анализа, адаптированные из других областей, при изучении произведений искусства. Одним из таких методов является инфракрасная рефлектография или IRR. Оборудование состоит из цифровой камеры с инфракрасным датчиком, который используется для создания изображений того, как вещи выглядят в инфракрасном свете; весь видимый свет заблокирован. Полученные черно-белые изображения называются инфракрасными рефлектограммами. Такие камеры обычно делались для военных для систем наведения ракет, а также для индустрии видеонаблюдения, которая использует их для ночного видения.

Саломон Якобс ван Рейсдал, Пейзаж с охотниками на оленей , c. 1630, Музей искусств округа Лос-Анджелес, Мемориальная коллекция Адель С. Браунинг, подаренная Милдред Браунинг Грин и судьей Люциусом Пейтон Грин

Инфракрасные камеры с детекторами, чувствительными в коротковолновой инфракрасной части электромагнитного спектра (SWIR), около 1000–1700 нм, особенно хорошо подходят для визуализации элементов картины, таких как нижние рисунки, невидимые человеческому глазу. Такие камеры есть в большинстве крупных музеев с коллекциями картин, и реставраторы живописи, наряду с кураторами, привыкли полагаться на изображения IRR, чтобы увидеть отрисовки и изменения, сделанные художником во время рисования.

Инфракрасная рефлектограмма (IRR), показывающая эскиз пейзажа Саломона Якобса ван Рейсдала с охотниками на оленей , изображение Йоси Позейлова, Центр охраны природы LACMA

Underdrawings — это, по сути, эскизы или руководства, которые художники создали на основе своих полотен и панелей, прежде чем начать рисовать поверх. Изменения художников называются пентиментами, и они могут происходить на любом этапе выполнения картины. Как вы понимаете, нижние рисунки и пентименты могут помочь кураторам установить подлинность картины или датировать ее.Еще одна очень важная вещь, обнаруженная с помощью изображений IRR, — это участки повреждения и восстановления, которые иначе будет трудно увидеть. Такие изображения часто могут помочь реставраторам выбрать подходящую процедуру лечения.

При выполнении IRR картину обычно устанавливают на мольберте и равномерно освещают с обеих сторон источником инфракрасного света (вольфрамово-галогеновыми или обычными лампами накаливания). Цифровая камера, оснащенная детектором инфракрасного излучения, устанавливается на штативе прямо перед картиной и собирает инфракрасное излучение, отраженное картиной, преобразовывая его в сигнал, который отображается в виде изображения в градациях серого (рефлектограммы) на экране компьютера. .Чтобы создать IRR-изображение всей картины с высоким разрешением, объектив камеры помещают близко к поверхности картины, а затем картина или камера и источники света постепенно перемещаются по мере того, как отдельные перекрывающиеся рефлектограммы снимаются на каждом этапе. Эти отдельные изображения затем плавно сшиваются вместе.

Чертеж обведен красным О’Донохью, снимок IRR Йоси Позейлов, Центр охраны природы LACMA

Слева направо: деталь картины при нормальном освещении; деталь из IRR, показывающая аннулирование; деталь из IRR, показывающая андерграунд, отмеченный красным

В LACMA мы регулярно используем цифровую инфракрасную камеру Phoenix производства Indigo для получения изображений IRR высокого разрешения.Камера была частью щедрого гранта Фонда Ахмансона. Он оснащен детектором на основе арсенида индия-галлия, который чувствителен в коротковолновой инфракрасной части спектра (1000–1700 нм). Изображения IRR созданы специалистом по сохранению изображений и старшим фотографом Йоси Позейловым. Помощник консерватора живописи Эльма О’Донохью затем использует Photoshop для создания слоев, чтобы она могла наложить IRR-изображение картины на обычное цветное изображение. Возможность быстрого сравнения этих слоев помогает документировать и сообщать о любых проблемах с недорисовкой, пентиментами или условиями, которые камера обнаружила на картине.Иногда помогает обвести нижний рисунок или пентименто ярким цветом на отдельном слое, чтобы его можно было оценить без вмешательства слоев краски (см. Выше).

Чертеж изменен на черный О’Донохью, изображение IRR — Йоси Позейлов, Центр охраны природы LACMA

Прекрасный пейзаж с охотниками на оленей голландского художника Саломона Якобса ван Рейсдала был исследован с помощью IRR О’Донохью и Позейловым. Рисунок под верхними слоями краски просто поразителен.Выделение нижнего рисунка с красным цветом на отдельном слое и затем изменение цвета на черный (вверху) позволило нам увидеть нижний рисунок отдельно. Рейсдал предложил пейзаж с закрученными петлями и зигзагообразными мазками. Спонтанность эскиза, нарисованного от руки, безошибочна. Вероятно, это было выполнено очень быстро, может быть, всего за несколько минут. Картина наверху также имеет некоторую степень спонтанности, с простыми мазками, изображающими движение человеческих фигур и животных в наполненной светом атмосфере, но никто никогда не догадается, что находится внизу.

Макрофотография, показывающая обнаженный нижний рисунок Рейсдаля в области истирания, фотография сделана Шарлоттой Энг, старшим научным сотрудником, Центр охраны природы LACMA

Так почему же этот нижний рисунок так заметен при исследовании картины с помощью коротковолнового инфракрасного излучения? Что ж, в этой части спектра многие пигменты в верхних слоях краски Рейсдала становятся довольно прозрачными, потому что они «передают» инфракрасное излучение. Это позволяет нам видеть сквозь краску. Но это не обязательно гарантирует, что мы что-то увидим ниже.Чтобы обнаружить и отобразить нижний рисунок Рейсдала, материал, который он использовал для рисунка, в данном случае графитовый карандаш, должен контрастировать в инфракрасном диапазоне с землей или субстратом, на котором он рисовал. К счастью для нас, грунт Рейсдала содержит большое количество карбоната кальция, мела, который является обычным компонентом голландских живописных земель 17-го века. Благодаря IRR этот материал обладает высокой отражающей способностью и выглядит ярко-белым. Основание резко контрастирует с землей, потому что это графит, и этот материал, как и другие материалы для рисования на основе углерода, используемые голландскими художниками в то время, поглощает инфракрасное излучение и кажется темным.На макрофотографии выше показан выступ Рейсдала в области истирания; металлическое мерцание характерно для графита.

По мере того, как Рейсдал наносил слои краски из зеленого резината меди, коричневой и желтой земли и свинцово-белого цвета, нижний рисунок постепенно становился невидимым, а через сотни лет обнаруживался с помощью оборудования LACMA IRR.

Посмотреть пейзаж Саломона Якобса ван Рейсдала с охотниками на оленей в здании Ахмансона, уровень 3.

Инфракрасная рефлектография — Art-Test • Искусство и технологии

Что это?

Инфракрасная рефлектография — это оптический метод, который в основном используется в области документации и диагностики картин.

Это неинвазивный метод. Эта особенность является фундаментальной при анализе произведений искусства, для которых целостность артефакта имеет первостепенное значение.

Для чего это полезно?

Одним из ключевых результатов, полученных с помощью инфракрасной рефлектографии, является визуализация нижнего рисунка под слоем рисунка, , который необходим для исторического и стилистического исследования картины, т.е.грамм. чтобы понять, каковы были этапы достижения текущего внешнего вида произведения искусства. Фактически, этот метод позволяет исследовать и задокументировать методы, используемые художником для создания композиции, например, степень знания математических перспективных правил, методов, используемых для рисования. Детали, выполненные вручную, и части, изготовленные с использованием транспортных средств, могут быть идентифицированы.

Кроме того, инфракрасная рефлектография используется реставраторами и искусствоведами перед реставрационными работами и во время них для документирования.

Перед реставрационным вмешательством рефлектография позволяет оценить состояние консервации путем определения наличия слоев отложений, красок или перекраски. В ходе самого вмешательства рефлектографию можно с пользой повторить, так как тогда можно будет пойти глубже и выявить другие важные детали, которые изначально не были заметны.

Также качественно возможно выявить скрытый живописный слой, сделанный самим художником в процессе создания картины ( pentimenti ) или добавленный в более поздние периоды в связи с реставрацией.Таким образом реконструируется история картины с момента ее первоначальной проработки; это также может быть полезно в определенных случаях для аутентификации и атрибуции артефакта или его частей.

Рефлектография также иногда может быть полезна для качественной идентификации пигментов посредством визуализации в ложных цветах.

История о том, как история технического искусства раскрыла руку фальсификатора

Инфракрасная рефлектография

Подобно рентгенографии, инфракрасная рефлектография (IRR) — это метод визуализации, используемый для выявления деталей работы, невидимых глазу.IRR-визуализация — это метод, с помощью которого специализированная инфракрасная камера использует длинноволновый свет для проникновения через слои краски, создавая изображение в оттенках серого, которое иллюстрирует различные степени поглощения и проникновения. Некоторые слои краски допускают большее проникновение, чем другие, в зависимости от типа и толщины краски. Более тонкие слои краски легче проникают и часто кажутся частично или полностью прозрачными на инфракрасной рефлектограмме. Черная краска, например, легко поглощает инфракрасное излучение и будет казаться непрозрачной.Полученная инфракрасная рефлектограмма фиксирует этапы создания, от нижнего рисунка до окончательного красочного слоя. Исследователи и ценители наблюдают за эволюцией композиции картины, что позволяет провести более полный визуальный анализ произведения.

Инфракрасная рефлектограмма триптиха Палмера «Мадонна с младенцем и донорами » (см. Ниже) является важным вещественным доказательством, опровергающим предыдущее приписывание произведения Мемлингу.

^{Инфракрасная рефлектограмма, центральная панель модели «Богородица с младенцем и двумя донорами» , также известная как Триптих Палмера. Изображение: Отдел консервации картин Художественного музея Метрополитен.}

Изображение отличается плоскостностью. Отчетливое отсутствие недорисовки подчеркивается участками прозрачной краски. На инфракрасной рефлектограмме контуры форм отсутствуют. Цветовое моделирование, придающее фигурам массу, глубину и правдоподобную физическую форму, заменяется плоскими призрачными фигурами с пронзительными черными глазами.

^{Ян Ван Эйк, Гентский алтарь , фрагмент инфракрасной рефлектограммы панели «Богородица на троне».Изображение: Королевский институт культурного наследия, Ближе к Ван Эйку: новое открытие Гентского алтаря .}

Инфракрасная рефлектограмма панели «Богородица на троне» из Гентского алтаря (вверху) иллюстрирует сложность структуры красочного слоя настоящей ранней нидерландской окрашенной панели. Цветовое моделирование, определяющее складки драпировки, остается видимым при инфракрасном изображении, придавая объемность изображению, несмотря на отсутствие полного цветового спектра.

Полная прозрачность красочных слоев Триптиха Palmer позволяет предположить, что пигменты, использованные на этих панелях, не были типичными формулами пятнадцатого века, такими как те, которые использовались на алтаре Гент. Необычный характер структуры красочного слоя в Palmer Triptych привел к дальнейшему анализу материалов, в частности пигментов, с помощью рентгеновской спектрометрии.

Рентгеновская спектрометрия (EDS)

Энергодисперсионная рентгеновская спектрометрия (SEM / EDS) — это количественный элементный анализ, который определяет химический состав неизвестного образца.Процесс представляет собой разработку микроскопического исследования образца, которое обычно включает три части: объект, стеклянные линзы, увеличивающие объект, и источник света, расположенный под объектом. Сканирующий электронный микроскоп (SEM) заменяет световой луч сфокусированным пучком электронов, а стеклянные линзы — серией электромагнитов. Пучок электронов взаимодействует с уникальной атомной структурой образца, генерируя рентгеновские лучи, характерные для элементов, присутствующих в образце.Программное обеспечение для энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии (EDS) обнаруживает и измеряет энергию рентгеновского излучения. Результирующий спектр EDS отображает данные, относящиеся к энергии рентгеновского излучения, выделяемой отдельными элементами в образце, которые аналитики могут изучить для определения химического состава образца.

Анализ

EDS может использоваться для исследования образцов краски с целью определения состава пигментов, используемых в произведении искусства. В случае Palmer Triptych специалисты Центра сохранения картин Шермана Фэйрчайлда из Метрополитен-музея извлекли небольшой поперечный срез краски из области голубого неба на краю центральной панели.Испытания показали, что пигмент представляет собой смесь свинцовой белила и сульфата бария. Присутствие свинцового белила неудивительно, поскольку он использовался в качестве пигмента с древних времен. Комбинация свинцовой белила и сульфата бария примечательна тем, что эта конкретная смесь известна как «веницианская белила», рецептура, которая широко использовалась с двадцатого века. Сульфат бария, также известный как бариевый белый, представляет собой синтетический пигмент, разработанный в конце восемнадцатого века и производимый с начала девятнадцатого века.Таким образом, присутствие сульфата бария является анахронизмом для ранних нидерландских окрашенных панелей и предполагает, что Триптих Palmer был либо сильно отреставрирован, либо полностью изготовлен в двадцатом веке с использованием венецианского белого цвета, содержащего сульфат бария.

Для получения дополнительной информации об анализе пигментов посетите канал YouTube Национальной галереи, где кураторы и ученые проводят зрителей за кулисами Галереи, чтобы узнать, как Научный отдел использует технический анализ пигмента, материальности и т. Д.

Дендрохронология

Дендрохронология — это метод технического анализа, используемый для приблизительного определения даты деревянного артефакта. Чтобы определить наиболее раннюю возможную дату вырубки образца древесины, ученые измеряют годичные кольца для расчета скорости роста и сравнивают эти данные с установленной базой данных. Определяя эту хронологическую границу, дендрохронология позволяет историкам искусства подтвердить или опровергнуть атрибуцию расписной работы на деревянных опорах.

Годичные кольца дерева различаются по ширине в зависимости от климатических условий в течение вегетационного периода, включая температуру и количество осадков, что приводит к уникальному рисунку. Ширина кольца указывает на скорость роста или среднее количество древесины, производимой в год; узкие кольца указывают на медленный рост, в то время как широкие кольца указывают на быстрый рост. Средняя скорость роста отдельного дерева соответствует предсказуемым моделям роста дерева для определенного вида в известном месте и в определенное время. Кроме того, плотность колец — это переменная, которая может определить, в какой момент времени жизни дерева оно было срублено или спилено, по рисунку колец заболони (более молодая, мягкая, менее плотная древесина) и колец сердцевины (более старая, более плотная древесина).Эта биологическая закономерность — благодаря которой кольца формируются предсказуемым образом в ответ на определенные географические и климатические условия — позволяет ученым сравнивать последовательность колец неизвестной древесины с известными данными.

Сравнительные исследования для проведения хронологических определений требуют большого размера выборки известных данных для древесных пород. Для дендрохронологов наиболее ценным инструментом является совместная база данных, которая собирает данные исследователей из различных учреждений в Европе и гарантирует постоянный обмен данными между лабораториями.Ученые предоставляют данные о годичных кольцах для древесных пород, чтобы установить диагностику, с которой сравнивается неизвестный образец (аналогично контрольной группе в экспериментальной науке). Эксперты могут определить место вырубки дерева, на котором был получен неизвестный образец, в диапазоне дат, который был определен статистическим анализом этого большого размера выборки. Например, если исследование неизвестного образца дубовой панели дает точки данных, которые соответствуют известному образцу дуба с точки зрения ширины кольца и плотности, тогда эксперты могут предложить хронологическое окно, в котором неизвестный образец, вероятно, был вырублен — самый ранний год из которого дерево могло быть срублено до того дня, после которого оно не могло быть срублено.

При датировании деревянных артефактов с помощью дендрохронологии необходимо также учитывать временной интервал между вырубкой дерева и завершением росписи. Могут пройти несколько месяцев или лет, в течение которых древесина доставляется по суше и по морю, формируется, сушится и потенциально хранится на складе или в мастерской в ​​течение длительного периода. Систематическая оценка интервала между рубками и лесопользованием невозможна из-за такой изменчивости. Следовательно, интерпретация дендрохронологических данных является оценкой и обычно используется в сочетании с другими формами технического анализа, когда дело доходит до атрибуции или датировки деревянных артефактов.

Для получения дополнительной информации о дендрохронологии посетите веб-сайт Фонда Гетти и Королевского института культурного наследия (KIK-IRPA, Брюссель) «Ближе к Ван Эйку: новое открытие Гентского алтаря». В частности, исследователи документируют свое дендрохронологическое исследование алтаря здесь.

Дендрохронолог Ян Тайерс обсуждает свою методологию датировки исторических портретов в видеоролике Национальной портретной галереи.

Инфракрасная рефлектография в искусстве анализа, сохранения и истории

Остин П.Такер

AVP, PI Risk Services, Global Risk Solutions

QBE Северная Америка

Паркер, Колорадо

Тел .: 469-233-9606

www.qbena.com

[email protected]

---

Инфракрасный рефлектографический анализ

Абстрактные

Области применения инфракрасной термографии многочисленны и хорошо известны большинству: профилактическое обслуживание, проникновение влаги, животноводство и многое другое.Однако одна область, которая часто упускается из виду, — это использование инфракрасной термографии при использовании художественного анализа. В течение многих лет картины анализировались с помощью рентгеновских технологий, чтобы просмотреть картины некоторых мастеров этого ремесла. В этой статье мы рассмотрим, почему инфракрасная технология используется для анализа картин, как этот процесс был выполнен, и мы рассмотрим некоторые результаты этих сканирований и то, как результаты повлияли на то, как мы смотрим на эти работы мастеров. .

Введение

Инжир.1: Женщина Пикассо гладит

В 1989 году реставраторы в Музее Гуггенхайма в Нью-Йорке начали проект по реставрации картины Пабло Пикассо «Женщина гладит» (La repasseuse). На этой картине 1904 года, относящейся к концу «голубого периода» Пикассо (1901–1904), изображена парижская прачка, которая трудится над своей работой в абстрактном стиле, который определил карьеру Пикассо.

В процессе реставрации выяснилось, что эта картина закрывала картину с портретом мужчины. Из-за ограничивающих технологий того времени детали и композиция покрытой картины мешали тому, кто изображен на портрете и как он выглядел до того, как Пикассо нарисовал поверх него.Переходя к сегодняшнему дню, успехи в технологии получения изображений и цветовой спектроскопии позволили скрытому ныне изображению проявить себя, цвета и все остальное.

В этой статье я исследую технику инфракрасной термографии и ее применение в истории искусства и реставрации. Я рассмотрю другие варианты инфракрасного излучения: ближний инфракрасный и вкратце, но в центре внимания этой статьи будет использование инфракрасной термографии, называемой инфракрасной рефлектографией, и то, как она используется. Я расскажу, как подготавливают и фотографируют произведение искусства для исследовательских целей, и, наконец, покажу, как историки используют IRR, и его преимущества, а также ограничения.

Обсуждение анализа инфракрасной рефлектографии

Почему инфракрасное излучение
Инфракрасное излучение и искусство, называемое консерваторами искусства инфракрасным отражением, можно наносить на картины на различных носителях, чтобы неразрушающим образом обнажить нижние слои. Консерватор ищет нижние рисунки (контур, нарисованный художником в качестве ориентира), чтобы увидеть, отличаются ли видимые слои краски от нижнего рисунка или промежуточных слоев. Такие изменения называются pentimenti, если они сделаны первоначальным художником.Этот процесс часто показывает, что художник использовал сажу, которая эффективно поглощает и испускает инфракрасное излучение и поэтому хорошо проявляется в рефлектографии. В общем, чем больше пентименти, тем больше вероятность, что картина станет главной версией. Это также дает полезную информацию о методах работы художника.

Художники-реставраторы используют инфракрасный порт для многих целей, например, для того, чтобы увидеть, отличаются ли видимые слои краски от нижнего рисунка или промежуточных слоев — такие изменения называются пентиментами, если они сделаны оригинальным художником.Эта информация полезна при принятии решения о том, является ли картина оригинальной версией оригинального художника или копией. Реставраторы также хотят увидеть, не изменились ли в результате реставрационные работы, которые могут помочь в сохранении картины.

Как мы использовали инфракрасное излучение
В мире художественной консерватории сила термографии была известна с 1960-х годов, когда J.R.J. ван Асперен де Бур предложил исследовать искусство в ближнем инфракрасном диапазоне. Ближний инфракрасный диапазон.От 7 до 2,5 нм — это диапазон, в котором пигменты в краске становятся невидимыми, а подложка картины видна.

Рисунок 2: Пример анализа изображения

В исследовательской работе «Инфракрасные методы неинвазивного контроля произведений искусства» авторы использовали лампу накаливания и камеру FujiFilm FinePix S3 Pro UVIR для изучения картины маслом на холсте, который был намеренно изменен, чтобы подтолкнуть границы техники. Как показано на фотографиях ниже, «фальшивая» подпись была легко обнаружена с помощью ближнего инфракрасного спектра, а также изменений в картине.

Также упоминается в статье «Инфракрасные методы»: использование импульсной фазовой термографии. Этот процесс, который обычно используется для промышленных материалов из металла, пластика и композитов, используется для определения глубины (толщины) материала
, измеряя диффузию тепла по формуле закона Фурье. Для достижения этого результата исследуемый материал подвергается короткому тепловому импульсу, затем исследуется с помощью тепловизора в определенных точках с данными, собранными за определенный период. После сбора данных информация используется для составления трехмерного массива тепловых данных.

Хотя информация, собранная в статье «Инфракрасные методы», интересна, ее сложность и крутая кривая обучения делают ее менее вероятной для будущего внедрения по сравнению с вышеупомянутой ближней инфракрасной и инфракрасной термографией.
Инфракрасная термография (ИК) охватывает спектр от 3 до 14 нм и собирает информацию с картины, подвергая ее воздействию инфракрасного излучения и документируя картину теплообмена. Подвергая картину воздействию источника тепла, материалы в краске поглощают и выделяют тепло с разной скоростью, что позволяет проводить анализ поверхности и материалов под краской.

Распространенная проблема с ИК — продолжительность воздействия источника тепла; очевидно, что более толстые материалы (дерево и металл) могут подвергаться более длительному воздействию источника тепла, что позволяет в течение более длительного времени изучать теплообмен. На картинах на холсте длительное тепловое воздействие может повредить картину, поэтому необходимо искать альтернативные решения. Одно из возможных решений — это вспышки с подогревом, которые представляют собой быструю мощную вспышку от лампочки, которая значительно снижает воздействие на краску источника тепла. Однако этот метод допускает только небольшое окно, 0.1–0,5 секунды для считывания разницы температур. Процесс IRT лучше всего подходит для поиска участков расслоения и участков восстановления.

Дополнительным преимуществом инфракрасного процесса является то, что чертежи и эскизы хорошо видны, если они сделаны из угля или графита, которые легко поглощают инфракрасный свет. Остальная часть статьи будет посвящена этому аспекту использования IR и его заметным открытиям за последние 20 лет.

Оборудование для инфракрасного анализа искусства

Камера
Опытный человек, знакомый с термографией, подумает о камерах FLIR, Fluke или других производителей инфракрасных камер.Однако, как показано в ряде исследований и статей, в большинстве проектов по реставрации произведений искусства используются обычные цифровые камеры, которые либо поставляются производителем с возможностью подключения к инфракрасному каналу (ранее упомянутая FujiFilm FinePix S3 Pro UVIR), либо обычная цифровая камера, которая была модифицирована для камера «полного спектра».

Камера «полного спектра» — это камера с установленной на заводе функцией отключения ИК-излучения, которая может быть удалена либо очень смелым потребителем, либо в профессиональной мастерской по ремонту камеры.После снятия камера может работать во всем спектре света, включая ультрафиолетовые и мультиспектральные изображения.

Если камера способна использовать полный спектр возможностей, инфракрасный фильтр должен сузить то, что видит зритель. В статье «Инфракрасная техническая фотография для художественной экспертизы» автор Антонио Косентино отмечает, что «[t] он только фильтр, рекомендуемый для исследования пигментов в фильтре 1000 нм, поскольку пигменты становятся более прозрачными в более высоких длинах волн инфракрасного излучения.”

Cosentino также рекомендует использовать цифровую камеру, подключенную к компьютеру, чтобы обеспечить более четкую фокусировку в режиме просмотра в реальном времени и использовать палитру проверки цвета перед каждым использованием, поскольку цветовой захват может варьироваться от камеры к камере. В своей статье Косентино использовал цифровую зеркальную камеру Nikon D800 с 36-мегапиксельной емкостью, которая была модифицирована до полного спектра (~ 360 — 1100 нм), которая была откалибрована по X-rite ColorChecker Passport.

Рисунок 3: Техника освещения для инфракрасного анализа.От Антонио Косентино

Самый эффективный источник света для IRT — это галогенная лампа, обеспечивающая достаточное количество инфракрасной энергии, когда нагревание не является проблемой. Однако, как упоминалось ранее, картина на холсте не выдержит длительного теплового воздействия, поэтому необходимо найти альтернативные методы. Светодиоды и вспышки (стробоскопы) являются подходящей альтернативой галогенной лампе. По словам Косентино, предпочтителен светодиод, излучающий длину волны 940 нм, поскольку он может «достигать предела чувствительности камеры полного спектра в инфракрасной области и позволяет пользователю воспользоваться преимуществами повышенной прозрачности пигментов.«Стоит отметить, что светодиоды, упомянутые в статье Косентино, являются инфракрасными светодиодами, а не типичными светодиодами белого света, поскольку версия белого света имеет значительно меньший инфракрасный диапазон и мощность.

Вспышки (стробоскопы) предпочтительны, когда требуется быстрое развертывание света, но относительно низкая мощность устройства недостаточна для больших объектов, и экспозиция света от вспышки может быть достаточно сильной для достижения освещения. Cosentino рекомендует, чтобы любая установленная вспышка была такого же размера, как исследуемый объект.

Фотосъемка

Рис. 4. Смещение изображений в зависимости от степени отклонения света в определенном спектре.

Как упоминалось ранее, при изучении картины рекомендуется использовать проверку калибровки цвета и компьютерную съемку изображения. Еще одна очевидная проверка — держать камеру неподвижно и не перемещать ее во время фотосъемки и термографии во время обследования.

Рисунок 5: Пример горячей точки

Причина в том, что изображение будет выглядеть смещенным при съемке в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах из-за изгиба света и его оптического пути в объектив камеры.Это также означает, что необходима перефокусировка линзы при переходе от видимого света к инфракрасному / ультрафиолетовому свету или наоборот. В области визуализации этот процесс совмещения изображений из разных спектров называется «совмещением», при этом фотография визуального света является шаблоном, а все другие изображения спектра должны быть наложены на это изображение.

Чтобы устранить эти несоответствия, у термографиста есть несколько вариантов: ручная перефокусировка и выравнивание, использование наклеек с чернилами на углеродной основе или апохроматические линзы, которые изменяют световой спектр в соответствии с одним стандартом.

Еще одна проблема, связанная с фотографией полного спектра, — это горячие точки. Эти пятна представляют собой круги в центре инфракрасного изображения, достаточно яркого, чтобы искажать инфракрасное изображение. Горячие точки могут быть вызваны несколькими факторами, связанными с самим объективом камеры: покрытием внутри корпуса объектива, элементами объектива или взаимодействием между датчиком изображения в камере и элементами объектива.

Типы методов инфракрасной рефлектографии

Инфракрасный
В этом методе используются две или более галогенных лампы для проецирования видимого и инфракрасного света на поверхность картины, где инфракрасный свет поглощается пигментами и рисунками основы.По словам Антонио Косентино, цель — «создать контраст между ярким отражающим слоем грунта и рисунком, выполненным чернилами или краской, поглощающей инфракрасное излучение, например, пигментом на углеродной основе». Однако, если рисунок выполнен из материала, не поглощающего инфракрасное излучение, он не будет обнаружен.

Инфракрасное излучение лучше всего работает в сочетании с другими методами для создания более целостного изображения картины. Как визуальные, так и инфракрасные изображения можно комбинировать, чтобы увидеть, как рисунок соотносится с окончательной картиной, а также проверить подлинность (чтобы убедиться, что это оригинальная работа художника с хорошо продуманной копии).

Передается инфракрасное излучение
Этот метод заключается в размещении галогенной лампы за полупрозрачным объектом (бумага, холст, пергамент и т. Д.), В то время как инфракрасная камера размещается перед объектом. Этот метод позволяет холсту поглощать почти всю инфракрасную энергию. Этот метод обеспечивает наилучший обзор нижнего рисунка и снижает вероятность отражения от белых красок.

Рисунок 6: Пример анализа инфракрасного излучения. Обратите внимание на более детализированный рисунок угольно-черного цвета в поле IRT по сравнению с ИК-изображением, которое освещается спереди.

Инфракрасная флуоресценция
В этом методе инфракрасной термографии используется флуоресцентный свет, который позволяет некоторым минеральным элементам проявлять инфракрасную флуоресценцию. Этот процесс подобен ультрафиолетовому излучению, вызывающему появление видимого света (то есть биолюминесцентной флоры и фауны). Некоторые исторические пигменты обладают инфракрасной флуоресценцией и инфракрасным светом с низким нанометровым диапазоном (700-800 нм), и для определения этих цветов используются специальные фильтры на камере.

Рис. 7: Пример цинкового белила (Blanc de Zinc), проявляющегося на картине в инфракрасном свете.

Эти «исторические» цвета определяются следующим образом:

Заключение

По мере того, как инфракрасное излучение становится все более распространенным, более дешевое оборудование и расширяется база знаний, инфракрасная термография получит все большее распространение в мире консерваторий. В настоящее время наибольший интерес представляют природоохранные и академические области, но общественный интерес будет расти по мере того, как все больше открытий делается с использованием инфракрасного излучения.

Увидим ли мы когда-нибудь инфракрасные изображения шедевров рядом с самим шедевром? Вероятно, не в этом контексте, но по мере того, как дополненная реальность продолжает проникать в нашу жизнь и электронные устройства, вполне возможно, что вскоре мы увидим эти типы изображений, интегрированные в интерактивные туры по галереям.

Примеры изображений

Константин Крыжицкий Лесной пейзажИнфракрасная рефлектография Константина Крыжиского, Лесной пейзаж

«Лесной пейзаж Константина Крыжицкого. Невооруженным глазом видны призрачные очертания куполов и башен на линии горизонта, намекающие на лежащую в основе композицию. На инфракрасной рефлектограмме с использованием инфракрасной рефлектографии отдаленный городской пейзаж кажется нарисованным в сухой среде, вероятно, графите, и сопровождается сухими линейчатыми линиями, выполненными в той же среде, чтобы обозначить линию горизонта.Есть также свидетельства того, что художник начал рисовать элементы городского пейзажа до того, как композиция была переосмыслена и перекрашена. Архитектурные зацепки, кажется, наводят на мысль, что заброшенная композиция изображала один из волжских городов, скорее всего, Юрьевец ».
— К. Ларкин — Инфракрасная технология, раскрывающая скрытые секреты картин, 24 мая 2017 г.

Пабло Пикассо, Глажка. Вид визуального освещения (слева) и изображение инфракрасной рефлектографии.

[T] в этой картине больше, чем вызывающий воспоминания портрет парижской прачки.Исследование «Женщина гладит», завершенное в 1989 году, выявило очевидный портрет мужчины под поверхностью композиции 1904 года. Технологические ограничения препятствовали дальнейшему открытию лежащего в основе портрета до недавнего времени, когда развитие методов визуализации позволило исследователям увидеть его с большей ясностью.

Департамент охраны природы Гуггенхайма провел углубленное научное исследование более раннего портрета с использованием передовых методов визуализации, а также химического анализа пигментов и исторических исследований.В результате была получена лучшая визуализация основного мужского предмета и повысилась степень осведомленности о методах работы и материалах Пикассо. Консервационная обработка картины была центральным компонентом проекта и включала общую очистку, стабилизацию и редактирование старых и несоответствующих реставраций.

— Музей Гуггенхайма, «Женщина Пикассо гладит» https://www.guggenheim.org/conservation / picassos-woman-ironing

Йос ван Клив и мастерская. Деталь Святого Иоанна Богослова в крыле запрестольного образа, Варшава, Музей Нарадова То же, что и на рисунке выше, составные цифровые инфракрасные рефлектограммы на 0.9-1,6 нм. (Молли Фарис, Научная экспертиза искусства: современные методы сохранения и анализа (2005)

Случай полиптиха Виварини

Инфракрасная (ИК) рефлектография — это метод диагностики изображений, широко используемый для изучения и оценки состояния сохранности картин. Пример исследования, анализируемый в этой статье, связан с панно-полиптихом, приписываемым мастерской Виварини, хранящейся в музее «Сигизмондо Кастромедиано» в Лечче. Инфракрасная рефлектография картины была получена с помощью камеры CCD со спектральной чувствительностью в диапазоне 400–1150 нм и системой ручного позиционирования.Чтобы преодолеть технологические ограничения камеры CCD, рефлектограммы были обработаны с помощью анализа главных компонентов и спектральных индексов. Постобработка предоставила информацию, относящуюся к различным графическим чертежам и реставрационным работам, а также подчеркнула графические детали и оттенки, что было полезно для улучшения знаний о технике рисования.

1. Введение

Поскольку фоторецепторы человеческого глаза могут «видеть» только в «видимом» спектре, то есть между 380 нм (синий) и 750 нм (красный), они могут обнаруживать только отраженные и рассеянное излучение, исходящее от самых поверхностных живописных слоев картины.Если бы те же фоторецепторы были способны обнаруживать излучение с большей длиной волны (> 1 мкм м), они могли бы «видеть» под поверхностью изображения. Фактически, ближнее инфракрасное излучение (с длинами волн от 1 до 3 мкм м) может значительно проникать через слой изображения. Часть излучения рассеивается, а остальная часть отражается, что позволяет выявить то, что является прорисовкой.

Используя такую ​​физическую характеристику, метод визуализации, основанный на рефлектографии в ближнем инфракрасном диапазоне, широко применяется для изучения произведений искусства с шестидесятых годов [1].

Этот метод основан на освещении произведения искусства, в частности картины, источником ближнего инфракрасного излучения. Инфракрасная камера улавливает свет, отражающийся от окрашиваемой поверхности. Захваченное изображение, то есть инфракрасная рефлектограмма, оцифровывается и обрабатывается с помощью подходящего программного обеспечения для обработки изображений.

Прозрачность (и отражательная способность) живописного слоя зависит от: (i) оптических свойств материалов и, следовательно, химической природы пигментов, (ii) толщины краски и длины волны инфракрасного излучения.(i) Многие картины частично или полностью прозрачны, в то время как другие (например, фрески) поглощают инфракрасное излучение и кажутся темными. Прозрачность слоев краски для ближнего инфракрасного излучения (с длинами волн от 1 до 2 мкм м) позволяет идентифицировать скрытые детали, не видимые невооруженным глазом, такие как нижние рисунки, изменения в слоях краски , и другие особенности, скрытые за графическими слоями [2]. (ii) Чем длиннее инфракрасная длина волны и чем тоньше слои краски, тем легче проникать в нижележащие слои.

Со времени первых исследований и применений, проведенных Ван Аспереном Де Боером в шестидесятых годах [3], технологии рефлектографии NIR были значительно расширены и усовершенствованы, особенно после эпохального перехода от фотографических методов к цифровым изображениям.

Наиболее часто используемые технологические устройства: (i) камера с трубкой Видикона и детектором сульфида свинца (Pbs), (ii) твердотельная камера CCD (Charged Couple Device) с кремниевым детектором (CCD-Si), (iii) твердотельная государственная камера с детекторами на основе антимонида галлия индия (InGaAs) и силицида платины (PtSi) и (iv) инфракрасные сканеры [4, 5].

Камеры Vidicon получают изображения в диапазоне длин волн от 0,7 до 2,2 мкм м, в зависимости от модели. Их недостатки по сравнению с более совершенными устройствами: меньшее пространственное разрешение, термическая нестабильность, геометрические искажения.

ПЗС-камеры получают рефлектограммы с более высоким пространственным разрешением, с лучшим контрастом по сравнению с камерами Vidicon. Однако они имеют меньшую спектральную чувствительность (sp.se.), таким образом покрывая видимый спектр и ближний инфракрасный (до 1 мкм м).Это не позволяет датчику исследовать более глубокие графические слои.

И наоборот, твердотельные камеры с детекторами на основе антимонида галлия, индия (InGaAs) и силицида платины (PtSi) способны работать с более глубокими слоями из-за их большей спектральной чувствительности, соответственно от 0,9 до 1,7 мкм м и от 1,2 до 5 мкм м. К сожалению, такие камеры очень дороги, поэтому их использование ограничивается изучением картин.

За последние двадцать лет были разработаны новые устройства, основанные на технологии сканирования [6].Например, ИК-сканер INOA представляет собой модульное устройство на основе оптической головки, снабженной фотодиодом InGaAs со спектральной чувствительностью до 1700 нм и системой освещения, которые перемещаются вместе на этапе прецизионного преобразования, что позволяет получать изображения с очень высокой скоростью. высокое разрешение (16 точек на ² мм) без геометрических искажений [7].

Этот вид устройства использовался в Италии для картирования рисунков и изучения техники живописи Пьетро Ваннуччи, названной «Il Perugino» [8, 9].

Недавно Ambrosini et al. [10] сравнили такое устройство с камерой, снабженной матричным ПЗС-сенсором с цветовой фильтрацией, номинальный диапазон чувствительности 350–1100 нм, для исследования «Богородицы с младенцем», приписываемой Чимабуэ. Улучшена видимость нижней части на рефлектограммах ИК сканера благодаря более расширенной и однородной спектральной чувствительности. Однако они дополняют друг друга с точки зрения спектрального отклика, позволяя идентифицировать некоторые сведения о сохранении [10].

Гаргано и др.[11] сравнили производительность различных ИК-рефлектографических систем (камера Vidicon, sp.se. до 2000 нм; твердотельная Si CCD-фотокамера, sp.se. до 1050 нм, пиксель; FPA InGaAs камера, sp.se. up). до 1700 нм, пиксель; камера FPA MCT (HgCdTe), sp.se. до 2500 нм, пиксель; термокамера InSb, спектральный диапазон 3000–5000 нм, охлаждение аргоном) для обнаружения и визуализации нижних рисунков картин.

Сравнительное исследование подтвердило, что прозрачность большинства пигментов выше в диапазоне 1330–2200 нм.Однако, поскольку некоторые пигменты непрозрачны в диапазоне 0,8–1 мкм м, анализы, выполненные с помощью детектора CCD (например, до 1050 нм), сразу дали предварительную информацию об этих пигментах.

По этой причине детектор CCD более эффективен в обнаружении реставраций и графических интеграций, чем системы с более широким диапазоном ИК-диапазона, которые имеют тенденцию давать очень похожие характеристики (отражательная способность и прозрачность) для разных пигментов, если только они не используют полосовые фильтры с 0.8–1 μ м дальность [11].

В этой статье рассматривается использование ПЗС-детектора для отображения скрытых деталей и изменений в картине на деревянной доске Виварини, известного художника эпохи Возрождения. Ограничения инструмента были преодолены с помощью методов постобработки, таких как анализ главных компонентов (PCA) и спектральные индексы. Выбор в пользу такого подхода также был сделан для улучшения возможных деталей в аннулировании и «раскаянии», которые не очевидны при соблюдении набора данных, не прошедших постобработку.

Эта статья организована следующим образом. Раздел 2 посвящен возможностям ФКА и спектральным индексам для обработки ИК рефлектограмм. В Разделе 3 описывается пример исследования. Раздел 4 посвящен экспериментальному разделу: от получения до постобработки ИК-рефлектограмм. В разделе 5 описаны результаты постобработки. Выводы приведены в разделе 6.

2. Постобработка ИК-рефлектограмм с помощью PCA и спектральных индексов: рациональная основа и учебные примеры

PCA — это линейное преобразование, которое декоррелирует многомерные данные путем перемещения и / или вращения осей исходного пространства признаков [ 12].Таким образом, данные могут быть представлены без корреляции в новом пространстве компонентов. Для этого процесс сначала вычисляет ковариационную матрицу () среди всех входных спектральных каналов, затем вычисляются собственные значения и собственные векторы, чтобы получить новые компоненты признаков. где — два входных спектральных канала, SB, спектральное значение данного канала в строке и номер столбца в строке, количество столбцов и среднее значение всех значений SB пикселей в индексированных входных каналах.

Процент общей дисперсии набора данных, объясняемый каждым компонентом, получается по формуле (2) где собственные значения.

Наконец, серия новых слоев изображения (называемых собственными каналами или компонентами) вычисляется (3) путем умножения для каждого пикселя собственного вектора исходного значения данного пикселя во входных полосах. где указывает спектральный канал в элементе собственного вектора компонента для компонента во входной полосе, спектральное значение для канала, номер входной полосы.

Загрузка или корреляция каждого компонента с каждой датой ввода может быть рассчитана с помощью (4) где var — дисперсия входной даты (полученная путем считывания -й диагонали ковариационной матрицы)

Итак, PCA преобразует входные мультиспектральные полосы в новые компоненты, количество которых равно (или меньше) входных каналов.

Компоненты ПК упорядочены иерархически, то есть ПК1 содержит часть основной дисперсии и обеспечивает своего рода среднее значение всех входных каналов, ПК2 представляет вторую максимальную дисперсию и так далее.

Основная часть дисперсии в наборе мультиспектральных данных связана с однородными областями, тогда как локализованные поверхностные аномалии будут усилены в более поздних компонентах, которые содержат меньшую часть общей дисперсии набора данных. Это причина, по которой они могут представлять собой дисперсию информации для небольшой области или, по сути, шум, и в этом случае им следует пренебречь.

Спектральные индексы обычно вычисляются путем линейной комбинации различных спектральных диапазонов для получения количественных показателей свойств поверхности.Для экологических исследований спектральные индексы используются для количественной оценки свойств поверхности, таких как яркость, влажность, покров биомассы и вегетативная сила. Самым широко используемым индексом является Нормализованный индекс разницы растительности (NDVI), полученный по следующей формуле: NDVI работает путем противопоставления интенсивного поглощения пигмента хлорофилла в RED и высокой отражательной способности мезофилла листа в NIR.

PCA и NDVI были испытаны на мультиспектральных спутниковых изображениях для археологических целей [13, 14].

Такие методы применялись для получения мультиспектральных изображений произведений искусства, в частности картин. С помощью PCA экстраполируются главные компоненты из -спектрального диапазона (некоррелированные изображения), что снижает избыточность набора мультиспектральных данных.

PCA был применен к изображениям, полученным с помощью оборудования для спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне, в частности, камеры CCD со спектральной чувствительностью в диапазоне 650–1040 нм. Изображения были связаны с рисунком, выполненным тушью и углем, который приписывают Вейту Хиршфогелю Старшему (1461–1525).В результате многомерного анализа изображений был получен набор изображений главных компонентов (ПК), обеспечивающих прямую визуализацию композиционных характеристик произведения искусства [15].

Аналогичный случай PCA для визуализирующей спектроскопии был выполнен Bacci et al. [16], чтобы исследовать детали рисунков Пармиджанино (1503–1540).

PCA использовался Baronti et al. [17, 18] для анализа различных пигментов на картине Луки Синьорелли (известной как «Predella della Trinità»).Различные изображения были получены камерой Vidicon в видимом спектре (420–750 нм) в ближнем инфракрасном диапазоне (750–1550 нм). Визуальный осмотр ПК2 и ПК3 на изображениях в ближнем ИК-диапазоне позволил различить некоторые области, которые при наблюдении за входным каналом ближнего ИК-диапазона казались окрашенными одним и тем же пигментом.

Что касается использования спектральных индексов, то можно упомянуть применение NDVI для изучения фрески «Vergine con Bambino» (Богоматерь с младенцем) в базилике Святого Петра в Винколи в Риме [19].NDVI позволил отличить красные пигменты в одежде Девы от пигментов на остальной части картины.

Для нашего исследования был применен нормализованный индекс разности IR1 и IR2, а также соотношение двух спектральных полос (IR1 / IR2).

3. Изучение случая

ИК-рефлектография была испытана на картине на деревянной доске, изображающей аббата Св. Антонио (рис. 1). Это часть полиптиха, который историческая критика считает очень важным, потому что он свидетельствует о венецианской живописи в Апулии (Южная Италия).

Полиптих датируется 15 веком (после 1463 г.) и происходит из церкви Святой Катерины из Алессандрии в Галатине (Лечче, Южная Италия). В настоящее время он хранится в галерее музея провинции Лечче «Сигизмондо Катромедиано».

Он состоит из четырнадцати панелей с темперированием (общие размеры в см), изображающих в верхней части слева направо соответственно: Св. Катерину из Алессандрии, Св. Антонио Аббата, Св. Николу из Бари, Святая Троица между Св. .Франческо из Ассизи и Св. Доменико, Св. Амброджо, Св. Джироламо и Св. Аньезе.

На панелях в нижней части полиптиха слева направо изображены: Св. Джованни Баттиста, Св. Весково, Св. Паоло, Богородица на троне с младенцем, Св. Пьетро, ​​Св. Бенедетто и Св. Михаил Архангел.

Полиптих реставрировался в основном в нижней части в 1876 и 1934 годах. Он принадлежит венецианской мастерской семьи Виварини. В частности, панно с изображением Св.Антонио Аббата приписывают Бартоломео Виварини [20, 21].

4. Экспериментальная часть

4.1. Оборудование

Инфракрасная рефлектография картины была получена мультиспектральной системой визуализации ARTIST, принадлежащей музею провинции Лечче «Sigismondo Catromediano». Он состоит из фотокамеры CCD со спектральной чувствительностью в диапазоне 400–1150 нм и системой ручного позиционирования.

Фотокамера принимает изображения в видимом спектре (панхроматическом и RGB, sp.se. 400–700 нм), в ближней инфракрасной области спектра IR1 (sp.se. 700–950 нм) и IR2 (sp.se. 950–1150 нм) с пространственным разрешением пиксель / дюйм.

Оптическая головка оснащена двумя линзами: одна широкоугольная (фокусное расстояние 23 мм), работающая в конфигурации F / 1.4, а другая — зум-объектив (фокусное расстояние 10–108 мм), работающая в конфигурации F / 2.5. Система освещения (в видимом и инфракрасном диапазонах) состоит из двух галогенных ламп мощностью 60 Вт, освещающих окрашиваемую поверхность под углом 45 ° на расстоянии 120 см.

4.2. Получение и обработка изображений

Получение и обработка изображений состояли из следующих этапов: (1) Получение изображения с помощью программного обеспечения ARTIST. Изображение было разделено на сетку из строк «» и столбцов «», чтобы каждое измерение в каждом диапазоне, таком как видимая панхроматическая (PAN), IR1 и IR2, занимало площадь в мм. (2) Мозаика изображения отдельные снимки для получения всего изображения картины с помощью программного обеспечения Panavue Image Assembler 2.06 с 20% перекрытием.(3) Георегистрация и орто-ректификация всего набора данных (видимые PAN и RGB, IR1 и IR2) с помощью Global Mapper. Это важный шаг, который позволяет получить точное и ортотрансформированное наложение мозаик на разных полосах. (4) Первый сравнительный визуальный осмотр георегистрируемых и орто-исправленных сцен и гипотез первой интерпретации. (5) Постобработка изображений. изображения, состоящие из фильтрации, свертки, применения PCA и спектральных индексов с использованием программного обеспечения ENVI.

Что касается спектральных индексов, был применен нормализованный индекс разницы (полученный из NDVI)

.

Ожидаемые результаты вышеупомянутого подхода постобработки — это улучшение свойств и информации, полезной для различения пигментов.

5. Результаты

Сравнительный анализ входного набора данных (PAN, RGB, IR1 и IR2) (см. Рисунки 1–3) показал следующее: (i) Видимые изображения PAN и RGB подчеркивают состояние сохранения картины. , с распространенным явлением потрескивания и поверхностных отложений.Картина подвергалась различным реставрациям (под левой рукой Святого находится защитное покрытие, оставшееся после последних вмешательств; см. Рисунки 1 и 2). (Ii) Инфракрасные данные, в частности канал IR2, добавляют дополнительную информацию (см. Рисунок 3) в отношении сцен, снятых в видимом диапазоне (по этой причине и для краткости показано только изображение IR2). Как показано на рисунке 3, изображение IR2 показывает на тунике и мантии святого некоторые области (более темно-серые), относящиеся к более поздним слоям живописи, с классическим эффектом «пятен леопарда».”

Ценные результаты были получены с помощью PCA и NDI. В деталях, вычисляемый компонент принципала был равен трем с процентным отклонением от P1 до Pc3, равным 73%, 21% и 5%, соответственно. (i) Изображение ПК1 суммирует первую максимальную дисперсию набора данных и обеспечивает своего рода среднее значение всех входных каналов. Результат аналогичен PAN и IR1. Это может быть связано с тем, что используемый источник освещения имеет максимальное значение освещенности в инфракрасном диапазоне.(ii) Изображение PC2 (Рисунок 4) относительно PAN свидетельствует о той же дополнительной информации, предоставленной IR2, относящейся к более позднему восстановлению туники и мантии Saint. (iii) В дополнение к IR2, PC2 указывает мазки кистью. очертить бороду и усы, а также отметить некоторые детали на лице святого (контур носа, глаз, мимические линии на скулах и лбу, см. также рис. 7 (d)) (iv) Изображение PC3 (рис. 5) сохраняет дополнительную информацию ПК2 относительно PAN, относящуюся к мантии и тунике, но не к бороде Святого.Некоторая информация о лице исчезает. Однако PC3 представил дополнительную информацию о патологиях распада и о линии разрыва на деревянной доске наверху святого нимба (очерченного зеленой линией на рисунке 5; см. Также рисунок 7 (e)).

Применение нормализованного индекса NDI подтверждает особенности, наблюдаемые на изображении PC3, а также предоставляет дополнительные данные (рисунок 6). В частности, наиболее важная информация, предоставляемая NDI, относится к правой части мантии, очерченной синей линией на рисунке 6.Характеризуется неоднородным более темным тоном, что говорит о наличии реставрационных работ.

Что касается фильтрации, хорошие результаты были получены с помощью направленного и высокочастотного прохода, чтобы подчеркнуть микротрещины и трещины, которые влияют на слой изображения.

На рисунке 8 показано изображение RGB с извлеченными функциями IR2, PCA и NDI.

В целом, сравнительное наблюдение ввода данных и результатов постобработки свидетельствует о том, что темно-коричневая мантия и туника Святого окрашивались в течение трех этапов (I, II и III, на рисунке 8).Рисунок 9 демонстрирует различную дискриминацию структур I, II и III с точки зрения значений отражательной способности (значений DN) IR2 и NDI по отношению к PAN. В частности, для PAN и IR1 значения DN упомянутых шаблонов аналогичны; в то время как из изображения NDI значения DNI образцов I, II и III очень отличаются.

6. Выводы

Инфракрасная рефлектографическая система использовалась для неинвазивного исследования спектральной области видимого и ближнего инфракрасного диапазона.Это очень важно, но не исчерпывающе, чтобы охарактеризовать поверхностные и графические слои ниже из-за ограничений используемого датчика (CCD). Чтобы компенсировать такие ограничения, рефлектограммы обрабатывались с помощью PCA и спектральных индексов (таких как NDI).

Целью анализа было сосредоточить внимание на некоторых вопросах исследуемого случая, полиптиха XV века, состоящего из четырнадцати панелей, среди которых для краткости была исследована только панель аббата Святого Антония. В этом документе.

Исследование проводилось с двумя целями: (i) первая — проанализировать стилистические особенности, поскольку полиптих приписывается мастерской Виварини и, в частности, панно с изображением аббата святого Антонио считается написанным художником. Бартоломео Виварини; (ii) вторая цель — составить карту реставраций, которые следовали друг за другом между второй половиной 19 века и первой половиной 20 века.

Методы постобработки, применяемые к рефлектограммам, предоставили дополнительную информацию относительно входного изображения (PAN, IR1 и IR2).Проведен сравнительный анализ ввода данных и результатов постобработки путем визуального наблюдения. Такой анализ подтвердил эффективность более поздних основных компонентов (в частности, PC3) и индекса NDI в различении живописных узоров одного цвета (например, темно-коричневого цвета мантии и туники), что позволяет предположить различные этапы окраски или реставрационные работы. .

NDI Цвет Дополнительные функции, предоставляемые В отношении Красный IR2909, PCI 909 PAN) Фиолетовый IR2, PC2, PC3 и NDI Видимый Синий NDI Видимый и IR2 Оранжевый Оранжевый IR2 Визуальный 909 Зеленый PC3 и NDI Видимый и IR2

Благодарности

Выражаем благодарность сотрудникам, работающим в провинциальном музее Лечче, «Музей Сигизмондо», в частности директору Музея Сигизмондо Катромеда. Антонио Кассиано, директор реставрационной лаборатории Бриция Минерва, реставратор Никола Анкона и исследователь Ма Риа Д.Пилолли.

Скрытые: невидимые картины под портретами Тюдоров

Исследование, проведенное в рамках проекта Making Art in Tudor Britain , позволило получить неожиданную информацию о некоторых портретах галереи шестнадцатого века. Аналитические методы, такие как инфракрасная рефлектография и рентгенография, позволяют исследовать слои под поверхностью и показали, что некоторые из деревянных опор для панелей, на которых были нарисованы портреты, были повторно использованы

Протестантский шпион и Дева Мария
Бичевание Христа и английский государственный деятель
Оборотная сторона: крыло алтаря
Два лица королевы: скрытый портрет
Переработка эпохи Возрождения: обшивка стен до портрета?

Протестантский шпион и Дева Мария

Инфракрасная фотография НПГ 1704.

Рентген НПГ 1704.

---

Сэр Фрэнсис Уолсингем создал и руководил елизаветинской секретной службой, а его шпионы действовали в основном против римско-католических заговорщиков. Этот портрет представляет собой перевернутую версию единственного известного портретного типа Уолсингема, который связан с художником Джоном де Крицем Старшим, получившим широкое покровительство со стороны Уолсингема в 1580-х годах. Хотя натурщик и / или человек, заказавший этот портрет, вероятно, не знали об этом, технический анализ показал, что эта панель была повторно использована.Это показало захватывающее сопоставление портрета протестантского начальника шпионской сети, наложенного на небольшое религиозное изображение, на котором изображены Богородица с младенцем.

Фрагмент инфракрасной фотографии, показывающий подготовительный рисунок к портрету и очертания двух фигур под лицом натурщицы.

Инфракрасная фотография

Этот метод анализа выполняется с помощью специально модифицированной камеры и источника яркого света. Инфракрасное излучение — это часть спектра обычного света.Он поглощается углеродной сажей, и в результате изображения могут выявить доказательства подготовительных рисунков, сделанных художником с использованием углеродного носителя, такого как древесный уголь. На портрете сэра Фрэнсиса Уолсингема подготовительный рисунок, который выделяет черты лица, ясно виден на инфракрасной фотографии, а уверенность и расположение отметок указывают на то, что использовался узор. На инфракрасном снимке также видны частичные очертания двух фигур, нарисованных под портретом.Свободные мазки, очерчивающие профиль фигуры слева, предполагают, что эта основная композиция может быть незаконченной.

---

Базовый состав

Деталь рентгеновского снимка, показывающая больше деталей на нижележащих рисунках.

Рентгенография дала больше информации о композиции под портретом. Поза фигуры справа и распущенные длинные волосы предполагают, что это, вероятно, изображение Девы Марии.Фигура слева могла быть святым Иосифом или ангелом. Стилистически композиция выглядит как североевропейская. Подобные изображения были широко распространены в виде гравюр таких художников, как Альбрехт Дюрер и Мартин Шонгауэр. Нет никаких доказательств каких-либо повреждений основной картины; Повреждение, которое видно на рентгеновском снимке, произошло, когда картина была портретной, а не ранее. Датировка панели Панель изготовлена ​​из цельной доски восточно-балтийского дуба. Дендрохронологический анализ был использован для определения возраста дерева и предполагает, что опора была впервые использована между 1547 и 1579 годами, в то время как портрет Уолсингема датируется серединой 1580-х годов

.

---

Бичевание Христа и английский государственный деятель

---

Цифровая инфракрасная рефлектограмма НПГ 4024.

Рентгеновская мозаика НПГ 4024.

---

Томас Саквилл был поэтом, драматургом и государственным деятелем, а также владельцем дома Ноле в Кенте. Он был назначен лордом-казначеем в 1599 году и лордом-верховным управляющим в 1601 году; Жезл должности, которую он занимает на этом портрете, вероятно, относится к его назначению стюардом. Саквилл был основан графом Дорсет в 1604 году.

---

Инфракрасная рефлектография

Этот аналитический метод позволяет регистрировать более широкий диапазон длин волн, чем инфракрасная фотография.На нем четко виден нижний рисунок, который выделяет детали лица сидящего в углеродной среде. Чертеж следует шаблону черт, но есть также отметки от руки, которые моделируют лицо в более трехмерной манере. Есть также предположения о базовой композиции, очевидной на лице. Это гораздо яснее в другом месте портрета; например, две фигуры обнаруживаются под мехом платья няни.

---

Деталь цифровой инфракрасной рефлектограммы, показывающая нижний рисунок на лице, а также предполагаемую композицию, лежащую в основе.

Фрагмент цифровой инфракрасной рефлектограммы, показывающий фигуры в основной композиции.

---

Рентгенография

Деталь рентгеновской мозаики с цифровой балансировкой, изображающая фигуру Христа на колонне.

Рентгеновскому излучению препятствуют тяжелые металлы, такие как свинец, который присутствует в некоторых смесях красок, таких как свинцово-оловянный желтый и свинцово-белый. В результате рентгенография может использоваться для изучения изменений в составе под поверхностью слоев краски.Однако окончательное изображение может быть трудно интерпретировать, потому что все слои краски накладываются друг на друга. В данном случае рентгеновский снимок показал достаточно деталей, чтобы можно было определить источник композиции — изображение Бичевания Христа итальянским художником Себастьяно дель Пьомбо, которое находится в часовне Боргерини, Сан-Пьетро-ин-Монторио. , Рим.

Эта композиция получила более широкую известность в Европе благодаря различным копиям и гравюрам. Фигура Христа на колонне особенно отчетливо выделяется на рентгеновских снимках, потому что смесь красок в этих областях содержит более высокую долю свинцового белила.Некоторые параллельные отметки на туловище Христа видны на рентгеновском снимке, и это могут быть преднамеренные отметины, предназначенные для повреждения окрашенной поверхности. Однако, хотя религиозные образы были ограничены в постреформационной Англии, некоторые религиозные образы могли быть вполне законными, если бы они хранились вдали от мест отправления культа и не использовались способами, которые считались идолопоклонническими. Перекраска изображения Flagellation , следовательно, не обязательно является примером иконоборческого разрушения изображения; это могло быть произведено в студии, а затем не было продано.

---

Датировка панели

Дендрохронологический анализ показывает, что доски, использованные для изготовления этой панели, происходят из деревьев, срубленных после 1590 года. Портрет лорда Саквилля отмечает кульминацию его политической карьеры, его назначение лордом казначеем в 1599 году, и он высечен слева вверху: «1601 год. æta: 63 ‘. Это неточно, потому что ему было 72 года на момент его смерти в 1608 году, но возможно, что художник неправильно отметил деталь надписи и указал возраст натурщика 63 вместо 65.Характеристики обращения с краской предполагают, что портрет был создан в начале семнадцатого века, и поэтому существует очень узкий промежуток, не более одиннадцати лет, между первым использованием панели для The Flagellation и производством портрет. Это может означать, что студия одного и того же художника могла отвечать за создание обеих работ.

Детальная фотография надписи.

---

Оборотная сторона: Крыло алтаря

Декоративная схема лицевой стороны панели, НПГ 844

---

Это панно было передано Галерее в 1890 году, когда считалось, что это портрет протестантского богослова Ричарда Хукера (1554–1600).Личность ситтера неизвестна, но, вероятно, это голландский или фламандский покровитель. Композиция на другой стороне портрета связана с воскресением, где трубящий ангел поднимает мертвого человека из гробницы.

Детальная фотография правого верхнего угла, показывающая неокрашенную полоску по краю и одну из выемок

Строение

Считалось, что этот портрет был написан на повторно использованной панели; однако внимательное изучение показало, что обе стороны панели были окрашены одновременно.Тонкая полоска неокрашенного дерева видна на правой стороне декоративной схемы, а также на соответствующей стороне портрета. В нем есть ряд обычных вырезов, которые могут указывать, где были размещены штифты для крепления панели к несущей конструкции или раме. Другие края панели более грубые, что говорит о том, что панель в какой-то момент была обрезана, возможно, для того, чтобы удалить ее из каркаса. В результате некоторые детали, такие как верх архитрава, были утеряны.

Алтарь-триптих?

Пропорции монохромной композиции и неполные надписи позволяют предположить, что панно представляет собой фрагмент чего-то, что изначально было как минимум вдвое больше. Однако добавление второй панели для завершения композиции означало бы, что портрет, который с другой стороны будет составлять правую сторону двух панелей, был бы неудобно расположить лицом наружу. В результате более вероятно, что панель была частью двери или крыла.Это обычная структура для небольших запрестольных образов, а поза натурщика очень похожа на позу донора.

---

Детальное изображение фона портрета.

Датировка панели

Раньше считалось, что нарисованный фон портрета датируется восемнадцатым или девятнадцатым веком. Однако отбор образцов показал, что смеси красок содержат пигменты азурит, свинцово-оловянный желтый и смальту, что позволяет предположить, что краска, скорее всего, датируется шестнадцатым или семнадцатым веком, а не позже.Эта датировка была дополнительно уточнена дендрохронологическим анализом, который показал, что дерево, используемое для изготовления дубовой панели, было срублено после 1517 года и, вероятно, использовалось в какой-то момент между 1517 и 1549 годами. конец этого временного интервала наиболее вероятен.

---

Детальное изображение надписи на картуше.

Надписи

Голландская надпись на картуше показывает, что монохромная композиция явно неполна.

То, что остается, гласит: О ЗДЕСЬ — (О Господь -)

ŇS INI — (наш -)

MET VWĒ — (с твоим -)

---

Детальное изображение надписи на архитраве.

В полном объеме латинская надпись в архитраве могла читать «NON MORIAR SED VIVAM», что происходит из семнадцатого стиха 118-го псалма: «Я не умру, но буду жить и возвещать дела Господни».

Прочие портреты на повторно используемых панелях

---

Два лица королевы: скрытый портрет

---

Инфракрасная рефлектограмма-мозаика НПГ 200.

Рентген НПГ 200.

---

Этот портрет королевы Елизаветы I написан не с натуры, а по образцу, и было бы написано множество версий этого портретного типа, хотя очень немногие из них сохранились до наших дней. Елизавета изображена с медалью Меньшего Георгия, символизирующей членство в Ордене Подвязки, на ленте на шее.

---

Инфракрасная рефлектография

Как было замечено, инфракрасная рефлектография не только выявляет недостаток углерода. Длинноволновое инфракрасное излучение проникает в пигментированные слои краски в различной степени, что может дать информацию о том, что находится под поверхностью слоев краски. На этом портрете мозаика инфракрасной рефлектограммы ясно показывает змею, которая изначально была нарисована рукой Елизаветы. Это был символ мудрости, благоразумия и разумного суждения.Однако в христианской традиции змеи также означают первородный грех и искушение дьяволом. Неоднозначность эмблемы могла привести к тому, что ее закрасили на поздней стадии процесса раскраски и заменили букетом цветов. Змея теперь частично видна на поверхности картины в результате разрушения красочного слоя. Мозаика инфракрасной рефлектограммы также показывает, что панель использовалась повторно; под портретом королевы отчетливо видны черты другой женщины.

---

Деталь мозаики инфракрасной рефлектограммы перекрашенной змеи.

Деталь мозаики инфракрасной рефлектограммы, показывающая особенности нижележащего портрета.

---

Фрагмент рентгеновской мозаики с наложенными портретами.

Рентген

Рентгеновский снимок дал больше информации о картине под портретом Елизаветы. На нем изображена женская голова в более высоком положении, обращенная в противоположную сторону. Личность первоначальной натурщицы неизвестна, но незаконченный портрет, похоже, был очень грамотно нарисован, возможно, другим художником.Женщина, по-видимому, была изображена в французском капюшоне, который был модным в 1570-х и 1580-х годах, и дендрохронологический анализ дает предположительную дату использования панели 1572-82 гг. Это говорит о том, что до повторного использования панели могло пройти несколько лет.

Этой картины нет в экспозиции «Скрытые», и в настоящее время она выставлена ​​в замке Кенилворт, Уорикшир.

---

Вторичная переработка эпохи Возрождения: от стеновых панелей до портрета?

---

Рентгеновская мозаика НПГ 401

Реверс НПГ 401.

---

Идентификация сидящего на этом портрете неясна. Однако сравнение с другими известными портретами предполагает, что это, возможно, Маргарет Дуглас, графиня Леннокс. Ее сын, лорд Дарнли, женился на Мэри, королеве Шотландии, и она была бабушкой короля Шотландии Якова VI и английского короля Якова.

---

Рентгеновский снимок розы.

Рентген

Рентген показал очертания роз, напоминающих геральдическую розу Тюдоров. Они были нарисованы на обратной стороне панели, и их можно было увидеть, потому что рентгеновские лучи проникают как в слои краски, так и в основу.Полученный рентгеновский снимок содержит всю информацию, наложенную на одно изображение. Розы были более заметны на рентгеновских снимках, чем на поверхности реверса, потому что пигменты содержат тяжелые металлы; скорее всего, свинец белый и красный свинец.

Датировка панели

Дендрохронологический анализ показал, что древесина, из которой сделаны доски, была получена из того же медленнорастущего дерева. Доски также сравнительно узкие, что говорит о том, что они были обрезаны. Поскольку дерево росло медленно, даже небольшая обрезка могла удалить следы значительного количества колец, и поэтому датировать панель сложно.Последнее кольцо сердцевины было датировано 1424 годом, что свидетельствует о том, что дерево было срублено в какой-то момент после 1432 года. Соединенная красная и белая роза была геральдической эмблемой, означавшей союз домов Йорка и Ланкастера через брак Генриха VII и Елизавета Йоркская в 1486 году, и если картина на реверсе действительно изображает тюдоровские розы, то это должно быть позднее. Костюм натурщицы на портрете относится к 1560-м годам.

Повторно использованная панель?

Рентгеновский снимок также показывает необычное горизонтальное выравнивание двух досок, использованных для изготовления панели.Это говорит о том, что панель, возможно, была повторно использована для создания портрета, особенно в сочетании с обнаружением геральдических роз на реверсе. Первоначально панель могла быть частью более крупной декоративной схемы, возможно, как часть стеновой панели. Однако возможно, что две стороны панели были окрашены одновременно, поскольку относительно необычно найти панель, которая была подготовлена ​​с гладкой поверхностью для рисования с обеих сторон, и есть сохранившиеся примеры портретов с геральдическими эмблемами. относительно сидящего на обороте.Например, Портрет мужчины с книгой 1430-х годов, возможно, Гийома Филластра, сделанный мастерской Рогира ван дер Вейдена в галерее Курто, на оборотной стороне которого изображено изображение ветки падуба в виде натурщицы.

Этой картины нет в экспозиции «Скрытый».