trabajo proyecto opticas (3)

Universidad Nacional Autnoma de Mxico Facultad de Ingeniera

Sistemas de Comunicaciones pticas

Proyecto SCO

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PROYECTO. ANALISIS, PROPUESTA E

IMPLEMENTACION DE UN MEDIDOR DE

DISPERSION PARA FIBRA OPTICA

Integrantes:

Gonzlez Iglesias Marlen Georgina

Moctezuma Flores Hazael Miguel

Ramrez Sierra Ana Paulina



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ndice Objetivo .............................................................................................................................................................. 3

Marco terico para la justificacin del proyecto (Anlisis). ............................................................................... 3

Transmisor ....................................................................................................................................... 3

Modulacin. .................................................................................................................................... 5

Dispersin ........................................................................................................................................ 6

Fibras Opticas .................................................................................................................................. 7

Fotodiodo PIN ............................................................................................................................... 10

Fotodiodo APD .............................................................................................................................. 10

Modelo del sistema de deteccin directa ..................................................................................... 12

Equipos OTDR. ............................................................................................................................... 12

PROPUESTAS DEL PROYECTO ........................................................................................................................... 16

Propuesta 1 ................................................................................................................................... 16

Propuesta 2 ................................................................................................................................... 22

Propuesta 3 ................................................................................................................................... 29

Propuesta 4 ................................................................................................................................... 33

Simulacin ........................................................................................................................................................ 34

PROYECTO IMPLEMENTADO ............................................................................................................................ 35

Codigo Utilizado ............................................................................................................................ 41

Conclusiones ..................................................................................................................................................... 43

Bibliografia........................................................................................................................................................ 43



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Objetivo

En el presente proyecto se pretende realizar un sistema de comunicaciones a escala pequea; el

cual tendr como objetivo el de comprobar el estado en el cual llega la forma de la seal a su

destino, como premisa se tiene que esta seal en recepcin estar dispersa, nuestra tarea es saber

la cantidad de dispersin de la seal.

Marco terico para la justificacin del proyecto (Anlisis).

Es necesario primero justificar nuestro mtodo y realizar un anlisis del marco terico general para

conocer las posibles afectaciones y problemas que podamos tener al realizar el proyecto.

Los sistemas de comunicaciones por fibra ptica adems de presentar la ventaja principal de tener

una alta capacidad de informacin tambin presentan las siguientes ventajas en comparacin con

sistemas de comunicaciones elctricos:

Bajas perdidas, hoy en da las fibras pticas presentan atenuaciones por debajo de los 0.16

[dB/Km], reduciendo en gran parte el uso del amplificador.

Inmunidad a interferencias, debido a la naturaleza dielctrica de las fibras

Mayor seguridad, no hay riesgo de chispas elctricas, por lo que es segura su utilizacin en

ambientes peligrosos, y al permanecer el haz de luz confinado en el ncleo, no es posible

acceder a los datos transmitidos por mtodos no destructivos.

Durabilidad, periodo de vida ms largo que el cobre de cobre o cable coaxial.

Abundancia de la materia prima, el silicio se encuentra abundante en la naturaleza y tiene

un bajo costo.

Elementos bsicos de un sistema de comunicaciones por fibra ptica.

Transmisor El transmisor es el primer elemento del sistema, este tiene la funcin principal de convertir una

seal elctrica en una seal ptica y despus enviarla hacia la fibra, su componente ms

importante es la fuente ptica. Los sistemas actuales de comunicaciones boticas utilicen por lo

general fuentes pticas de semiconductor, las cuales son bsicamente dos: Diodos emisores de luz

(LEDs) y diodos laser (LD). Dichos dispositivos se caracterizan por la longitud de onda a la que



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emiten radiacin, la potencia con la que emite dicha radiacin, la forma de onda y su ancho

espectral.

Los LEDs tienen la desventaja principal que la radiacin emitida es espontnea y por lo tanto

incoherente (la radiacin de fotones ocurre en cualquier tiempo, o sea los fotones son creados

independientemente unos de otros, as que no existe una correlacin de fase entre fotones

diferentes) teniendo un ancho espectral ms amplio que el de un LD ( =50-60[mm]), tambin

poseen tasas de modulacin (50-140[MHz]), potencias (< 100 ) y directivita ms bajas que las

de un LD, habiendo imprctica su utilizacin para enlaces de larga distancia.

NOTA: JUSTIFICACION POR QUE USAR LEDS O DIODO LASER

Ahora los LD son dispositivos ms complejos que generan emisin estimulada y por lo tanto, su

radiacin es coherente, ocasionando que su ancho espectral sea mucho ms angosto. Estos

dispositivos tienen una mayor directividad, son prcticamente cromticos (emiten solo una

longitud de onda < 10[MHz]) y son 10 veces ms eficientes que un LED, tambin pueden ser

modulados directamente a tasas ms altas (> 25[GHz]) y debido a estas caractersticas son los ms

utilizados a altas velocidades y grandes distancias.

Ancho espectral de un LD y LEDs.

Hay variedad de tipos de lseres, por ejemplo el DFB o Distributed Feedback Laser, son del tipo de

lseres der semiconductor los cuales utilizan dentro de la regin activa una estructura peridica, o

rejilla, que tiene como finalidad la seleccin de la longitud de onda, disminuyendo el ancho de

lnea de emisin y la retroalimentacin necesario para obtener el laceado o lasing haciendo que el

uso de espejos reflectores en los extremos dela cavidad del lser no sean necesarios. Estos tipos

de diodos laser utilizan longitudes de ondas ms cercanas a las comerciales (760[nm]-2365[nm]),

sin embargo son ms que nada utilizados en grandes industrias debedio a su elevado costo. La

utilizacin de estas longitudes de onda seria perfecta para el proyecto, pero debido a cuestiones

econmicas se descarta la opcin de utilizar estos DFB como fuente en la transmisin. Fuente:

http://www.sacher-laser.com/downloads/brochures/599l2l_en.pdf



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Modulacin. El proceso de integrar informacin en un haz de luz se le llama modulacin y es muy importante.

La ms sencilla y ms utilizada se llama on off keying (OKK), donde le haz de luz es simplemente

prendido apagado, dependiendo si el bit de informacin es un 1 o 0. Este tipo de modulacin se

puede realizar por modulacin directa o externa.

La modulacin directa consiste en aplicar una corriente al semiconductor tal que esta se encuentre

por arriba de la corriente de umbral para un bit 1 o por debajo para un bit 0. La relacin entre la

potencia de salida para un 1 y para 0 se llama razn de extincin o extinction ratio EX. Esta

modulacin es simple y barata y que no necesita de ningn otro componente para realizarla. La

mayor ventaja de los lseres de semiconductor es que pueden ser modulados directamente a

diferencia de los lseres de fibra.

La principal desventaja de este tipo de modulacin radica en los pulsos resultantes se consideran

como chirpedados; El chirp es un fenmeno donde la frecuencia y fase de la portadora de los

pulsos transmitidos varia con el tiempo, causando un crecimiento del espectro transmitido que a

su vez, ocasiona una mayor dispersin durante su transmisin.

Ahora analizaremos los diferentes tipos de fibra pticas. Como se analiz en clases estos tipos no

se abundara mucho en ellos, solo las ventajas o condiciones que nos ayuden a decidir cul de estos

tipos de fibra ptica nos ayudara a cumplir los cometidos del proyecto.

Se sabe que hay fibras monomodo y multimodo, como se vio en clase las fibras monomodo son

las que se emplean en telecomunicaciones por lo que para propsitos de este proyecto se

empleara la fibra monomodo plstica ya que esta fibra como sabemos es ms econmica y ms

fcil de adquirir (posteriormente analizaremos ms a fondo si es conveniente esta fibra).

Este proyecto se llevara a cabo para medir la dispersin por medio del ensanchamiento de pulsos

as que nos ser til conocer algunos conceptos.



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Por qu ocurre la dispersin?

Ocurre porque el pulso de luz viaja a diferentes velocidades a travs de la fibra, dependiendo del

modo de propagacin y del ancho espectral de la fuente

La dispersin se manifiesta como un ensanchamiento del pulso en el tiempo, que se hace mayor

con la longitud. Este ensanchamiento limita la tasa de datos: a altas tasas, los pulsos de luz se

solapan unos con otros y se hacen indistinguibles para el receptor.

Dispersin La dispersin se define como la duracin del pulso de salida (t) cuando se aplica a la entrada un

pulso de luz infinitesimalmente corto.

De una manera simple, la dispersin mide el ensanchamiento del pulso por unidad de distancia: en

[ps/km].

Cules son los efectos de la dispersin?

Los efectos aumentan con la longitud de la fibra. Si la dispersin es grande, el pulso se integra en

el siguiente periodo de bit y se produce interferencia entre smbolos; entonces se alcanza el lmite

de la capacidad de la fibra para aplicaciones digitales.



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A mayor tasa de transmisin, menor ser el periodo T de pulsos y mayor ser el efecto de la

dispersin.

Ancho de banda elctrico de la fibra

Puesto que slo es necesario transmitir el componente fundamental de la onda cuadrada en una

aplicacin digital, se puede decir que el ancho de banda elctrico B de la fibra para mxima

velocidad de transmisin ser:

Para mxima velocidad, la dispersin total t es igual a la mitad del periodo T.

Por tanto, puede decirse que el ancho de banda elctrico B es:

Al utilizar fibras pticas monomodo la principal ventaja radica en que la dispersin modal no

aparece ya que solo se propaga un modo pero la dispersin temporal que es la que nos interesa si

aparece.

La atenuacin es un parmetro muy importante, este nos limita la distancia mxima entre el

transmisor y receptor, en este proyecto no se planean distancias grandes, basta con los

parmetros visto en clases referente a este tema, por lo que la fibra de plstico nos puede ser til

ya que sirve para transmitir a distancias cortas.

Fibras Opticas Actualmente la UIT-T ha especificado diferentes tipos de fibras pticas, cuyos parmetros varan d

acuerdo al tipo de aplicacin, en el cuadro 2.2 se muestran las fibras monomodo.



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En la recomendacin G.652 se encuentra optimizada para funcionar en la longitud de onda de

1310[nm], el dimetro del revestimiento debe ser de 125[um] con una tolerancia de +-1[um].

Las subcategoras de la recomendacin G.652 [18] son:

G.652.A: velocidades de transmisin de hasta 10[Gbps] y distancia mxima de 40[Km]

G.652.B: velocidades de transmisin superiores.

G.652.C: rango de transmisin de 1360[nm] a 1530[nm]

La recomendacin G.655 esta optimizada para trabajar a longitud de donda de 1530 y 1565[nm],

las subcategoras son:

G.655.D:



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G.655.E.

Las aplicaciones de la fibra ptica son entre otras: la telefona, la automatizacin industrial,

computacin y sistemas de televisin por cable.

Hasta ahora solo nos hemos dedicado a analizar la parte del transmisor y del medio de

transmisin, es momento de analizar el receptor. La ideal principal del receptor es convertir las

seales pticas en seales elctricas nuevamente y procesarlas en cierta manera (regeneracin,

amplificacin, decisin de 1 y 0). El elemento que se encarga de realizar la conversin ptico-

elctrica es el fotodetector, el cual genera una creciente proporcional a la potencia ptica

incidente, a esta se le llama fotocorriente, como la seal ptica que llega al fotodetector muy

atenuada y distorsionada, los fotodetectores deben cumplir con un cierto nmero de

requerimientos como: alta velocidad de respuesta, buena sentitividad, bajo ruido, poco sensibles a

los cambios de temperatura, etc.

Un fotn puede ser detectado por un proceso de interaccin de la materia en el que el fotn es

aniquilado y su energa transformada en calor o corriente elctrica. Los requisitos para la

ejecucin y compatibilidad de detectores son muy similares a los requisitos de la fuente de

emisin.

Estos requisitos son:

Alta sensibilidad de operacin

Alta fidelidad

Amplitud de respuesta elctrica a la seal recibida

Tiempo de respuesta corto



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Estabilidad de las caractersticas de ejecucin

Tamao fsico del detector

Los fotodetectores se clasifican en dos tipos:

PIN (Positive Intrinsec Negative)

APD(Avalanch Photodiode)

Fotodiodo PIN Este se utiliza para permitir la operacin en longitudes de onda grandes donde la luz penetra ms

profundamente en el material semiconductor. Tienen las siguientes caractersticas.

Si se incrementa el ancho de la regin activa se incrementa la eficiencia

El ancho de la regin de agotamiento incruenta el tiempo de transito de los fotones.

Fotodiodo APD El fotodiodo APD se polariza fuertemente siendo e campo elctrico de la unin lo suficientemente

grande para acelerar los fotones de carga y adquirir suficiente energa para ms aceleracin, de lo

que lograra en el proceso de ionizacin.

El fotodiodo APD puede tener una estructura y geometra que maximice la absorcin de fotones.



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La comparacin entre ambos fotodiodos en general seria:

FOTODIODO PIN

No tiene ganancia

Sensible

Usa bajo voltaje de polarizacin

Bajo ruido

Muy confiable

Ms comnmente usado

FOTODIODO APD

Ganancia interna

Mayor sensibilidad

Ancho de banda reducido

Usa alto voltaje

Ruidoso

La sensitividad de un fotodetector se define como la mnima potencia que el fotodetector puede

detectar para obtener una cierta tasa de bits de error (BER), hoy en da la mayora de las

aplicaciones se disean para tener una tasa de error de bits correspondientes al final de si vida til

mejor que 10x-12.

En la tabla siguiente se muestran las caractersticas de los ms comunes fotodiodos.



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Modelo del sistema de deteccin directa Los sistemas de trasmisin analgicas que utilizan la deteccin directa de la seal constituyen la

forma ms simple de deteccin. Su principio fundamental se basa en modular directamente la

intensidad de la fuente ptica por una seal subportadora o pasar a travs de un modulador de

intensidad externo. La seal resultante modulada en intensidad, viaja a trves de la fibra ptica

para llegar al fotodiodo, donde la seal es devuelta al dominio elctrico.

Hoy en da los sistemas de comunicacin ptica hacen uso de forma predominante de la

modulacin de corriente de una fuente ptica semiconductora debido a su simplicidad y

satisfaccin de los requerimientos del sistema.

Equipos OTDR. El principio bsico del OTDR se basa en conceptos de la atenuacin. A medida que la luz se mueve

a travs de una fibra ptica, alguna parte de ella es dispersada hacia la frontera del ncleo en un

ngulo mayor que el ngulo crtico. Esta luz escapa del ncleo, creando atenuacin. E incluso fallas

como rotura de la fibra, en un enlace. Sin embargo alguna de la luz es regresada hacia tras al

extrema de entrada de la fibra en un ngulo menor que el ngulo crtico. Esta luz experimenta



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reflexin interna total y viaja de regreso hasta el punto de entrada de la fibra. Por lo tanto, cuando

hay luz movindose en una direccin en una fibra, existe una pequea cantidad ptica

movindose en direccin opuesta.

El proceso del funcionamiento del OTDR inicia con un diodo laser que enva un pulso a travs de la

fibra. En cada punto a lo largo de la fibra, alguna luz es dispersada y regresada hacia el OTDR. El

acoplador direccional dirige la potencia ptica retrodispersada al detector de alta sensibilidad. El

otdr mide la potencia dispersada y regresada en funcin del tiempo, tambin despliega los niveles

de potencia ptica en relacin con la distancia y lo despliega en forma de grfica.

Principalmente el OTDR requiere de dos parmetros: el ndice de refraccin y el coeficiente de

dispersin, as puede medir las distancias mediante el tiempo que transcurre entre la emisin de

luz y su reflexin. EL coeficiente de dispersin es una medida que sirve para saber cunta luz se

dispersa hacia atrs de la fibra, afecta tanto al valor de la perdida de retron, como a las

mediciones de reflectancia. El coeficiente de dispersin se calcula como la relacin entre la

potencia del pulso de salida del OTDR y la potencia de retrodifusion en el extremo prximo de la

fibra. Esta relacin se expresa en dB y es inversamente proporcional al ancho del pulso.

El OTDR funciona emitiendo pulsos de luz repetidos, con una duracin igual a cada pulso. La

eleccin del ancho del pulso adecuado es bsica para obtener los mejores resultados en una

medicin.

Un pulso corto nos puede brindar una mayor resolucin, sin embargo al realizar una medicin

dinmica (mayor alcance) con un pulso corto se corre el riesgo de tener mucho rudo en la

medicin, En contra parte, sol que queremos es hacer una medicin de gran distancia, un pulso

largo es lo que nos vendra bien, pero hay que tomar en cuenta que al promediar las mediciones,

pasara ms tiempo y por consiguiente la resolucin ser menor.



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Diagrama de Bloques de un OTDR

Para tener un mejor entendimiento de cmo funciona un OTDR , a continuacin daremos una

descripcin ms detallada.

Por lo general un OTDR consiste de una fuente de luz lser, un sensor ptico, un coupler/splitter,

una pantalla que funge como desplay y una seccin de control.

Fuente emisin de luz lser

El diodo laser manda pulsos de luz por orden del controlador. Se puede seleccionar la duracin del

pulso para diferentes condiciones de medicin. La luz pasa a travs del coupler/splitter y en la

fibra ptica bajo prueba. Algunos de los OTDRs tienen dos lseres para permitir que la fibra de

prueba pueda probar dos diferentes longitudes de onda. Es conveniente saber que slo un lser es

usado a la vez, es fcil cambiar de uno a otro.

Coupler/splitter

Este mdulo tiene tres puertos: uno para cada fuente, la fibra bajo prueba y el sensor. Es un

dispositivo que permite que la luz viaje en una direccin en especfico: de la fuente laser a la fibra

bajo prueba y de la fibra bajo prueba al sensor. No se permite que la luz viaje directamente de la

fuente al sensor. Por lo que, los pulsos de la fuente viajan hacia la fibra de prueba y el factor de

dispersin y la reflexin de fresnel son dirigidos al sensor.

Seccin de sensor ptico

El sensor es un foto detector que mide el nivel de potencia proveniente de la luz de la fibra ptica

bajo prueba. Convierte la potencia ptica de la luz a un cierto nivel elctrico, mientras ms alto sea

la potencia ptica, ms alto ser el nivel elctrico de salida. Los sensores OTDR esta diseados

especficamente para medir niveles extremadamente bajos de dispersin de la luz. La seccin de

sensor incluye un amplificador elctrico para elevar el nivel elctrico de la seal.



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La potencia de reflexin de fresnel ser mayor a 40,000, esto es, ms alto que el factor de

dispersin y puede ser an mayor que lo que puede detectar el sensor. Lo que puede inducir a una

saturacin. Esto se soluciona posicionando en el valor ms alto del detector esta medida. Es

entonces que cada que un pulso de prueba encuentra el final de una fibra puede causar que el

sensor sea segado por el tiempo que el pulso dure. Este periodo se conoce como la zona

muerta,dead zone en ingls.

Seccin de Control

El controlador es el cerebro del OTDR, le indica al laser cuando mandar pulsos. Este obtiene el

nivel de potencia del sensor. Calcula la distancia de dispersin y reflexin en la fibra, almacena los

valores de cada dato obtenido y enva esta informacin a la pantalla.

Un componente muy importante de esta seccin es un reloj, bastante preciso, el cual es usado

para medir con precisin la diferencia entre la deteccin de pulsos laser y la deteccin del sensor

cuando existe luz de regreso. Multiplicando este tiempo del pulso viajero por la velocidad de la luz

se puede calcular la distancia.

El controlador muestrea el nivel medido por un sensor un determinado tiempo. Todo esto para

obtener valores. Cada valor es descrito por una secuencia de tiempo y un cierto nivel de potencia.

Cuando el controlador ha obtenido todos sus puntos, lo grafica en pantalla. El primer dato es

desplegado al borde izquierdo de la grfica como un punto de comienzo de la fibra, su posicin

vertical est basada en la potencia de la seal de regreso. Esto quiere decir que un nivel de

potencia alto en la fibra es graficado en un punto muy alto. Datos subsecuentes son colocados a la

derecha y esta sucesin va a depender del nivel de resolucin que se tenga. El trazo resultante es

una lnea inclinada que recorre la parte superior izquierda hasta llegar a la parte inferior derecha,

esta inclinacin indica sus prdidas por unidad de distancia.

Inclinaciones muy empinadas quieren indicar valores promedios grandes de prdidas por

distancia. Los valores que conforman la lnea son valores de dispersin y las reflexiones de fresnel

se ven como picos que provienen de valores de dispersin. Un cambio repentino en estos valores

de dispersin indicara un punto de perdida, estos pueden ser puntos donde luz de la fibra ptica

este escapando.

Display

Esta seccin es una pantalla CRT o LCD que muestra los valores de datos en una grfica y despliega

tambin las condiciones del set-up del OTDR, adems de sus mediciones. La mayora de los

displays unen los datos (puntos) con una lnea para proveer una mejor vista del rastro completo.

Existen cursores que pueden ser manipulados en la pantalla para seleccionar cualquier punto de la

grfica. La distancia que corresponde a la marca es desplegada en pantalla, adems un OTDR con

dos cursores podr proveer mayores datos en una determinada diferencia de distancias. Se puede

elegir el tipo de medicin que se requiera para caracterizar a la fibra ptica.



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Diodos lser

En cuanto a la operacin de los diodos lser se tiene que estos dispositivos (OTDR) funcionan con

lser Fabry-Prot , que comnmente operan en las ventanas: 1310 nm, 1550 nm y 1625 nm.

Estos son dispositivos hermticamente sellados en un paquete coaxial (TO-56) con un fotodiodo

integrado para monitorear una salida ptica.

Cmodo para fuente de luz y en aplicaciones de telecomunicaciones con tasas mayores a 4Gb/s.

Algunos de estos lseres son:

Part Number Description

FP-1310-4I-LCA 1310 nm Fabry-Perot (FP) Laser Diode, LC TOSA package, high power

FP-1310-4I-LCB 1310 nm Fabry-Perot (FP) Laser Diode, LC TOSA package, intermediate power

FP-1310-4I-LCC 1310 nm Fabry-Perot (FP) Laser Diode, LC TOSA package, low power.

FP-1310-4I-SCC 1310 nm Fabry-Perot (FP) Laser Diode, SC TOSA package, low power.

PROPUESTAS DEL PROYECTO

Equipo a utilizar

Propuesta 1 Transmisor

Laser

Modulo Laser Verde

Longitud de onda: 532[nm]

Potencia de salida: 5[mW]

Fuente de alimentacin: 3.2 [V] en DC



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Dimensiones del dimetro: 12*66[mm]

https://www.sparkfun.com/products/9906

Modulo Laser Arduino KY-007 O KY-008


Fuente de alimentacin: 3.5-5.5[V] en DC

http://www.flickr.com/photos/andrew-d/7582049164/

Arduino Uno

La funcin del Arduino Uno en el transmisor es la de proporcionarnos el pulso que

ser enviado a travs de la fibra ptica plstica hasta el receptor donde se medir la

dispersin del pulso.

Descripcin

Arduino Uno es un micro controlador basado en el ATmega328. Tiene 14 pines

digitales de entrada/salida, de las cuales 6 pueden utilizarse como salidas PWM, 6

entradas analgicas con resonador cermico a 16 MHz, conexin USB, power Jack,

cabecera ICSP y botn de reset.

Tabla No. 1. Descripcin Arduino Uno

Parmetro/Componente Descripcin

Micro controlador ATmega328

Voltaje de Operacin 5V

Voltaje de entrada (recomendado) 7-12V

Voltaje de entrada (limites) 6-20V

Pines Digitales de entrada/salida 14 (de los cuales 6 - PWM output)

Pines de entrada analgica 6

Corriente de DC (pin I/O) 40 mA

Corriente de DC (pin 3.3V) 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328) de los cuales 0.5 KB son para bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Reloj 16 MHz



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Alimentacin

Arduino Uno puede alimentarse va conexin USB o con una fuente de poder externa, las

cuales pueden ser un convertidor AC/DC o batera. El adaptador se conecta al Jack de la

tarjeta. La tarjeta puede operar en el rango de 6 a 12V, sin embargo, si el voltaje

suministrado es menor a 7V, el pin de 5V podra entregar menos de lo indicado y al

contrario, si es mayor a 12V podra daar el Arduino. La recomendacin es de 7 a 12V

Pin Descripcin

VIN Para fuentes de alimentacin externas.

5V Entrega 5 V proveniente del regulador del arduino.

3V3 Entrega 3.3V proveniente del regulador del arduino

GND Tierra

Nombre Descripcin

Serial 0 Rx 1 Tx

Se utilizan para recibir (RX) y transmitir (Tx) datos en serie

Interruptores Externos 2 (interrupt 0) 3 (interrupt 1)

Se pueden configurar para interrupciones en un valor bajo, en cambio de valor, etc

PWM (3, 5, 6. 9, 10, 11) Provee PWM de 8 bits

SPI 12 (MISO) 11 (MOSI)

Para comunicacin SPI



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13 (SCK) 10 (SS).

LED (13) Cuando el pin est en estado alto el LED se prente, cuando est en estado bajo, se apaga.

TWI A4 (SDA) A5(SCI)

Para comunicacin TWI

AREF Voltaje de referencia para las entradas analgicas

Reset En estado bajo pera reset de la tarjeta.

Fibra ptica de plstico

Especificaciones de la fibra ptica plstica se es la que se plantea en todas las propuestas.

La fibra ptica plstica (FOP) es un filamento que est formado por dos polmeros

concntricos: el interior denominado ncleo generalmente de polimetilmetacrilato y el

exterior denominado revestimiento (polmeros flurotatos). El ncleo (n1) propaga a lo largo de

toda su longitud una seal ptica (luz) y el revestimiento (n2) protege el ncleo, controla y

confina la luz para evitar que se fugue. El ndice de refraccin del ncleo es mayor que el del

material que lo rodea, tal condicin da lugar al efecto fsico conocido como reflexin total

interna.

La fibra ptica plastificada tiene gran flexibilidad y facilidad de manejo derivadas de su

plasticidad y su mayor dimetro. Generalmente la FOP tiene 1 mm de dimetro, ms grande al

dimetro comnmente manejado por la fibra ptica de vidrio, lo que le permite transportar

una cantidad de luz mayor. La FOP tiene caractersticas que la hacen una opcin viable para

diversas aplicaciones: su conexin es ms sencilla, tiene mayor flexibilidad que la fibra ptica

de vidrio, ofrece ventajas significativas para distancias cortas, y sobre todo, es menos costosa.



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Otra ventaja significativa es la velocidad de transmisin de datos. Mientras los cables comunes

de cobre alcanzan los 100mbps, la POF llega a 1 Gbps en radios cercanos a 70 m, lo que la

convierte en una tecnologa robusta para redes de alta velocidad.

Aplicaciones:

Transmisin de Datos: Audio Aplicaciones industriales Instrumentacin Redes Locales

Transmisin de Luz: Iluminacin Guas de Luz Pantalla de Visin Anuncios Publicitarios

Caractersticas Para Fibra ptica Plstica para transmisin de datos ndice de refraccin 1.49

Tensin a ruptura 200

Prueba de compresin 200

Dimetro del cable 4 mm

Radio de curvatura 50 Trabaja a longitud de onda visible (650 nm). Se dispone de los siguientes tipos dimensionales y

atenuaciones:

- 485/500 m con 240 dB/km

- 735/750 m con 230 dB/km

- 980/1000 m con 220 dB/km

http://www.microm.com.mx/ES/Documents/Hojas%20t%C3%A9cnicas/Fibra%20%C3%B3ptica

%20pl%C3%A1stica.pdf

http://www.pof.cl/

Receptor

Fotodetector

Longitud de onda: 420 a 675 [nm]



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Potencia disipada: 300[mW]

Voltaje de encendido: 1 [V] en DC

http://www.vishay.com/docs/81519/bpw21r.pdf

Arduino uno

Pantalla LCD

De 16 caracteres, 2 lneas paralelas, LCD (Liquid Crystal Display).

La luz de fondo se compone de LEDs en serie.

Voltaje de alimentacin (VDD): + 5V (-0.3 7.0 V)

Ciclo de Trabajo: 1/16



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Dimensin: 80.0x36.0 mm

Viewing Area: 66.0x16.0mm

Dot Size: 0.56 x 0.66 mm

Tamao de caracter: 2.96x5.56 mm


LED Infrarojo IR38

LED infrarrojo de 5 mm, larga distancia Diodo emisor de luz (LED) infrarrojo, color azul transparente, de 5 mm de dimetro, longitud de

onda de 940 nm, 1,3 V tpicos en polarizacin directa, 1,7 V mximos, 20 mW y ngulo de 12

para transmisin a mayor distancia.

http://www.steren.com.mx/catalogo/prod.asp?p=2059&desc=

Caractersticas

Tabla. Parmetros del IR383 Parmetro Rango Unidades

Corriente Continua directa (IF) 100 mA

Pico de Corriente directa (IFP) 1 A

Voltaje de reversa (VR) 5 V

Temperatura de Operacin (Topr) -40 - +85 C

Temperatura de almacenamiento (Tstg) -40 - +85 C

Temperatura de soldar (Tsol) 260 C

Potencia disipada a temperatura ambiente 150 mW



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Tabla. Caractersticas electro-pticas a temperatura ambiente (25C) Parmetro Condicin Mnimo Tpico Mximo Unidades

Intensidad de Radicacin (Ee)

IF=20 mA 7.8 20 mW/sr

Longitud de onda pico (p)

IF=20 mA 940 Nm

Ancho de Banda Espectral ()

IF=20 mA 45 Nm

(Vf) IF=20 mA 1.2 1.5 V

(IR) VR=5V 10 A

Angulo de vista (2) IF=20 mA 20 deg

a. Distrubucin Espectral

b. Longitud de onda pico vs temperatura

ambiente.

c. Corriente vs Voltaje

d. Intensidad de radiacin vs. Corriente



Proyecto SCO

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e. Intensidad de radiacin relativa vs. Desplazamiento angular

Figura. Curvas caractersticas Electro-pticas

LED

Infrared a 940-950[nm]


Fuente de alimentacin: 1.4-1.6 [V] en DC


Arduino Uno


Receptor



Proyecto SCO

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Fotodetector

Diodo PIN TSOP38X


Potencia consumida: 10[mW]

Voltaje de alimentacin: 2.5 a 5.5 [V] en DC

Frecuencia de la portadora: 30-56 [KHz]



Proyecto SCO

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Proyecto SCO

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QRD1113/1114 Foto sensor




Proyecto SCO

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Esquema

Potencia consumida: 100[mW]

Voltaje de alimentacin: 1.7 [V] en DC


Arduino uno

Pantalla LCD



Proyecto SCO

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Laser DFB

Diodo Laser DFB

Longitud de onda: 760-2365[nm]. Existen diferentes modelos trabajando en esas

longitudes de onda. Serie ideal utilizarlo a 1550[nm]

Potencia de salida: 5150[mW]

Fuente de alimentacin: 3.2 [V] en DC

Diagrama para conexin:



Proyecto SCO

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http://www.sacher-laser.com/home/laser-

diodes/distributed_feedback_laser/dfb/single_mode.html?gad=DFBLaser&gclid=CIu9n

IvO67YCFQVV4Aoda1IAEw#TopAnchor

Arduino Uno


Receptor

Fotodetector

Diodo avalancha C30927-EH-01/02/03

Longitud de onda: 800- 1060[nm]



Proyecto SCO

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Diagrama de conexin:

http://www.excelitas.com/downloads/dts_pe_pd_10_avalanchphotodiodessiapdarray

s.pdf

Diodo PIN de Silicio BPW41N

Longitud de onda: 870-1050[nm]




Proyecto SCO

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Arduino uno

Pantalla LCD



Proyecto SCO

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Led

Emisor de Infrarojos



Voltaje de alimentacin: 1.6[V]

Arduino Uno


Receptor

Fotodetector

Detector de Infrarojos




Arduino uno

Pantalla LCD



Proyecto SCO

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Simulacin

Se simulo el proyecto con ayuda del software Proteus, aqu simulamos el controlador

ATMEGA2560 del Arduino Mega, con el cdigo HEX procedente de la ejecucin del arduino Mega

fsicamente se simulo las condiciones tericas a las que debera de trabajar un pulso, en este caso

el de la fibra.

El circuito se muestra en la siguiente imagen

Con la salida del pulso simulado que se muestra acontinuacion



Proyecto SCO

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Con esta simulacin se corroboro el correcto funcionamiento de los pulsos. Tambien se cmprobo

con el osciloscopio en la vida real.

PROYECTO IMPLEMENTADO

Al final por cuestiones de logstica se utiliz un arduino Mega, un LED Infrarojo IR38, un

fotodetector TSL251R, y una fibra ptica plstica de Steren.

TSL251R

Descripcin:

El TSL251 es un sensor ptico luz-a-voltaje, combinando un fotodiodo y un amplificador de

trasimpedancia (resistencia de retroalimentacin = 8M) en un solo circuito integrado monoltico.

El voltaje de salida es directamente proporcional a la intensidad de luz sobre el fotodiodo.

Diagrama de bloques:



Proyecto SCO

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a. Diagrama a bloques

b. Patigrama

Circuito de Prueba

TSL251

Descripcin TSL251. Caractersticas Elctricas Caractersitcas/Terminal (pin) Descripcin

GND (1) Tierra. Todos los voltajes estn referenciados a GND

OUT (3) Voltaje de salida

VDD = 5 V (2) Voltaje suministrado

p = 635nm Longitud de onda de trabajo

Especificaciones Tcnicas

Parmetro TSL215R Unidades

Mnimo Tpico Mximo

Voltaje suministrado [VDD]

2.7 5.5 V

Temperatura ambiente [TA]

0 70 C

Voltaje de oscuridad [VD]

0 4 10 mV

Voltaje mximo de salida [VOM] (VDD=4.5V)

3 3.3 V



Proyecto SCO

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Voltaje de salida [VO] (Ee=38.5 W/cm2)

1.5 2 2.5 V

Corriente suministrada [IDD] (Ee=38.5 W/cm2)

1.1 1.7

Coeficiente de temperatura del voltaje de salida [VO] (Ee=38.5

W/cm2, TA=0C-70C)

1.6

0.08

mV/C

%C

Respuesta de irradiacin [Ne]

(p=635nm) 52 (p=880nm) 48

mV/( W/cm2)

Caractersticas Dinmicas a TA=25C

Tiempo de levantamiento del pulso de salida [tr]

(VDD=5V, p=635nm)

70 s

Tiempo de caida del pulso de salida [tr]

(VDD=5V, p=635nm)

70 s

Voltaje de ruido de salida (VDD=5V, Ee=0,

f=1kHz)

0.7 V/

Pulso en el TSL251. a) Pulso a la salida del generador. b)Pulso a la entrada del TSL251, tiempo de

levantamiento, tiempo de cada.



Proyecto SCO

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a. Voltaje de salida vs Irradiancia

b. Respuesta espectral del fotodiodo

c. Voltaje de salida mximo vs voltaje de

alimentacin

d. Voltaje de salida normalizado vs

desplazamiento angular

Curvas Caractersticas

Arduino Mega 2560

Descripcin

El Arduino Mega 2560 es un micro controlador basado en el ATmega2560 (ms adelante se anexan

especificaciones). Tiene 54 pines digitales de entrada/salida de los cuales 14 pueden utilizarse

como salidas PWM, 16 entradas analgicas, 4 UARTs (puertos seriales de hardware), un oscilador

de cristal a 16 MHz, conexin USB, power Jack, cabecera ICSP y botn de reset.



Proyecto SCO

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Figura 9. Arduino Mega 2560

Alimentacin

El Arduino Mega puede alimentarse va conexin USB o con una fuente externa que puede ser un

adaptador AC/DC o batera. El adaptador se conecta al power jack, para utilizar la batera, puede

conectarse al pin VIN y GND. Debe considerarse que al conectar estos pines, la fuente puede ser

menor a 5 V con lo que el arduino no ser estable, si se utiliza un voltaje mayor a 12 V puede

daarse.

Tabla No 9. Pines de Alimentacin Pin Descripcin

VIN Para fuentes de alimentacin externas.

5V Entrega 5 V proveniente del regulador del arduino.

3V3 Entrega 3.3V proveniente del regulador del arduino

GND Tierra

Tabla No 10. Especificaciones tcnicas

Parmetro/Componente Descripcin

Microcontrolador ATmega2560

Voltaje de Operacin 5V

Voltaje de entrada recomendado

(mnimo mximo)

7-12V

Voltaje de entrada lmites (mnimo -

mximo)

6-20V

Pines Digitales I/O 54 (de los cuales 15 son de salida PWM) utilizando las

funciones: pinMode(), digitalWrite(), anddigitalRead()

Pines de entrada analgicos 16

Corriente de DC (pin I/O) 40 mA



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Corriente de DC (pin 3.3V) 50 mA

Flash Memory 256 KB para almacenamiento de cdigo, de los cuales 8

KB son para bootloader. 8 KB para SRAM y 4 KB de

EEPROM

SRAM 8 KB

EEPROM 4 KB

Reloj 16 MHz

Pines de Funciones especiales Nombre Descripcin

Serial 0 Rx 1 Tx

Serial 1 19 Rx 18 Tx

Serial 2 17 Rx 16 Tx

Serial 3 15 Rx 14 - Tx

Se utilizan para recibir (RX) y transmitir (Tx) datos en serie

Interruptores Externos 2 (interrupt 0) 3 (interrupt 1) 18 (interrupt 5) 19 (interrupt 4) 20 (interrupt 3) 21 (interrupt 2).

Se pueden configurar para interrupciones en un valor bajo, en cambio de valor, etc

PWM (2 a 13 y 44 a 46) Provee PWM de 8 bits

SPI 50 (MISO) 51 (MOSI) 52 (SCK) 53 (SS).

Para comunicacin SPI

LED (13) Cuando el pin est en estado alto el LED se prente, cuando est en estado bajo, se apaga.

TWI 20 (SDA) 21 (SCI)

Para comunicacin TWI

AREF Voltaje de referencia para las entradas



Proyecto SCO

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analgicas

Reset En estado bajo pera reset de la tarjeta.

Codigo Utilizado long ts0=0,ts1=0,disp=0,muestreo=0;

void setup(){

//Cambia la frecuencia del PWM pin 9 y 10 del Mega 2560 a 0x07->30 Hz o el 3 y 11 en

arduino UNO

TCCR2B = TCCR2B & 0b000 | 0x07;

Serial.begin(9600); //Inicia el pueto serie a una velocidad de 9600 bauds

pinMode(4,INPUT);

}

void loop(){

Serial.println("Dispercion");

analogWrite(10,8)

;// Generacin del pulso de aproximadamente 1.045ms para el Arduino UNO tiene que

ser el 3

analogWrite(9,9);// Generacin del pulso para la simulacin de recepcin de 1.176ms

delay(1);

while(1){

while(!digitalRead(4));//Espera a que llegue el flanco de subida



Proyecto SCO

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ts0=micros();

while(digitalRead(4));//Espera a que llegue el flanco de bajada

ts1=micros();

if(muestreo>25){

disp=ts1-ts0-1024;

if(disp>=0 && disp



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Conclusiones

Con este proyecto pudimos conocer ms a fondo el funcionamiento de un OTDR, debido al anlisis

hecho previamente, lo cual pudo conducirnos a la elaboracin de un dispositivo que midiera la

dispersin de una fibra ptica. Podemos agregar que durante el periodo de pruebas del dispositivo

se cont con algunos inconvenientes de entre los cuales podemos mencionar los siguientes:

El tipo de fibra ptica a utilizar deba de utilizar requiri de unos adaptadores especiales para que

no existiesen perdidas de luz en el momento de la transmisin. Adems se debio de contar con

conocimiento previo sobre el funcionamiento de un arduino , ya que se requiri del mismo para

tomar las mediciones pertinentes, cuando se trabaj con este existieron varias modificaciones en

el cdigo utilizado, debido a que no se estaban registrando valores correctos. Lo anterior puede

ser explicado por el tipo de entradas digitales o analgicas utilizadas en el ARDUINO, ya que cada

una de ellas utilizaba distinta resolucin en tiempo para los registros, dando como resultado

mediciones incorrectas.

Como equipo de apoyo utilizamos un osciloscopio, una computadora y una fuente de

alimentacin, este equipo nos ayud a corroborar los valores registrados por ARDUINO y as

lograr corregir estos errores.

Al ser un equipo simple y econmico existen pequeos inconvenientes al tomar las mediciones

durante el desarrollo del proyecto nos percatamos de las limitaciones en el equipo que utilizamos,

al final tuvimos que probar con varios receptores y transmisores para comparar y encontrar el ms

coherente. El primer problema que tuvimos que resolver fue la utilizacin de adaptadores para

que el transmisor y receptor quedaran fijos; otro problema fue la utilizacin de la tarjeta para

prototipos Arduino, que solo llega a medir hasta microsegundos.

Bibliografia

http://www.vishay.com/docs/81522/bpw41n.pdf

http://www.datasheetarchive.com/C30927E-01-datasheet.html

http://doc.chipfind.ru/perkinelmer/c30927e01.htm

https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Infrared/tsop382.pdf

http://www.fiberoptics4sale.com/wordpress/how-to-test-a-fiber-optic-system-with-the-optical-

time-domain-reflectomer-otdr/



Proyecto SCO

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http://www.aflglobal.com/Products/Test-and-Inspection/OTDRS-and-Fault-Locators.aspx

http://www.livingstonrental.es/p_exfo/fibra-optica/medidores-de-dispersion/exfo-ftb5700/

http://www.livingstonrental.es/s_fibra-optica/reflectometros-opticos-otdr/

http://www.fibromarket.com.ar/View/2/otdrs.aspx

http://www.tech-myway.com/category/otdr-1253-a03a/1?gclid=CM-hmIesubYCFQo5nAodpB0AfA

http://fibremex.com/fibraoptica/index.php?mod=eCommerce&ext=subcat&id=19

http://www.finisar.com/sites/default/files/pdf/Ox2SYvFP-1310-4I-XXX%20Rev%20R.pdf

http://www.modulight.com/pdf/AN2-Optical%20Time%20Domain%20Reflectometer.pdf