OTDR je sofistikovaný elektrooptický integrátor vyrobený z Rayleighovho rozptylu a Fresnelovho odrazu spätného rozptylu, keď sa svetlo prenáša cez optické vlákno. Je široko používaný pri údržbe a konštrukcii káblov z optických vlákien. Vykonajte meranie dĺžky vlákien, útlm vlákien, zoslabovanie spojov a meranie polohy porúch.
Test OTDR sa vykoná vydaním svetelných impulzov do vlákna a následným prijatím vrátených informácií na portu OTDR. Keď sa svetelné impulzy šíria vo vlákne, dochádza k rozptylu alebo odrazu v dôsledku povahy vlákna, konektorov, kĺbov, ohybov alebo iných podobných udalostí. Niektoré rozptyly a odrazy sa vrátia do OTDR. Užitočné informácie vrátené sú merané detektormi OTDR, ktoré slúžia ako segmenty času alebo krivky na rôznych miestach v rámci vlákna.
Vzdialenosť sa môže vypočítať od času, ktorý potrebuje pre signál k spätnému signálu na určenie rýchlosti svetla v sklenenom materiáli. Nasledujúci vzorec vysvetľuje, ako OTDR meria vzdialenosť. d = (c × t) / 2 (IOR) V tomto vzorci je c rýchlosť svetla vo vákuu a t je celkový čas po vyslaní signálu až do prijatia signálu (obojsmerný) hodnoty sa násobia 2 po jednosmernej vzdialenosti). Pretože svetlo je v skle pomalšie než vo vákuu, aby bolo možné presne merať vzdialenosť, testované vlákno musí špecifikovať index lomu (IOR). IOR je označený výrobcom vlákien.
OTDR využíva Rayleighov rozptyl a Fresnelovu reflexiu na charakterizáciu vlákna. Rayleighov rozptyl je výsledkom nepravidelného rozptylu optických signálov pozdĺž vlákna. OTDR meria časť rozptýleného svetla naspäť do portu OTDR. Tieto spätne rozptýlené signály indikujú stupeň útlmu (strata / vzdialenosť) spôsobený vláknom. Výsledná trajektória je klesajúca krivka, ktorá naznačuje, že výkon spätného rozptylu klesá, čo je dôsledkom straty vysielaných aj spätne rozptýlených signálov po prenesení cez určitú vzdialenosť.
Vzhľadom na parametre vlákien je možné špecifikovať výkon rozptylu Rayleigh. Ak je známa vlnová dĺžka, je úmerná šírke impulzu signálu: čím dlhšia je šírka impulzu, tým silnejší je spätný rozptyl. Rayleighova rozptyľovacia sila je tiež spojená s vlnovou dĺžkou prenášaného signálu a kratšie vlnové dĺžky sú silnejšie. To znamená, že dráha vytvorená signálom 1310 nm bude vyššia ako Rayleighov spätný rozptyl dráhy vytvorenej signálom 1550 nm.
V oblasti s vysokou vlnovou dĺžkou (nad 1500 nm) sa Rayleighov rozptyl ďalej znižuje, ale objavuje sa ďalší fenomén nazývaný infračervené oslabenie (alebo absorpcia), ktoré zvyšuje a vedie k zvýšeniu celkovej hodnoty útlmu. Preto 1550 nm je najnižšia vlnová dĺžka útlmu; to tiež vysvetľuje, prečo je to vlnová dĺžka komunikácie na diaľku. Samozrejme, tieto javy ovplyvňujú aj OTDR. Ako OTDR s vlnovou dĺžkou 1550 nm má aj nízky útlmový výkon, takže môže byť testovaný na dlhé vzdialenosti. Ako vysoko oslabená vlnová dĺžka 1310 nm alebo 1625 nm je testovaná vzdialenosť OTDR obmedzená, pretože skúšobné zariadenie musí odhaliť ostrý hrot v stopách OTDR a hrot tohto hrotu sa rýchlo dostane do hluku.
Fresnelové odrazy sú na druhej strane diskrétnymi odrazmi, ktoré sú spôsobené jednotlivými bodmi v celom vlákne. Tieto body sú tvorené faktormi, ktoré spôsobujú zmenu koeficientu lomu, ako je medzera medzi sklom a vzduchom. V týchto bodoch bude silné spätne rozptýlené svetlo odrazené dozadu. OTDR preto používa informácie o odrazoch Fresnel na nájdenie spojovacieho bodu, ukončenia vlákien alebo bodu zlomu.
Veľké OTDR majú schopnosť úplne a automaticky identifikovať rozsah vlákien. Táto nová spôsobilosť vyplýva predovšetkým z používania pokročilého analytického softvéru, ktorý kontroluje vzorkovanie OTDR a vytvára tabuľku udalostí. Táto tabuľka udalostí zobrazuje všetky údaje súvisiace s trajektóriou, ako je typ chyby, vzdialenosť od chyby, útlm, strata návratu a strata spojenia.
Princíp OTDR
1.1 Rayleigh Spätné rozptylovanie
V dôsledku defektu samotného optického vlákna a nehomogénnosti dopingových zložiek sa Rayleighov rozptyl vyskytuje v optických impulzoch propagovaných v optickom vlákne. Časť svetla (približne 0,0001% [1]) je rozptýlená späť v opačnom smere impulzu, a preto sa označuje ako Rayleighov spätný rozptyl, ktorý poskytuje detailné útlmové detaily.
Fresnelové odrazy sa vyskytujú na hraniciach dvoch rôznych prenosových médií indexu lomu (ako sú konektory, mechanické spoje, zlomeniny alebo konce vlákien). Tento jav sa používa OTDR na presné určenie pozície pozdĺž dĺžky nespojitosti v dĺžke vlákna. Veľkosť odrazu závisí od rovinnosti hraničnej plochy a rozdielu indexu lomu. Odraz Fresnel možno znížiť použitím kvapaliny zodpovedajúcej indexu lomu.
Hlavný index výkonnosti OTDR
Pochopenie parametrov výkonu OTDR prispieva k skutočnému meraniu vlákien OTDR. Výkonové parametre OTDR zahŕňajú najmä dynamický rozsah, oblasť slepého bodu, rozlíšenie a presnosť.
2.1 Dynamický rozsah
Dynamický rozsah je jedným z hlavných ukazovateľov výkonu OTDR, ktorý určuje maximálnu merateľnú dĺžku vlákna. Čím väčší je dynamický rozsah, tým lepšie je typ krivky a čím dlhšia je merateľná vzdialenosť. Dynamický rozsah V súčasnosti neexistuje jednotná štandardná metóda výpočtu [1]. Bežne používané definície dynamického rozsahu zahŕňajú hlavne nasledujúce štyri:
1 Definícia IEC (Bellcore): Jeden z bežne používaných definícií dynamického rozsahu. Rozdiel dB medzi úrovňou spätného rozptylu na začiatku a úrovňou špičky hluku sa odoberá. Podmienkou merania je maximálna šírka impulzu OTDR a čas merania 180 sekúnd.
2RMS Definícia: Najčastejšie používaná definícia dynamického rozsahu. Zohľadnite rozdiel v dB medzi úrovňou spätného rozptylu a úrovňou RMS. Ak je hladina hluku gaussovská, definovaná hodnota RMS je o približne 1,56 dB vyššia ako definovaná hodnota IEC.
3N = 0.1dB Definícia: Najpraktickejšia metóda definície. Zoberte maximálnu povolenú hodnotu útlmu, ktorá môže merať stratu udalosti 0.1 dB. Hodnota N = 0.1dB je približne o 6,6dB menšia ako RMS definovaný pomer signálu k šumu SNR = 1, čo znamená, že ak má OTDR dynamický rozsah 30dB RMS, N = 0.1dB definuje iba dynamický rozsah 23,4 dB, čo znamená iba straty s stratou o 0,1 dB merané v rozsahu 23,4 dB.
Detekcia konca: dB rozdiel medzi 4% odrazom Fresnel na začiatku vlákna a RMS hladinou hluku, čo je o 12 dB vyššia ako definícia IEC.
2.2 Deadzone
"Slepá zóna" sa tiež nazýva "mŕtva zóna" a označuje časť, kde krivka OTDR nemôže odrážať stav linky optických vlákien v určitej vzdialenosti pod vplyvom odrazu Fresnel. Tento jav sa vyskytuje hlavne preto, že Fresnelov reflexný signál na vláknovom väzbe spôsobí nasiaknutie fotodetektora, čo si vyžaduje určitý čas zotavenia. Mŕtva zóna sa môže vyskytnúť na prednej strane panelu OTDR alebo na iných odrazoch Fresnel v optickom prepojení.
Funkcia Bellcore definuje dve mŕtve zóny [2]: Bloková zóna útlmu (ADZ) a zóna slepých udalostí (EDZ). Útlmová zóna zoslabenia sa vzťahuje na minimálnu vzdialenosť medzi dvomi odrazovými udalosťami, keď je možné merať príslušnú stratu. Všeobecne platí, že útlmová zóna zoslabenia je 5-6-násobná šírka impulzu (označená vzdialenosťou); slepá zóna udalosti znamená, že dve odrazové udalosti sú stále rozlíšiteľné. V minimálnej vzdialenosti je vzdialenosť od každej udalosti merateľná, ale individuálna strata každej udalosti je nemerateľná.
2.3 Rozlíšenie
OTDR má štyri hlavné indikátory rozlíšenia: rozlíšenie vzorky, rozlíšenie displeja (nazývané aj rozlíšenie zobrazenia), rozlíšenie udalosti a rozlíšenie vzdialenosti. Rozlíšenie vzorkovania je minimálna vzdialenosť medzi dvoma vzorkovacími miestami, ktorá určuje schopnosť OTDR lokalizovať udalosti. Rozlíšenie vzorkovania súvisí s voľbou šírky impulzu a veľkosti rozsahu vzdialenosti. Rozlíšenie displeja je minimálna hodnota, ktorú môže nástroj zobraziť. OTDR rozdelí každý interval vzorkovania systémom mikroprocesovania tak, aby sa kurzor mohol pohybovať v intervale odberu vzoriek. Najkratšia vzdialenosť, ktorú kurzor posunie, je horizontálne rozlíšenie displeja a zobrazené rozlíšenie zobrazenia minimálneho útlmu.
Rozlíšenie udalosti sa vzťahuje na prahovú hodnotu OTDR na identifikáciu bodu udalosti v testovanom prepojení, to znamená hodnoty poľa udalosti (prah detekcie). OTDR zaobchádza so zmenami udalostí, ktoré sú menšie ako táto prahová hodnota, ako bod jednotnej zmeny sklonu v krivke. Rozlíšenie udalosti je určené prahom rozlíšenia fotodiódy, ktorý špecifikuje minimálny útlm, ktorý sa dá merať na základe dvoch úzkych úrovní výkonu. Rozlíšenie vzdialenosti sa vzťahuje na najkratšiu vzdialenosť medzi dvoma priľahlými bodmi udalostí, ktoré môže nástroj vyriešiť. Tento index je podobný slepému bodu udalosti a súvisí s parametrami šírky impulzu a indexu lomu.
Použitie OTDR
OTDR môže vykonávať tieto merania:
* Pre každú udalosť: vzdialenosť, strata, odraz
* Pre každý segment vlákien: dĺžka segmentu, strata segmentu dB alebo dB / km, strata segmentu návratnosti (ORL)
* Pre celý terminálový systém: dĺžka reťazca, strata reťazca dB, reťazec ORL
Meranie vlákien pomocou OTDR možno rozdeliť do troch krokov: nastavenie parametrov, získavanie údajov a analýza kriviek.
3.1 Nastavenia parametrov
Väčšina testovacích vlákien OTDR automaticky vyberie najlepšie parametre prijímania vysielaním testovacích impulzov. Používateľ potrebuje iba vybrať vlnovú dĺžku, čas získania a potrebné parametre vlákien (ako je index lomu, koeficient rozptylu atď.). Trvalo určitý čas na získanie parametrov automaticky, takže operátor môže ručne vybrať parametre merania za známych podmienok merania.
3.1.1 Výber vlnovej dĺžky
Chovanie optického systému priamo súvisí s prenosovou vlnovou dĺžkou. Rôzne vlnové dĺžky majú rozdielne útlmové charakteristiky optických vlákien a rôzne správanie v spojení s optickými vláknami: V rovnakom optickom vlákne je 1550 nm citlivejšia na ohýbanie ako optické vlákno s dĺžkou 1310 nm a útlm 1550 nm je menší než jednotková dĺžka 1310 nm. Strata pólov alebo konektorov je vyššia pri 1310 nm než pri 1550 nm. Z tohto dôvodu by mal byť test optických vlákien rovnaký ako vlnová dĺžka prenášaná systémom, čo znamená, že optický systém s rozchodom 1550 nm musí zvoliť vlnovú dĺžku 1550 nm.
3.1.2 Šírka impulzu
Šírka impulzov riadi optický výkon vstrekovaný do vlákna pomocou OTDR. Čím dlhšia je šírka impulzu, tým väčší je dynamický rozsah merania. Môže sa použiť na meranie vlákien s dlhšou vzdialenosťou, ale dlhý impulz bude tiež generovať väčšiu neviditeľnú zónu v krivke krivky OTDR; nízka hladina svetelného pulzu, ale môže znížiť mŕtve miesta. Perióda šírky impulzu sa zvyčajne vyjadruje v ns a môže byť tiež vyjadrená v jednotkách dĺžky (m) podľa vzorca (4). Napríklad impulz 100 ns možno interpretovať ako pulz "10 m".
3.1.3 Rozsah merania
Rozsah merania OTDR sa vzťahuje na maximálnu vzdialenosť, ktorú OTDR získa vzorky údajov. Voľba tohto parametra určuje veľkosť rozlíšenia vzorkovania. Rozsah merania je zvyčajne nastavený na vzdialenosť 1 až 2 násobok dĺžky vlákna, ktoré sa má merať.
3.1.4 Priemerný čas
Keďže signál spätného rozloženia svetla je extrémne slabý, štatistická priemerná metóda sa všeobecne používa na zlepšenie pomeru signálu k šumu. Čím dlhší je priemerný čas, tým vyšší je pomer signálu k šumu. Napríklad, akvizícia 3 min bude o 0,8 dB dynamickejšia ako akvizícia 1 min. Čas získania viac ako 10 minút však nezlepšuje pomer signálu k šumu. Priemerný čas nepresahuje 3 minúty.
3.1.5 Parametre vlákien
Nastavenie parametrov vlákien zahŕňa nastavenie indexu lomu n a koeficientu spätného rozptylu η. Parameter indexu lomu súvisí s meraním vzdialenosti a koeficient spätného rozptylu ovplyvňuje výsledok merania straty odrazu a návratu. Tieto dva parametre zvyčajne udáva výrobca optického vlákna. Pre väčšinu typov optických vlákien môže index lomu a koeficient spätného rozptylu uvedený v tabuľke 2 dosiahnuť presnejšie merania vzdialenosti a straty spätnej väzby.
Skúsenosti a zručnosti
(1) Jednoduchá identifikácia kvality vlákna:
Za normálnych okolností je sklon OTDR testovacieho lúča hlavného telesa (jeden alebo viacero káblov optických vlákien) v podstate rovnaký, ak je určitá časť sklonu väčšia, ukazuje to, že útlm tohto úseku je väčší; ak je krivkové teleso nepravidelného tvaru, sklon kolíše. Ak je ohnutý alebo oblúkovaný, znamená to, že kvalita optického vlákna je vážne zhoršená a nespĺňa požiadavky na komunikáciu.
(2) Výber vlnovej dĺžky a jednosmerný obojsmerný test:
Vlnová dĺžka 1550 je ďaleko od testu. 1550 nm je citlivejšia na ohýbanie ako 1310 nm. 1550 nm je menšia ako jednotka 1310 nm a 1310 nm je vyššia ako 1550 nm alebo konektor. V skutočných prácach na údržbu optického kábla sa obidve vlnové dĺžky vo všeobecnosti testujú a porovnávajú. Pri javoch s pozitívnym prírastkom a vzdialenostiach nadmerného rozsahu je potrebné vykonať analýzu obojsmernej skúšky, aby sa získali dobré závery testu.
(3) spoločné čistenie:
Skôr než je konektor optického vlákna pripojený k OTDR, musí byť starostlivo vyčistený, vrátane výstupného konektora OTDR a testovaného konektora pod napätím. V opačnom prípade je strata vkladania príliš veľká, meranie nie je spoľahlivé, krivka je hlučná alebo dokonca ani meranie nemožno vykonať a môže tiež poškodiť OTDR. Vyhnite sa čistiacim prostriedkom iným ako alkohol alebo kvapaliny zodpovedajúce indexu lomu, pretože môžu rozpúšťať spojivo v konektore z optických vlákien.
(4) Korekcia indexu lomu a koeficientu rozptylu: Pri meraní dĺžky optického vlákna by odchýlka 0,01 od indexu lomu spôsobovala chyby až 7 m / km. Pri dlhších segmentoch svetla by sa mal použiť index lomu poskytnutý výrobcom káblov. hodnota.
(5) Rozpoznanie a spracovanie duchov:
Hrot na krivke OTDR je niekedy spôsobený ozvenami spôsobenými blízkymi a silnými odrazmi od incidentu. Tento hrot sa nazýva ghosting. Uznávanie duchov: Duchovia na krivkách nespôsobili výrazné straty; vzdialenosť medzi duchom a začiatkom krivky bola násobkom vzdialenosti medzi silnou odrazovou udalosťou a začiatkom a stala sa symetrická. Odstránenie duchov: Vyberte krátku šírku impulzu a pridajte útlm k prednému koncu silného odrazu (ako je výstup OTDR). Ak udalosť, ktorá spôsobila duchovnosť, je na konci vlákna, môže sa urobiť "malý ohyb", aby sa zosvetlo svetlo odrazené späť na začiatok.
(6) Spracovanie fenoménu pozitívneho zisku:
Na trase OTDR sa môže vyskytnúť pozitívny zisk. Pozitívny prírastok je spôsobený tým, že vlákno po bode zostrihu vytvára astigmatizmus, ktorý je späť dozadu, ako vlákno pred bodom zostrihu. V skutočnosti vlákno je strata spoje v tomto bode zostrihu. Často sa vyskytuje v procese zvárania vlákien s rôznymi priemermi priemeru poľa alebo rôznymi spätnými rozptylovými koeficientmi. Preto je potrebné merať v oboch smeroch a priemerne výsledky ako strata spojenia. Pri súčasnej údržbe optických káblov môže byť ≤0,08 dB použitá aj ako jednoduchý princíp akceptácie.
(7) Použitie doplnkového optického vlákna:
Dodatočné vlákno je kus vlákna používaný na pripojenie OTDR s meraným vláknom a má dĺžku 300-2000 m. Jeho hlavnými funkciami sú: spracovanie slepých zón na prednej strane a meranie vkladania konektorov terminálu.
Všeobecne platí, že mŕtve pásmo spôsobené konektorom medzi OTDR a testovaným vláknom je najväčšie. Pri skutočnom meraní optického vlákna sa medzi OTDR a testovaným optickým vláknom pridáva prechodné optické vlákno tak, že mŕtve pásmo v prednej časti spadá do prechodového optického vlákna a začiatok testovaného optického vlákna spadá do lineárne stabilnej oblasti krivky OTDR. Strata vkladania konektora na začiatku vláknového systému môže byť meraná pridaním prechodového vlákna do OTDR. Ak chcete merať stratu vkladania konektorov na oboch koncoch, môžete pridať prechodové vlákno na každom konci.
Hlavné faktory testovacej chyby
1) Vlastné odchýlky testovacích nástrojov OTDR
Podľa princípu testu OTDR prenáša optické impulzy na testované optické vlákno podľa určitej periódy a potom vzorky, kvantizuje, kódy a ukladá spätne rozptýlené signály z optických vlákien určitou rýchlosťou. Samotný nástroj OTDR má chyby v dôsledku vzorkovacieho intervalu, ktorý sa odráža hlavne v diaľkovom rozlíšení. Rozlíšenie vzdialenosti OTDR je úmerné vzorkovacej frekvencii.
2) Chyby spôsobené nesprávnou obsluhou testovacích prístrojov
Pri skúške miesta poruchy kábla je správnosť používania meracieho prístroja OTDR priamo spojená s presnosťou skúšky prekážky. Nastavenie a presnosť parametrov nástroja, nesprávny výber rozsahu meradla alebo nepresné nastavenie kurzora spôsobia chyby vo výsledkoch testu.
(1) Nastavte chybu spôsobenú odchýlkou indexu lomu merača
Index lomu rôznych typov a výrobcov optických vlákien je iný. Pri použití OTDR na overenie dĺžky vlákna musia byť najprv nastavené parametre prístroja a jedno z nich je nastavenie indexu lomu. Ak je index lomu viacerých segmentov kábla iný, môže sa použiť metóda segmentácie na zníženie testovacej chyby spôsobenej chybou nastavenia indexu lomu.
(2) Nesprávny výber rozsahu merania
Keď je rozlíšenie skúšobnej vzdialenosti meracieho prístroja OTDR 1 meter, znamená to, že tento údaj sa môže zväčšiť iba vtedy, keď horizontálna stupnica je 25 metrov na mriežku. Konštrukcia meradla je jedna plná bunka s 25 krokmi na kurzor. V tomto prípade každý pohyb kurzora znamená vzdialenosť 1 meter, takže rozlíšenie čítania je 1 meter. Ak vyberiete 2 km / div pre vodorovnú stupnicu, kurzor sa posunie o 80 metrov pri každom pohybe kurzora. Je zrejmé, že čím väčší je rozsah merania vybraný počas testu, tým väčšia je odchýlka výsledkov testu.
(3) Nesprávny výber šírky impulzu
Pod podmienkou rovnakej amplitúdy pulzu je čím väčšia je šírka impulzu, tým vyššia je pulzná energia. V tomto momente je dynamický rozsah OTDR tiež väčší a zodpovedajúca plocha slepého priestoru je tiež veľká.
(4) Nesprávny výber priemerného času
Skúšobná krivka OTDR odoberá odrážaný signál po každom výstupnom impulze a spriemeruje viac vzoriek, aby sa eliminovali niektoré náhodné udalosti. Čím dlhší je priemerný čas, tým je hladina hluku bližšia k minimálnej hodnote a tým väčší je dynamický rozsah. Čím dlhší je priemerný čas, tým vyššia je presnosť testu, ale presnosť sa nezvýši, keď dosiahne určitú úroveň. Aby sa zlepšila skúšobná rýchlosť a skrátil celkový čas testu, môže byť všeobecná skúšobná doba zvolená v priebehu 0,5 až 3 minút.
(5) Nesprávne umiestnenie kurzora
Prerušenia v konektoroch z optických vlákien, mechanických spojov a vlákien môžu spôsobiť stratu a odrazy a rozbitá koncová plocha vláknitého konca môže spôsobiť rôzne reflexné špičky Fresnelu alebo žiadne odrazenie Fresnelom kvôli nepravidelnosti koncovej plochy. Ak nie sú nastavenia kurzora dostatočne presné, vyskytnú sa určité chyby.
