OTDR jest zaawansowanym instrumentem do integracji elektrooptycznej z rozpraszaniem Rayleigha i odbiciem wstecznym Fresnela, gdy światło jest przesyłane przez światłowód. Jest szeroko stosowany w konserwacji i budowie kabli światłowodowych. Wykonaj pomiar długości włókien, tłumienie włókien, tłumienie połączeń i pomiary lokalizacji uszkodzeń.
Test OTDR jest wykonywany przez wysyłanie impulsów świetlnych do światłowodu, a następnie odbieranie zwracanych informacji w porcie OTDR. Gdy impulsy świetlne rozprzestrzeniają się w obrębie włókna, powstaje rozproszenie lub odbicie z powodu natury włókna, złączy, połączeń, zgięć lub innych podobnych zdarzeń. Część rozproszenia i odbicia są zwracane do OTDR. Zwracane użyteczne informacje są mierzone za pomocą detektorów OTDR, które służą jako czas lub segmenty krzywej w różnych miejscach w światłowodzie.
Odległość można obliczyć od czasu, jaki zajmuje sygnał na sygnał powrotny, aby określić prędkość światła w materiale szklanym. Poniższa formuła wyjaśnia, w jaki sposób OTDR mierzy odległość. d = (c × t) / 2 (IOR) W tym wzorze c jest prędkością światła w próżni, t jest całkowitym czasem po wysłaniu sygnału do momentu otrzymania sygnału (dwukierunkowego) (dwa wartości są mnożone przez 2 Po odległości w jedną stronę). Ponieważ światło jest wolniejsze w szkle niż w próżni, aby dokładnie zmierzyć odległość, testowane włókno musi określić współczynnik załamania światła (IOR). IOR jest oznaczony przez producenta włókna.
OTDR wykorzystuje rozpraszanie Rayleigha i odbicie Fresnela w celu scharakteryzowania włókna. Rozproszenie Rayleigha wynika z nieregularnego rozproszenia sygnałów optycznych wzdłuż włókna. OTDR mierzy część światła rozproszonego z powrotem do portu OTDR. Te sygnały rozproszenia wstecznego wskazują stopień tłumienia (straty / odległości) spowodowane przez światłowód. Wynikowa trajektoria jest krzywą skierowaną w dół, co wskazuje, że moc wstecznego rozproszenia maleje, co jest spowodowane utratą zarówno transmitowanych, jak i wstecznie rozproszonych sygnałów po transmisji na pewną odległość.
Biorąc pod uwagę parametry włókien, można określić moc rozpraszania Rayleigha. Jeśli długość fali jest znana, jest proporcjonalna do szerokości impulsu sygnału: im większa szerokość impulsu, tym silniejsza jest energia rozpraszania wstecznego. Moc rozpraszania Rayleigha jest również związana z długością fali transmitowanego sygnału, a krótsze fale są silniejsze. To znaczy, trajektoria generowana przez sygnał 1310 nm będzie wyższa niż rozproszenie wsteczne Rayleigh trajektorii generowanej przez sygnał 1550 nm.
W obszarze o dużej długości fali (powyżej 1500 nm) rozpraszanie Rayleigh'a zmniejsza się, ale występuje inne zjawisko, zwane tłumieniem w podczerwieni (lub absorpcją), które zwiększa się i powoduje wzrost ogólnej wartości tłumienia. Dlatego 1550 nm jest najniższą częstotliwością atenuacji; to wyjaśnia również, dlaczego jest to długość fali komunikacji międzystrefowej. Naturalnie zjawiska te mają również wpływ na OTDR. Jako OTDR o długości fali 1550 nm ma on również niską charakterystykę tłumienia, dzięki czemu można go testować na długich dystansach. Jako wysoce tłumiona długość fali 1310nm lub 1625nm, odległość testowa OTDR jest ograniczona, ponieważ sprzęt testowy musi wykryć ostry skok na śladzie OTDR, a wierzchołek tego ostrza szybko wpadnie w hałas.
Z drugiej strony odbicia Fresnela są dyskretnymi odbiciami, które są spowodowane pojedynczymi punktami w całym włóknie. Punkty te składają się z czynników, które powodują zmianę współczynnika załamania światła, takich jak różnica między szkłem a powietrzem. W tych punktach odbije się silne odbicie wsteczne światła. Dlatego OTDR ma wykorzystywać informacje o odbiciu Fresnela, aby zlokalizować punkt połączenia, zakończenie światłowodu lub punkt przerwania.
Duże OTDRy mają możliwość pełnej i automatycznej identyfikacji zakresu światłowodu. Ta nowa zdolność wynika w dużej mierze z zastosowania zaawansowanego oprogramowania analitycznego, które analizuje próbkowanie OTDR i tworzy tabelę zdarzeń. Ta tabela zdarzeń pokazuje wszystkie dane związane z trajektorią, takie jak rodzaj błędu, odległość do błędu, tłumienie, utrata powrotu i utrata połączenia.
Zasada OTDR
1.1 Rozpraszanie wsteczne Rayleigha
Z powodu defektu samego światłowodu i niehomogeniczności składników domieszkujących, rozpraszanie Rayleigha występuje w impulsach optycznych propagowanych w światłowodzie. Część światła (w przybliżeniu 0,0001% [1]) jest rozproszona w kierunku przeciwnym do impulsu i dlatego jest nazywana rozpraszaniem wstecznym Rayleigha, co zapewnia detale tłumienia zależne od długości.
Odbicia Fresnela występują na granicy dwóch różnych mediów transmisyjnych o współczynniku załamania światła (takich jak złącza, połączenia mechaniczne, pęknięcia lub zakończenia światłowodu). Zjawisko to jest wykorzystywane przez OTDR do dokładnego określenia położenia wzdłuż długości nieciągłości w długości włókna. Wielkość odbicia zależy od płaskości powierzchni granicznej i różnicy współczynnika załamania. Odbicie Fresnela można zredukować za pomocą cieczy dopasowującej współczynnik załamania światła.
Główny wskaźnik skuteczności OTDR
Zrozumienie parametrów działania OTDR przyczynia się do faktycznego pomiaru światłowodu OTDR. Parametry wydajności OTDR obejmują głównie zakres dynamiczny, obszar niewidomych, rozdzielczość i dokładność.
2.1 Zakres dynamiki
Zakres dynamiczny jest jednym z głównych wskaźników działania OTDR, który określa maksymalną mierzalną długość włókna. Im większy zakres dynamiki, tym lepszy typ linii krzywej i dłuższa mierzalna odległość. Zakres dynamiki Obecnie nie ma jednolitej standardowej metody obliczeniowej [1]. Powszechnie używane definicje zakresu dynamicznego obejmują głównie następujące cztery:
1 Definicja IEC (Bellcore): Jedna z powszechnie używanych definicji zakresu dynamicznego. Mierzona jest różnica w dB między poziomem rozproszenia wstecznego na początku i poziomem szczytowym szumów. Warunkiem pomiaru jest maksymalna szerokość impulsu OTDR i czas pomiaru wynoszący 180 sekund.
Definicja 2RMS: najczęściej używana definicja zakresu dynamicznego. Weź różnicę w dB między początkowym poziomem rozproszenia wstecznego a poziomem hałasu RMS. Jeśli poziom szumów ma wartość Gaussian, zdefiniowana wartość RMS jest o około 1,56 dB wyższa niż zdefiniowana wartość IEC.
3N = 0.1dB Definicja: Najbardziej praktyczna metoda definicji. Zastosuj maksymalną dopuszczalną wartość tłumienia, która pozwala zmierzyć utratę zdarzenia o wartości 0,1 dB. Zdefiniowana wartość N = 0,1dB jest o około 6,6dB mniejsza niż stosunek sygnału do szumu RMS SNR = 1, co oznacza, że jeśli OTDR ma zakres dynamiczny Rd 30dB, N = 0,1 dB określa zakres dynamiki tylko 23,4 dB, co oznacza tylko Straty z utratą 0,1 dB mierzoną w zakresie tłumienia 23,4 dB.
Wykrywanie końca: różnica w dB między 4% odbiciem Fresnela na początku światłowodu i poziomem szumów RMS, który jest o około 12 dB wyższy niż definicja IEC.
2.2. Nieprzestrzeganie
"Strefa niewidomych" jest również nazywana "strefą martwą" i odnosi się do części, w której krzywa OTDR nie może odzwierciedlać stanu linii światłowodowej w pewnym zakresie odległości pod wpływem odbicia Fresnela. Zjawisko to występuje głównie dlatego, że sygnał odbicia Fresnela na łączu światłowodowym sprawia, że fotodetektor jest nasycony, co wymaga pewnego czasu regeneracji. Martwa strefa może wystąpić z przodu panelu OTDR lub z innych odbić Fresnela w łączu światłowodowym.
Bellcore definiuje dwie martwe strefy [2]: strefa niewidoczności tłumienia (ADZ) i strefa martwego zdarzenia (EDZ). Strefa niewidomości tłumienia odnosi się do minimalnej odległości między dwoma zdarzeniami odbicia, gdy można odpowiednio zmierzyć odpowiednią stratę. Ogólnie rzecz biorąc, strefa ślepy tłumienia jest 5-6 razy większa od szerokości impulsu (wskazana przez odległość); strefa ślepa zdarzeń oznacza, że dwa zdarzenia odbicia są nadal rozróżnialne. W minimalnej odległości odległość do każdego zdarzenia jest mierzalna, ale indywidualna utrata każdego zdarzenia jest niemierzalna.
2.3 Rozdzielczość
OTDR ma cztery główne wskaźniki rozdzielczości: rozdzielczość próbkowania, rozdzielczość wyświetlania (zwana również rozdzielczością odczytu), rozdzielczość zdarzenia i rozdzielczość odległości. Rozdzielczość próbkowania to minimalna odległość między dwoma punktami próbkowania, która określa zdolność OTDR do lokalizowania zdarzeń. Rozdzielczość próbkowania jest związana z wyborem szerokości impulsu i wielkości zakresu odległości. Rozdzielczość wyświetlacza jest minimalną wartością, którą może wyświetlić przyrząd. OTDR dzieli każdy interwał próbkowania przez system mikroprocesorowy, dzięki czemu kursor może się poruszać w przedziale próbkowania. Najkrótsza odległość, jaką przesuwa kursor, to pozioma rozdzielczość wyświetlania i wyświetlana minimalna rozdzielczość pionowa tłumienia.
Rozdzielczość zdarzenia odnosi się do progu OTDR, aby zidentyfikować punkt zdarzenia w testowanym łączu, czyli wartość pola zdarzenia (próg wykrywania). OTDR traktuje zmiany zdarzeń mniejsze niż ten próg jako punkt równomiernej zmiany nachylenia krzywej. Rozdzielczość zdarzenia jest określana przez próg rozdzielczości fotodiody, który określa minimalne tłumienie, które można zmierzyć na podstawie dwóch bliskich poziomów mocy. Rozdzielczość odległości odnosi się do najkrótszej odległości między dwoma sąsiednimi punktami zdarzeń, które urządzenie może rozwiązać. Indeks ten jest podobny do martwego punktu zdarzenia i odnosi się do parametrów szerokości impulsu i współczynnika załamania światła.
Wykorzystanie OTDR
OTDR może wykonać następujące pomiary:
* Dla każdego zdarzenia: odległość, strata, odbicie
* Dla każdego segmentu światłowodu: długość segmentu, strata segmentu dB lub dB / Km, utrata zwrotu segmentu (ORL)
* Dla całego systemu terminalowego: długość łańcucha, utrata łańcucha dB, łańcuch ORL
Pomiar światłowodu za pomocą OTDR można podzielić na trzy etapy: ustawianie parametrów, zbieranie danych i analiza krzywych.
3.1 Ustawienia parametrów
Większość testowych włókien OTDR automatycznie dobiera najlepsze parametry akwizycji, przesyłając impulsy testowe. Użytkownik musi tylko wybrać długość fali, czas akwizycji i niezbędne parametry światłowodu (takie jak współczynnik załamania, współczynnik rozproszenia itp.). Uzyskanie tych parametrów zajmuje automatycznie pewną ilość czasu, dzięki czemu operator może ręcznie wybrać parametry pomiaru w znanych warunkach pomiarowych.
3.1.1 Wybór długości fali
Zachowanie układu optycznego jest bezpośrednio związane z długością fali transmisyjnej. Różne długości fali mają różne charakterystyki tłumienia włókien optycznych i różne zachowania w połączeniu światłowodowym: w tym samym włóknie optycznym, 1550 nm jest bardziej wrażliwe na zginanie niż światłowód 1310 nm, a tłumienie 1550 nm jest mniejsze niż długość jednostki 1310 nm. Straty lutowania lub złącza są większe przy 1310 nm niż przy 1550 nm. Z tego powodu test światłowodów powinien być taki sam, jak długość fali przesyłanej przez system, co oznacza, że system optyczny 1550 nm musi wybrać długość fali 1550 nm.
3.1.2 Szerokość impulsu
Szerokość impulsu kontroluje moc optyczną wtryskiwaną do światłowodu przez OTDR. Im dłuższa szerokość impulsu, tym większy zakres pomiaru dynamicznego. Może być używany do pomiaru światłowodu długodystansowego, ale długi impuls generuje również większą martwą strefę na przebiegu krzywej OTDR; niski poziom światła wtrysku pulsacyjnego Niski, ale może zmniejszyć martwe pole. Okres szerokości impulsu jest zwykle wyrażany w ns i może być wyrażony w jednostkach długości (m) zgodnie ze wzorem (4). Na przykład impuls o wartości 100 ns można zinterpretować jako impuls "10 m".
3.1.3 Zakres pomiarowy
Zakres pomiarowy OTDR odnosi się do maksymalnej odległości, jaką OTDR otrzymuje próbki danych. Wybór tego parametru określa rozmiar rozdzielczości próbkowania. Zakres pomiaru jest zwykle ustawiony na odległość 1 do 2 razy większą od długości mierzonego włókna.
3.1.4 Średni czas
Ponieważ sygnał światła rozproszonego wstecznie jest bardzo słaby, zwykle stosuje się statystyczną metodę średnią do poprawy stosunku sygnału do szumu. Im dłuższy średni czas, tym wyższy stosunek sygnału do szumu. Na przykład, przejęcie 3 minut będzie o 0,8 dB bardziej dynamiczne niż przejęcie 1 minuty. Jednak czas akwizycji dłuższy niż 10 minut nie poprawia stosunku sygnału do szumu. Średni czas nie przekracza 3 minut.
3.1.5 Parametry światłowodu
Ustawienie parametrów włókien obejmuje ustawienie współczynnika załamania światła n oraz współczynnika rozproszenia wstecznego η. Parametr współczynnika załamania jest związany z pomiarem odległości, a współczynnik rozproszenia wstecznego wpływa na wynik pomiaru odbicia i straty powrotnej. Te dwa parametry są zwykle podawane przez producenta światłowodu. W przypadku większości rodzajów światłowodów współczynnik załamania światła i współczynnik rozproszenia wstecznego podane w tabeli 2 mogą uzyskać dokładniejsze pomiary odległości i strat powrotnych.
Doświadczenie i umiejętności
(1) Prosta identyfikacja jakości włókna:
W normalnych warunkach, krzywa głównego promienia krzywej OTDR (jeden lub kilka kabli światłowodowych) jest zasadniczo taka sama, jeśli pewna część nachylenia jest większa, to pokazuje, że tłumienie tego odcinka jest większe; jeśli bryła krzywej ma nieregularny kształt, nachylenie waha się, jeśli jest zgięte lub łukowe, oznacza to, że jakość światłowodu jest poważnie pogorszona i nie spełnia wymagań komunikacyjnych.
(2) Wybór długości fali i pojedynczy test dwukierunkowy:
1550 długości fali znajduje się dalej od testu. 1550 nm jest bardziej wrażliwy na zginanie niż 1310 nm. 1550 nm jest mniejsza niż jednostka 1310 nm, a 1310 nm jest większa niż 1550 nm lub złącze. Podczas rzeczywistej konserwacji kabli optycznych, obie długości fal są na ogół testowane i porównywane. Aby uzyskać pozytywne zjawiska i odległości przekraczające zakres, należy przeprowadzić dwukierunkową analizę testu, aby uzyskać dobre wnioski z badań.
(3) wspólne czyszczenie:
Zanim złącze światłowodu zostanie podłączone do OTDR, należy je dokładnie oczyścić, łącznie ze złączem wyjściowym OTDR i testowanym złączem pod napięciem. W przeciwnym razie strata wtrąceniowa jest zbyt duża, pomiar nie jest wiarygodny, krzywa jest głośna lub nawet pomiar nie może być wykonany, a także może uszkodzić OTDR. Unikaj środków czyszczących innych niż alkohol lub płyny o współczynniku załamania światła, ponieważ mogą one rozpuszczać spoiwo w złączu światłowodu.
(4) Korekta współczynnika załamania i współczynnika rozproszenia: W przypadku pomiaru długości włókna światłowodowego odchylenie o 0,01 od współczynnika załamania spowodowałoby błąd aż 7m / km. W przypadku dłuższych segmentów świetlnych należy zastosować współczynnik załamania dostarczony przez producenta kabla. wartość.
(5) Rozpoznawanie i przetwarzanie duchów:
Krzywa na krzywej OTDR jest czasami spowodowana echami spowodowanymi przez bliskie i silne odbicia od końca incydentu. Ten kolec jest nazywany ghostingiem. Rozpoznawanie duchów: Duchy na zakrętach nie spowodowały znacznej straty; odległość między duchem a początkiem krzywej była wielokrotnością odległości między silnym odbiciem a początkiem, stawała się symetryczna. Wyeliminuj zjawy: wybierz krótką szerokość impulsu i dodaj tłumienie do przedniej strony silnego odbicia (np. Wyjście OTDR). Jeśli zdarzenie, które spowodowało pojawienie się widma na końcu światłowodu, można wykonać "małe zagięcie" w celu osłabienia światła odbijanego z powrotem na początek.
(6) Przetwarzanie zjawiska dodatniego wzmocnienia:
Pozytywne wzmocnienie może wystąpić na śladzie OTDR. Dodatni zysk wynika z faktu, że włókno po punkcie splotu wytwarza więcej astygmatyzmu wstecznego niż włókno przed punktem splotu. W rzeczywistości włókno to utrata splicingu w tym miejscu splotu. Często występuje w procesie spawania włókien o różnych średnicach pól modów lub różnych współczynnikach rozproszenia wstecznego. Dlatego konieczne jest zmierzenie w obu kierunkach i średnie wyniki jako utratę splotów. W rzeczywistej konserwacji kabli optycznych ≤0,08dB może być również stosowane jako prosta zasada akceptacji.
(7) Zastosowanie dodatkowego światłowodu:
Dodatkowe włókno jest kawałkiem włókna używanym do połączenia OTDR z mierzonym włóknem i ma długość 300-2000 m. Jego główne funkcje to: przetwarzanie martwych stref frontowych i pomiar wstawiania złącz terminalowych.
Ogólnie rzecz biorąc, strefa martwa spowodowana przez złącze między OTDR a badanym włóknem jest największa. W rzeczywistym pomiarze światłowodu przejściowy światłowód jest dodawany między OTDR a badanym włóknem światłowodowym tak, aby martwa strefa przednia znajdowała się w przejściowym włóknie światłowodowym, a początek testowanego włókna światłowodowego spada w liniowo stabilnym regionie krzywej OTDR. Stratę wtrąceniową łącznika na początku układu włókien można zmierzyć przez dodanie włókna przejściowego do OTDR. Jeśli chcesz zmierzyć stratę wstawiania złączy na obu końcach, możesz dodać włókno przejściowe na każdym końcu.
Główne czynniki błędu testu
1) Nieodłączne odchylenia przyrządów testowych OTDR
Zgodnie z zasadą testowania OTDR przesyła impulsy optyczne do badanego światłowodu według pewnego okresu, a następnie próbki, kwantyzuje, koduje i przechowuje sygnały wstecznie rozproszone z włókien optycznych w pewnym tempie. Sam przyrząd OTDR ma błędy z powodu interwału próbkowania, co jest głównie odzwierciedlone w rozdzielczości odległości. Rozdzielczość OTDR jest proporcjonalna do częstotliwości próbkowania.
2) Błędy wynikające z nieprawidłowego działania przyrządów testowych
W teście lokalizacji zwarcia kabla prawidłowość zastosowania miernika OTDR jest bezpośrednio związana z dokładnością testu przeszkody. Ustawienie i dokładność parametrów instrumentu, niewłaściwy wybór zakresu miernika lub niedokładne ustawienia kursora doprowadzą do błędów w wynikach testu.
(1) Ustaw błąd spowodowany odchyleniem współczynnika załamania licznika
Współczynnik załamania światła różnych typów i producentów światłowodów jest różny. Podczas korzystania z OTDR do testowania długości światłowodu parametry instrumentu muszą być najpierw ustawione, a ustawienie współczynnika załamania jest jednym z nich. Gdy współczynnik załamania kilku odcinków kabla jest inny, można zastosować metodę segmentacji w celu zmniejszenia błędu testowania spowodowanego błędem ustawienia współczynnika załamania.
(2) Nieprawidłowy wybór zakresu pomiarowego
Gdy rozdzielczość odległościomierza testera OTDR wynosi 1 metr, oznacza to, że liczba może być powiększona tylko wtedy, gdy skala pozioma wynosi 25 metrów na siatkę. Projekt licznika to jedna pełna komórka z 25 krokami na kursor. W tym przypadku każdy ruch kursora oznacza odległość 1 metra, więc rozdzielczość odczytu wynosi 1 metr. Jeśli wybierzesz 2 km / dz dla skali poziomej, kursor przesunie się o 80 metrów dla każdego ruchu kursora. Widać, że im większy zakres pomiarów wybierany podczas testu, tym większe odchylenie wyników testu.
(3) Nieprawidłowy wybór szerokości impulsu
W warunkach tej samej amplitudy impulsu im większa jest szerokość impulsu, tym większa jest energia impulsu. W tym czasie zakres dynamiczny OTDR jest również większy, a odpowiedni obszar niewidoczny jest również duży.
(4) Niewłaściwy wybór czasu uśredniania
Krzywa testowa OTDR pobiera sygnał odbitki po każdym impulsie wyjściowym i uśrednia wiele próbek w celu wyeliminowania niektórych zdarzeń losowych. Im dłuższy czas uśredniania, tym bliższy jest poziom hałasu do wartości minimalnej i im większy zakres dynamiki. Im dłuższy średni czas, tym wyższa dokładność testu, ale dokładność nie zwiększy się, gdy osiągnie określony poziom. Aby poprawić prędkość badania i skrócić ogólny czas badania, ogólny czas badania można wybrać w ciągu 0,5 do 3 minut.
(5) Niewłaściwe umieszczenie kursora
Przerwy w złączach światłowodowych, spojeniach mechanicznych i włóknach mogą powodować straty i odbicia, a połamana powierzchnia końcowa zakończenia włókien może powodować różne piksele odbicia Fresnela lub brak odbicia Fresnela z powodu nieregularności powierzchni czołowej. Jeśli ustawienia kursora nie są wystarczająco dokładne, wystąpią błędy.
