OTDR - це складний інструмент для інтеграції з електролітом, виконаний з розсіювання Релея та зворотного розсіювання відбиття Френеля при передачі світла через оптичне волокно. Він широко використовується при технічному обслуговуванні та будівництві волоконно-оптичних кабелів. Виконайте вимірювання довжини волокон, ослаблення волокна, ослаблення суглобів та вимірювання місць виявлення несправностей.
Тест OTDR виконується шляхом випускання світлових імпульсів у волокно, а потім отримання поверненої інформації на порту OTDR. Коли світлові імпульси поширюються всередині волокна, розсіювання або відбиття відбувається через природу волокна, з'єднувачів, з'єднань, вигинів або інших подібних подій. Деякі розсіювання і відбиття повертаються в OTDR. Повертану корисну інформацію вимірюють детектори OTDR, які служать сегментами часу або кривої в різних місцях у волокні.
Відстань може бути розрахована з часу, необхідного для сигналу, до сигналу зворотного зв'язку, щоб визначити швидкість світла у скляному матеріалі. У наступній формулі пояснюється, як відстань вимірюється віддаленими даними. d = (c × t) / 2 (IOR) У цій формулі c - швидкість світла у вакуумі, t - загальний час після передачі сигналу до отримання сигналу (двостороння) (два значення множаться на 2 після відступу на одну сторону). Оскільки світло в склі повільніше, ніж у вакуумі, для того, щоб точно виміряти відстань, випробуване волокно повинно вказувати показник заломлення (IOR). IOR відзначається виробником волокна.
OTDR використовує рэлеевское розсіювання і відбиття Френеля для характеристики волокна. Релеєві розсіювання відбувається внаслідок нерегулярного розсіювання оптичних сигналів уздовж волокна. OTDR вимірює частину розсіяного світла назад до порту OTDR. Ці сигнал зворотного розсіювання вказують на ступінь затухання (втрата / відстань), спричинені волокном. Отримана траєкторія є кривою вниз, що вказує на зменшення потужності зворотного розсіювання, що пов'язано з втратою сигналів, що передаються і зворотного розсіювання, після передачі на певній відстані.
Враховуючи параметри волокна, можна визначити потужність розсіювання Релея. Якщо довжина хвилі відома, вона пропорційна ширині імпульсу сигналу: чим довша ширина імпульсу, тим сильніше сила зворотного розсіювання. Потужність розсіювання Рэлея також пов'язана з довжиною хвилі переданого сигналу, а коротші довжини хвилі є більш потужними. Тобто траєкторія, сформована сигналом 1310 нм, буде вищою, ніж рэлеевское зворотне розсіювання траєкторії, сформованої сигналом 1550 нм.
У області високих хвиль (більше 1500 нм) розсіювання Релея продовжує зменшуватися, але інше явище, яке називається інфрачервоним загасанням (або поглинанням), відбувається, збільшуючись, і в результаті збільшується загальне значення ослаблення. Тому 1550 нм - найнижча довжина хвилі затухання; це також пояснює, чому це довжина хвилі міжміського зв'язку. Звичайно, ці явища також впливають на OTDR. Як OTDR з довжиною хвилі 1550 нм, він також має низьку продуктивність ослаблення, тому його можна випробувати на великих відстанях. В якості сильно ослабленої довжини хвилі 1310 нм або 1625 нм діапазон випробувань OTDR повинен бути обмежений, оскільки тестувальне обладнання має виявити різкий сплеск сліду OTDR, а кінчик цього шипу швидко потрапить у шум.
З іншого боку, відбивання Френеля є дискретними відбиттями, які обумовлені окремими точками у всьому волокні. Ці моменти складаються з чинників, які викликають зміну коефіцієнта заломлення, наприклад, розрив між склом та повітрям. У цих точках буде сильне зворотне розсіювання світла, відбите назад. Отже, OTDR використовує інформацію про відбиття Френеля, щоб знайти точку з'єднання, кінескопію або точку зупинки.
Великі OTDR мають можливість повною мірою і автоматично ідентифікувати масштаби волокон. Ця нова здатність зумовлена, в основному, застосуванням передового програмного забезпечення для аналізу, яке аналізує вибірку OTDR та створює таблицю подій. Ця таблиця подій відображає всі пов'язані з траєкторією дані, такі як тип несправності, відстань до несправності, затухання, втрата повернення та втрата сплайсингу.
Принцип OTDR
1.1 Релеєве зворотне розсіювання
Через дефект самого оптичного волокна та неоднорідності допінгових компонентів, розсіювання Релея відбувається в оптичних імпульсах, що поширюються у оптичному волокні. Частина світла (приблизно 0,0001% [1]) розсіюється назад у зворотному напрямку імпульсу, і тому називається релеєвим зворотним розсіюванням, яке забезпечує деталізацію ослаблення, залежну від довжини.
Френелевские відбиття відбуваються на кордонах двох різних середовищ передачі показника заломлення (наприклад, з'єднувачі, механічні з'єднання, переломи або розриви волокон). Це явище використовується ОТДР для точного визначення положення по довжині розриву в довжині волокна. Розмір відбиття залежить від плоскості поверхні границі та відмінності в показнику заломлення. Відбиття Френеля можна зменшити за допомогою коефіцієнта заломлення відповідної рідини.
Основний показник продуктивності OTDR
Розуміння параметрів продуктивності OTDR сприяє фактичному вимірюванню волокна OTDR. Параметри продуктивності OTDR переважно включають динамічний діапазон, сліпою зону, роздільну здатність та точність.
2.1 Динамічний діапазон
Динамічний діапазон є одним з основних показників ефективності ОТДР, який визначає максимальну вимірювану довжину волокна. Чим більше динамічний діапазон, тим краще крива лінія типу і довше, що вимірюється відстань. Динамічний діапазон Наразі немає єдиного стандартного методу розрахунку [1]. Загальноприйняті визначення динамічного діапазону в основному включають наступні чотири:
1 Визначення IEC (Bellcore): Один з найпоширеніших визначень динамічного діапазону. Відмінність дБ від рівня зворотного розсіювання на початку та рівня пікового шуму. Умова вимірювання - це максимальна ширина імпульсу OTDR та час вимірювання 180 секунд.
Визначення 2RMS. Найчастіше використовується визначення динамічного діапазону. Взяти різницю в дБ між початковим рівнем розсіяного падіння та рівнем шумів RMS. Якщо рівень шуму є гаусовим, визначене значення RMS приблизно на 1,56 дБ вище, ніж значення, визначене IEC.
3N = 0,1 дБ Визначення: найбільш практичний метод визначення. Візьміть максимально допустиме значення ослаблення, яке може вимірювати втрату події 0,1 дБ. Значення, визначене N = 0,1дБ, приблизно на 6,6дБ менше, ніж відношення відносно сигнал-шум SNMS до SNR = 1, що означає, що якщо OTDR має динамічний діапазон 30dB RMS, N = 0,1dB визначає тільки динамічний діапазон 23,4 дБ, що означає лише втрати з втратою 0,1 дБ, виміряними за діапазон ослаблення 23,4 дБ.
Кінцеве виявлення: різниця в дБ від 4% відбиття Френеля на початку волокна та рівня шумів RMS, що на 12 дБ вище, ніж визначення МЕК.
2.2 Deadzone
"Blind zone" також називають "мертвою зоною" і відноситься до тієї частини, де крива OTDR не може відображати стан лінії волоконно-оптичного волокна на певному відстані під впливом відображення Френеля. Це явище відбувається в основному через те, що сигнал відбиття Френеля на волоконному каналі робить фотодетектор насиченим, що вимагає певного часу відновлення. Мертва зона може виникати на передній панелі OTDR або на інших відбитках Френеля у волоконно-оптичній лінії зв'язку.
Bellcore визначає дві мертві зони [2]: ослаблення сліпої зони (ADZ) і зони серії зору (EDZ). Зону ослаблення зони означає мінімальну відстань між двома подіями відбиття, коли відповідні втрати можуть бути виміряні відповідно. Взагалі, ослаблення сліпої зони становить 5-6 разів ширини імпульсу (вказується на відстань); зона-сліпа зони означає, що дві рефлексії події все-таки відрізняються. На мінімальну відстань, відстань до кожної події може вимірюватися, але індивідуальна втрата кожної події неможливо виміряти.
2.3 Рішення
OTDR має чотири основних індикатора: роздільна здатність зразка, роздільна здатність дисплея (також називається роздільною здатністю відліку), роздільною здатністю події та роздільною здатністю на відстані Розмір вибірки - мінімальна відстань між двома пунктами вибірки, що визначає здатність OTDR знаходити події. Роздільна здатність вибірки пов'язана з вибором ширини імпульсу та розміру відстані. Роздільна здатність дисплея - це мінімальне значення, яке інструмент може відображати. OTDR розподіляє кожний проміжний інтервал за допомогою системи мікропроцесора, щоб курсор міг рухатися в інтервалі вибірки. Найкоротша відстань, яку рухає курсор, - це роздільна здатність горизонтального дисплея та відображення мінімальної роздільної здатності дисплея.
Роздільна здатність події стосується порогу ОТДР, щоб визначити точку події в тестуваній посилання, тобто значення поля події (порогова детектування). OTDR розглядає зміни подій, менших за цей порог, як точку рівномірного нахилу зміни кривої. Роздільна здатність події визначається порогом роздільної здатності фотодіода, який визначає мінімальне затухання, яке можна виміряти, засноване на двох близьких рівнях потужності. Дистанційна роздільна здатність - це найкоротша відстань між двома сусідніми пунктами події, які інструмент може вирішити. Цей індекс аналогічний сліпому місцю події та пов'язаний з параметрами ширини імпульсу та показниками заломлення.
Використання OTDR
OTDR може виконувати наступні вимірювання:
* Для кожної події: відстань, втрата, відображення
* Для кожного сегменту волокна: довжина сегмента, втрата сегмента в дБ або дБ / км, сегмент віддачі (ORL)
* Для всієї термінальної системи: довжина ланцюга, втрата ланцюга дБ, ланцюг ОРЛ
Вимірювання волокон з OTDR можна розділити на три етапи: настройка параметрів, збір даних та аналіз кривої.
3.1 Налаштування параметрів
Більшість тестових волокон OTDR автоматично вибирають найкращі параметри отримання, передаючи тестові імпульси. Користувач повинен лише вибрати довжину хвилі, час придбання та необхідні параметри волокна (наприклад, показник заломлення, коефіцієнт розсіювання тощо). Для автоматичного отримання параметрів потрібно деякий час, щоб оператор міг вибрати параметри вимірювання вручну в відомих умовах вимірювання.
3.1.1 Вибір хвилі
Поведінка оптичної системи безпосередньо пов'язана з довжиною хвилі передачі. Різні довжини хвиль мають різні характеристики ослаблення оптичних волокон та різні способи поведінки у зв'язку з оптичним волокном. У тому ж оптичному волокні 1550 нм більш чутливі до згину, ніж оптичне волокно 1310 нм, а загасання 1550 нм менше, ніж одинична довжина 1310 нм. Втрати при пайці або з'єднувачі вище при 1310 нм, ніж при 1550 нм. З цієї причини випробування на оптичні волокна повинно бути таким самим, як довжина хвилі, що передається системою, а це означає, що оптична система 1550 нм повинна вибрати довжину хвилі 1550 нм.
3.1.2 Ширина імпульсу
Ширина пульсу керує оптичною потужністю, що вводиться в волокно за допомогою OTDR. Чим довша ширина імпульсу, тим більше динамічний діапазон вимірювання. Він може бути використаний для вимірювання волокон довгої відстані, але тривалий імпульс також генерує більшу сліпою зону у формі сигналу кривої OTDR; короткий пусковий індикатор рівня освітлення низький, але може зменшити сліпі плями. Період ширини імпульсу зазвичай виражається в ns, а також може бути виражений у одиницях довжини (m) за формулою (4). Наприклад, імпульс 100 нс можна інтерпретувати як "10 м" імпульсу.
3.1.3 Діапазон вимірювань
Діапазон вимірювання OTDR - це максимальна відстань, яку OTDR отримує зразки даних. Вибір цього параметра визначає розмір роздільної здатності вибірки. Діапазон вимірювань зазвичай встановлюється на відстань в 1 до 2 рази довжини вимірюваного волокна.
3.1.4 Середній час
Оскільки сигнал зворотного розсіювання світла є надзвичайно слабким, загальноприйнятий статистичний метод зазвичай використовується для поліпшення співвідношення сигнал / шум. Чим довше середній час, тим вище співвідношення сигнал / шум. Наприклад, придбання 3 хв буде на 0,8 дБ динамічніше, ніж придбання 1 хв. Проте час придбання більше 10 хвилин не покращує співвідношення сигнал / шум. Середній час не перевищує 3 хвилин.
3.1.5 Параметри волокна
Встановлення параметрів волокна включає в себе встановлення показника заломлення n і коефіцієнта зворотного розсіювання η. Параметр показника заломлення пов'язаний з вимірюванням відстані, а коефіцієнт зворотного розсіювання впливає на результат вимірювання відбиття та втрати повернення. Ці два параметри зазвичай даються виробником оптичного волокна. Для більшості типів оптичного волокна індекс рефракції та коефіцієнт зворотного розсіювання, наведені в таблиці 2, можуть отримати більш точні вимірювання відстані та повернення втрат.
Досвід та навички
(1) Просте визначення якості волокна:
У звичайних умовах основний корпус кривої випромінювання випромінювання OTDR (один або декілька кабелів волоконно-оптичного кабелю) в основному є тим самим, якщо певна ділянка нахилу більша, це показує, що ослаблення цього розділу більше; якщо крива тіла має неправильну форму, нахил коливається, якщо згинати або згорнуті, то це вказує на те, що якість оптичного волокна серйозно погіршується і не відповідає вимогам зв'язку.
(2) Вибір хвилі та один двонаправлений тест:
Довжина хвилі 1550 знаходиться далі від випробування. 1550 нм чутливі до згину, ніж 1310 нм. 1550 нм менше, ніж блок 1310 нм, а 1310 нм вище, ніж 1550 нм або роз'єм. У фактичних роботах з оптичного кабелю обидва довжини хвилі, як правило, перевіряються та порівнюються. Для отримання явлень з позитивним посиленням та дистанцій за межами діапазону необхідно провести двонаправлений тестовий аналіз для отримання гарних тестових висновків.
(3) прибирання суглобів:
Перед тим, як оптичний волоконний роз'єм підключений до OTDR, він повинен бути ретельно очищений, включаючи вихідний роз'єм OTDR та живий роз'єм, під час випробувань. В іншому випадку втрата вставки занадто велика, вимірювання ненадійне, крива галаслива або навіть вимірювання неможливо виконати, а також може пошкодити OTDR. Уникайте чистячих засобів, крім алкоголю або показника заломлення, для відповідних рідин, оскільки вони можуть розчинити зв'язувальний матеріал у волоконно-оптичному з'єднувачі.
(4) Корекція показника заломлення та коефіцієнт розсіювання: для вимірювання довжини оптичного волокна відхилення 0,01 від показника заломлення спричинить помилки в 7 міліметрів / км. Для довгих сегментів світла слід використовувати показник заломлення, наданий виробником кабелю. вартість
(5) Визнання та обробка привидів:
Схибр на кривій ОТДР іноді пояснюється відгуками, викликаними близькими та сильними відображеннями від кінця інциденту. Цей спайк називається призраками. Визнання привидів: привиди на кривих не призвели до значних втрат; відстань між приходом і початком кривої була кратною відстані між сильною подією відбиття та початком, стаючи симетричним. Eliminate ghosting: Виберіть короткий ширину імпульсу та додайте затухання до зовнішнього інтерфейсу сильного відбиття (наприклад, вихід OTDR). Якщо подія, яка спричинила привид, знаходиться в кінці волокна, можна зробити "невеликий вигин", щоб пом'якшити світло, відбите назад до початку.
(6) Обробка позитивного явища виграшу:
Позитивний приріст може мати місце в трасі OTDR. Позитивний приріст пов'язаний з тим, що волокно після точки зчеплення виробляє більш відсталий астигматизм, ніж волокна до точки зчеплення. По суті, це волокно - сплайс-втрата в цій точці сплайсу. Часто відбувається в процесі зварювання волокон з різними діаметрами поля режиму або різними коефіцієнтами зворотного розсіювання. Тому необхідно вимірювати в обох напрямках і середні результати, як втрати сплайсингу. У фактичному технічному обслуговуванні оптичного кабелю ≤0,08 дБ можна також використовувати як простий принцип приймання.
(7) Використання додаткового оптичного волокна:
Додаткове волокно - це шматочок волокна, який використовується для підключення ОТДР до вимірюваного волокна і має довжину 300-2000 м. Його основними функціями є: обробка скритної зони передньої частини та вимірювання вставки термінального роз'єму.
Взагалі, мертва зона, викликана роз'ємом між OTDR і випробуваним волокном, є найбільшою. При фактичному вимірюванні оптичного волокна між оптичною оптоволоконною лінією та оптичним волокном, що підлягає випробуванню, додають перехідне оптичне волокно, щоб передня кінцева мембрана опинилась у перехідному оптичному волокні та початок випробовуваного оптичного волокна падає в лінійну стабільну область кривої OTDR. Втрати вставки з'єднувача на початку системи волокон можна виміряти шляхом додавання перехідного волокна до OTDR. Якщо ви хочете виміряти втрату вставки з'єднувачів на обох кінцях, ви можете додати перехідне волокно на кожному кінці.
Основні чинники тестової помилки
1) Внутрішні відхилення інструментів тестування OTDR
Відповідно до принципу випробувань OTDR, він передає оптичні імпульси до випробуваного оптичного волокна за певний період, а потім зразки, квантування, коди і зберігає сигнали зворотного розсіювання з оптичних волокон з певною швидкістю. Сам інструмент OTDR має помилки через інтервал вибірки, який в основному відображається в дистанційному дозволі. Віддалене роздільне здатність OTDR пропорційно частоті дискретизації.
2) Помилки, пов'язані з неправильною експлуатацією інструментів випробувань
У тестуванні про місцезнаходження дефектів кабелю правильність використання лічильника OTDR безпосередньо пов'язана з точністю тесту перешкоди. Налаштування та точність параметрів приладу, неправильний вибір діапазону лічильника або неточні настройки курсору призведуть до помилок у результатах тестування.
(1) Встановити помилку, спричинену відхиленням показника заломлення лічильника
Індекс заломлення різних типів і виробників оптичних волокон різний. При використанні OTDR для перевірки довжини волокна, параметри приладу повинні бути встановлені спочатку, а параметр показника заломлення - один з них. Коли показник заломлення декількох сегментів кабелю відрізняється, метод сегментації може бути використаний для зменшення помилки випробувань, викликаної помилкою встановлення показника заломлення.
(2) Неправильний вибір діапазону вимірювань
Коли роздільна здатність вимірювального датчика OTDR відстань дорівнює 1 метру, це означає, що цифру можна збільшити лише тоді, коли горизонтальний масштаб на 25 метрів у сітці. Конструкція лічильника - це одна повна комірка з 25 ступенями на курсор. У цьому випадку кожен ход курсора означає відстань 1 метр, тому роздільна здатність до читання становить 1 метр. Якщо ви виберете 2 км / дюйм за горизонтальною шкалою, курсор буде змінюватися на 80 метрів для кожного переміщення курсору. Видно, що чим більше діапазон вимірювань, вибраних під час тесту, тим більше відхилення результатів тесту.
(3) Невірний вибір ширини імпульсу
За умови тієї ж амплітуди імпульсу, чим більша ширина імпульсу, тим більша енергія імпульсу становить. У цей час динамічний діапазон ОТДР також більше, а відповідна сліпа площа також велика.
(4) Невірний вибір часу усереднення
Крива випробування OTDR відбиває відбитий сигнал після кожного вихідного імпульсу та середні кількості декількох зразків для усунення деяких випадкових подій. Чим довший час усереднення, тим ближче рівень шуму до мінімального значення, і чим більше динамічний діапазон. Чим довше середній час, тим вище точність перевірки, але точність не збільшиться, коли досягне певного рівня. Для покращення швидкості тесту та скорочення загального часу тесту загальний час тесту можна вибрати протягом 0,5-3 хвилин.
(5) Неправильне розміщення курсора
Розриви волоконно-оптичних з'єднань, механічних з'єднань та волокон можуть призвести до втрат і відбитків, а зламана кінцева сторона кінця волокон може спричинити різний пік відбиття Френеля або відсутність відбиття Френеля через нерівномірність торця. Якщо параметри курсору недостатньо точні, з'являться деякі помилки.
