OTDR je sofistikovaný elektrooptický integrační přístroj vyrobený z Rayleighova rozptylu a Fresnelova odrazu zpětného rozptylu, když je světlo přenášeno optickým vláknem. Je široce používán při údržbě a konstrukci kabelů s optickými vlákny. Proveďte měření délky vláken, útlum vláken, útlum spojů a měření poruch.
Test OTDR se provádí vyzařováním světelných pulsů do vlákna a následným přijetím vrácených informací na portu OTDR. Když se světlá impulsy šíří uvnitř vlákna, dochází k rozptylu nebo odrazu vzhledem k povaze vlákna, spojů, spojů, ohybů nebo jiných podobných událostí. Některé rozptýlení a odrazy jsou vráceny do OTDR. Vrácená užitečná informace se měří pomocí detektorů OTDR, které slouží jako segmenty času nebo křivky na různých místech uvnitř vlákna.
Vzdálenost může být vypočítána od doby, kdy je signál pro návratový signál k určení rychlosti světla ve skleněném materiálu. Následující vzorec vysvětluje, jak OTDR měří vzdálenost. d = (c × t) / 2 (IOR) V tomto vzorci c je rychlost osvětlení ve vakuu a t je celkový čas po vyslání signálu, dokud není signál přijat (obousměrný) hodnoty se násobí číslem 2 po jednosměrné vzdálenosti). Vzhledem k tomu, že světlo je ve skle pomalejší než ve vakuu, aby bylo možné přesně měřit vzdálenost, testované vlákno musí specifikovat index lomu (IOR). IOR je označen výrobcem vláken.
OTDR používá Rayleighův rozptyl a Fresnelovu reflexi pro charakterizaci vlákna. Rayleighův rozptyl vyplývá z nepravidelného rozptylu optických signálů podél vlákna. OTDR měří část rozptýleného světla zpět do portu OTDR. Tyto zpětné rozptylové signály ukazují stupeň útlumu (ztrátu / vzdálenost) způsobenou vláknem. Výsledná trajektorie je sestupná křivka, která indikuje pokles zpětného rozptylu, což je způsobeno ztrátou jak přenášených, tak zpětně rozptýlených signálů po přenosu nad určitou vzdáleností.
Vzhledem k parametrům vlákna lze specifikovat výkon Rayleighova rozptylu. Pokud je vlnová délka známá, je úměrná šířce impulsu signálu: čím delší je šířka impulsu, tím silnější je zpětná rozptylová síla. Rayleighova rozptylová síla se také vztahuje k vlnové délce vysílaného signálu a kratší vlnové délky jsou silnější. To znamená, že trajektorie generovaná signálem 1310 nm bude vyšší než Rayleighův zpětný odraz trajektorie generované signálem 1550 nm.
V oblasti s vysokou vlnovou délkou (nad 1500 nm) se Rayleighův rozptyl dále snižuje, objevuje se však další fenomén nazývaný infračerveným útlumem (nebo absorpcí), který zvyšuje a vede ke zvýšení celkové útlumové hodnoty. Proto je 1550 nm nejnižší vlnová délka útlumu; to také vysvětluje, proč je to vlnová délka dálkové komunikace. Tyto jevy samozřejmě také ovlivňují OTDR. Jako OTDR s vlnovou délkou 1550 nm má také nízkou útlumovou výkonnost, takže může být testován na dlouhé vzdálenosti. Jako vysoce oslabená vlnová délka 1310nm nebo 1625nm je testovací vzdálenost OTDR omezena, protože testovací zařízení musí rozpoznat ostrý hrot v stopě OTDR a špička tohoto hrotu se rychle dostane do hluku.
Fresnelovy odrazy jsou na druhé straně diskrétní odrazy, které jsou způsobeny jednotlivými body celého vlákna. Tyto body jsou tvořeny faktory, které způsobují změnu koeficientu lomu, jako je mezera mezi sklem a vzduchem. V těchto bodech bude silné zpětné zrcadlo odražené zpět. OTDR proto použije informace o odrazu Fresnel a vyhledá místo připojení, ukončení vlákna nebo bod zlomu.
Velké OTDR mají schopnost plně a automaticky identifikovat rozsah vlákna. Tato nová funkce pochází převážně z použití pokročilého analytického softwaru, který vyhodnocuje vzorkování OTDR a vytváří tabulku událostí. Tato tabulka událostí zobrazuje všechny údaje týkající se trajektorie, jako je typ chyby, vzdálenost k poruše, útlum, ztráta návratu a ztráta spoje.
Princip OTDR
1.1 Rayleigh Backscattering
Kvůli defektu samotného optického vlákna a nehomogenitě dopovacích složek se Rayleighův rozptyl objevuje v optických pulsech propagovaných v optickém vlákně. Část světla (přibližně 0,0001% [1]) je rozptýlena zpět v opačném směru impulsu a je tudíž označována jako Rayleighova zpětná rozptylování, která poskytuje detaily útlumu závislé na délce.
Fresnelové odrazy se vyskytují na hranicích dvou různých přenosových médií indexu lomu (jako jsou konektory, mechanické spoje, zlomeniny nebo konce vláken). Tento jev používá OTDR k přesnému určení polohy podél délky nespojitosti délky vlákna. Velikost odrazu závisí na rovinnosti hraniční plochy a na rozdílu indexu lomu. Reflexe Fresnel lze snížit pomocí kapaliny odpovídající indexu lomu.
Hlavní index výkonu OTDR
Pochopení parametrů výkonu OTDR přispívá k skutečnému měření vlákna OTDR. Parametry výkonu OTDR zahrnují především dynamický rozsah, oblast slepé, rozlišení a přesnost.
2.1 Dynamický rozsah
Dynamický rozsah je jedním z hlavních ukazatelů výkonu OTDR, který určuje maximální měřitelnou délku vlákna. Čím větší je dynamický rozsah, tím lepší je křivka a čím delší je měřitelná vzdálenost. Dynamický rozsah V současné době neexistuje jednotná standardní metoda výpočtu [1]. Obvykle používané definice dynamického rozsahu zahrnují zejména následující čtyři:
1 Definice IEC (Bellcore): Jeden z běžně používaných definic dynamického rozsahu. Rozdíl dB mezi úrovní zpětného rozptylu na začátku a hladinou hluku se odebírá. Podmínkou měření je maximální šířka impulsu OTDR a doba měření 180 sekund.
2RMS Definice: Nejčastěji používaná definice dynamického rozsahu. Zjistěte rozdíl v dB mezi počáteční úrovní zpětného rozptylu a úrovní šumu RMS. Pokud je hladina hluku Gaussova, je definovaná hodnota RMS o přibližně 1,56 dB vyšší než je definovaná hodnota IEC.
3N = 0.1dB Definice: Nejpraktičtější metoda definice. Využijte maximální přípustnou hodnotu útlumu, která může měřit ztrátu události 0.1 dB. Hodnota N = 0.1dB je přibližně o 6,6 dB menší než poměr signálu k šumu definovaný v RMS SNR = 1, což znamená, že pokud má OTDR dynamický rozsah 30 dB RMS, N = 0.1 dB definuje pouze dynamický rozsah 23,4 dB, což znamená pouze ztráty se ztrátou o 0,1 dB měřené v rozsahu útlumu 23,4 dB.
Detekce konce: Rozdíl mezi 4% Fresnelovým odrazem na začátku vlákna a RMS úrovní šumu, což je o 12 dB vyšší než definice IEC.
2.2 Deadzone
"Slepá zóna" se také nazývá "mrtvá zóna" a odkazuje na část, kde křivka OTDR nemůže odrážet stav linky optických vláken v určitém rozsahu vzdáleností pod vlivem Fresnelova odrazu. Tento jev se objevuje hlavně proto, že Fresnelův odrazový signál na vláknovou vazbu dělá fotodetektor saturovaný, což vyžaduje určitý čas zotavení. Mrtvá zóna může nastat v přední části panelu OTDR nebo v jiných odrazech Fresnel v optickém spojení.
Bellcore definuje dvě mrtvé zóny [2]: Zóna slepého útlumu (ADZ) a slepá zóna událostí (EDZ). Zóna slepého útlumu se vztahuje k minimální vzdálenosti mezi dvěma událostmi odrazu, když lze příslušnou ztrátu měřit. Obecně platí, že zóna útlumu útlumu je 5-6 krát šířka impulsu (označená vzdáleností); slepá zóna události znamená, že dvě odrazové události jsou stále rozlišitelné. V minimální vzdálenosti je vzdálenost ke každé události měřitelná, ale individuální ztráta každé události je neměřitelná.
2.3 Rozlišení
OTDR má čtyři hlavní indikátory rozlišení: rozlišení vzorku, rozlišení displeje (také nazývané rozlišení snímku), rozlišení události a rozlišení vzdálenosti. Rozlišení vzorkování je minimální vzdálenost mezi dvěma vzorkovacími body, která určuje schopnost OTDR lokalizovat události. Rozlišení vzorků se vztahuje k volbě šířky impulzů a velikosti rozsahu vzdáleností. Rozlišení displeje je minimální hodnota, kterou může přístroj zobrazit. OTDR rozděluje každý interval vzorkování na mikroprocesorový systém tak, aby se kurzor mohl pohybovat v intervalu odběru vzorků. Nejmenší vzdálenost, kterou kurzor přesune, je rozlišení horizontálního zobrazení a zobrazené rozlišení minimálního útlumu displeje.
Rozlišení události odkazuje na prahovou hodnotu OTDR, která identifikuje bod události v testu, tj. Hodnotu pole události (detekční prah). OTDR zachází se změnami událostí, které jsou menší než tato prahová hodnota, jako bod jednotné změny sklonu v křivce. Rozlišení události je určeno prahem rozlišovací schopnosti fotodiody, který určuje minimální útlum, který lze měřit na základě dvou úzkých úrovní výkonu. Rozlišení vzdálenosti se vztahuje k nejkratší vzdálenosti mezi dvěma sousedními body událostí, které přístroj může vyřešit. Tento index je podobný slepému bodu události a souvisí s parametry šířky impulzu a indexu lomu.
Použití OTDR
OTDR může provádět následující měření:
* Pro každou událost: vzdálenost, ztráta, odraz
* Pro každý segment vláken: délka segmentu, ztráta segmentu dB nebo dB / km, ztráta segmentu segmentu (ORL)
* Pro celý terminálový systém: délka řetězu, ztráta řetězce dB, řetězec ORL
Měření vlákna pomocí OTDR lze rozdělit do tří kroků: nastavení parametrů, sběr dat a analýza křivky.
3.1 Nastavení parametrů
Většina zkušebních vláken OTDR automaticky vybírá nejvhodnější parametry pořízení přenosem zkušebních impulzů. Uživatel potřebuje pouze vybrat vlnovou délku, dobu pořízení a potřebné parametry vlákna (jako je index lomu, koeficient rozptylu atd.). Trvalo určitou dobu, než se parametry automaticky načítají, takže operátor může ručně vybrat parametry měření za známých podmínek měření.
3.1.1 Volba vlnové délky
Chování optického systému přímo souvisí s přenosovou vlnovou délkou. Různé vlnové délky mají odlišné útlumové charakteristiky optických vláken a různé chování v optickém vláknu: u stejného optického vlákna je 1550 nm citlivější na ohyb než optické vlákno o délce 1310 nm a útlum 1550 nm je menší než délka jednotky 1310 nm. Ztráty pájky nebo konektorů jsou vyšší při 1310 nm než při 1550 nm. Z tohoto důvodu by test optického vlákna měl být stejný jako vlnová délka přenášená systémem, což znamená, že optický systém o délce 1550 nm musí vybrat vlnovou délku 1550 nm.
3.1.2 Šířka impulsu
Šířka impulzů řídí optický výkon vstřikovaný do vlákna pomocí OTDR. Čím delší je šířka impulsu, tím větší je dynamický rozsah měření. Může být použito pro měření vlákna s delší vzdáleností, ale dlouhý puls bude také generovat větší slepou zónu v křivce OTDR křivky; nízká hladina osvětlení impulzů, ale může snížit hladinu mrtvých bodů. Perioda šířky impulsu je obvykle vyjádřena v ns a může být také vyjádřena v jednotkách délky (m) podle vzorce (4). Například puls 100 ns lze interpretovat jako puls "10 m".
3.1.3 Rozsah měření
Rozsah měření OTDR se vztahuje na maximální vzdálenost, kterou OTDR získává datové vzorky. Volba tohoto parametru určuje velikost rozlišení vzorkování. Rozsah měření je obvykle nastaven na vzdálenost 1 až 2 násobek délky měřeného vlákna.
3.1.4 Průměrný čas
Vzhledem k tomu, že zpětně rozptýlený světelný signál je extrémně slabý, metoda statistického průměru se obecně používá ke zlepšení poměru signálu k šumu. Čím delší je průměrná doba, tím vyšší je poměr signálu k šumu. Například získání 3 min bude o 0,8 dB dynamičtější než pořizování 1 min. Doba pořízení delší než 10 minut však nezlepšuje poměr signálu k šumu. Průměrná doba nepřesáhne 3 minuty.
3.1.5 Parametry vlákna
Nastavení parametrů vlákna zahrnuje nastavení indexu lomu n a koeficientu zpětného rozptylu η. Parametr indexu lomu se vztahuje k měření vzdálenosti a koeficient zpětného rozptylu ovlivňuje výsledek měření odrazu a ztráty návratu. Tyto dva parametry jsou obvykle dány výrobcem optického vlákna. U většiny typů optických vláken může index refrakce a koeficient zpětného rozptylu uvedené v tabulce 2 dosáhnout přesnějších měření vzdálenosti a ztráty výnosu.
Zkušenosti a dovednosti
(1) Jednoduchá identifikace kvality vláken:
Za normálních okolností je sklon hlavního tělesa zkušebního lomu OTDR (jeden nebo několik kabelů optických vláken) v podstatě stejný, pokud je určitá část svahu větší, ukazuje, že útlum této části je větší; pokud je těleso křivky nepravidelné, svah kolísá. Pokud je ohnutý nebo oblouk, znamená to, že kvalita optického vlákna je vážně zhoršena a nesplňuje požadavky na komunikaci.
(2) Výběr vlnové délky a jednostupňový test:
Vlnová délka 1550 je daleko od testu. 1550 nm je citlivější na ohyb než 1310 nm. 1550 nm je menší než jednotka 1310 nm a 1310 nm je vyšší než 1550 nm nebo konektor. Ve skutečných úlohách údržby optických kabelů jsou obě vlnové délky obecně testovány a porovnávány. U jevů s pozitivním ziskem a vzdáleností přesahujících vzdálenost musí být provedena analýza obousměrného testu pro získání dobrých závěrů ze zkoušek.
(3) společné čištění:
Než je konektor optického vlákna připojen k OTDR, musí být pečlivě vyčištěn, včetně výstupního konektoru OTDR a testu živého konektoru. V opačném případě je ztráta vkládání příliš velká, měření není spolehlivé, křivka je hlučná nebo dokonce měření nelze provést a může také poškodit OTDR. Vyhýbejte se jiným čisticím prostředkům než alkoholům nebo kapalinám odpovídajícím indexu lomu, protože mohou rozpouštět pojivo v konektoru z optických vláken.
(4) Korekce indexu lomu a koeficientu rozptylu: Pro měření délky optického vlákna by odchylka 0,01 od indexu lomu způsobovala chyby až 7 m / km. U delších segmentů světla by měl být použit index lomu poskytnutý výrobcem kabelů. hodnota.
(5) Uznání a zpracování duchů:
Špička na OTDR křivce je někdy způsobena ozvěnami způsobenými blízkými a silnými odrazy od incidentu. Tento hrot se nazývá duch. Rozpoznání duchů: Duchové na křivkách nezpůsobily významnou ztrátu; vzdálenost mezi duchem a počátkem křivky byla násobkem vzdálenosti mezi silnou událostí odrazu a počátkem, která se stává symetrickou. Odstranění duchů: Vyberte krátkou šířku impulsu a přidejte útlum na přední konec silného odrazu (jako je výstup OTDR). Pokud událost, která způsobila ducha, je na konci vlákna, může být "malý ohyb", aby se osvětlilo světlo odražené zpátky na začátek.
(6) Zpracování fenoménu pozitivního zisku:
Na trati OTDR se může objevit pozitivní zisk. Pozitivní zisk je způsoben skutečností, že vlákno po bodě spojování produkuje více zpětného astigmatismu než vlákno před bodem sestřihu. Ve skutečnosti je vlákno ztrátou spoje v tomto místě spojování. Často se vyskytuje v procesu svařování vláken s různými průměry poloměru nebo různými koeficienty zpětného rozptylu. Proto je nutné měřit v obou směrech a průměrné výsledky jako ztrátu spoje. Ve skutečné údržbě optických kabelů lze použít ≤0,08 dB jako jednoduchý princip přijetí.
(7) Použití dodatečného optického vlákna:
Dodatečné vlákno je kus vlákna používaný k připojení OTDR s měřeným vláknem a má délku 300-2000 m. Mezi jeho hlavní funkce patří: zpracování front blind slepé zóny a měření zasunutí konektoru terminálu.
Obecně platí, že mrtvá zóna způsobená konektorem mezi OTDR a testovaným vláknem je největší. Ve skutečném měření optického vlákna se mezi OTDR a optickým vláknem, které se má testovat, přidá přechodné optické vlákno tak, že mrtvá zóna v přední části spadá do přechodového optického vlákna a začátek testovaného optického vlákna spadá do lineárně stabilní oblasti křivky OTDR. Ztráta vložení konektoru na začátku vláknového systému může být měřena přidáním přechodového vlákna k OTDR. Chcete-li měřit ztrátu vkládání konektorů na obou koncích, můžete přidat na každém konci přechodové vlákno.
Hlavní faktory testovací chyby
1) Vlastní odchylky testovacích přístrojů OTDR
Podle principu testu OTDR přenáší optické impulsy na testované optické vlákno podle určitého období a poté vzorky, kvantizace, kódy a ukládá zpětně rozptýlené signály z optických vláken určitou rychlostí. Samotný nástroj OTDR má chyby způsobené intervalem vzorkování, který se odráží hlavně v rozlišení vzdálenosti. Rozlišení rozlišení OTDR je úměrné vzorkovací frekvenci.
2) Chyby způsobené nesprávným provozem zkušebních přístrojů
Při testu umístění poruch kabelů správnost měření přístroje OTDR přímo souvisí s přesností testu překážek. Nastavení a přesnost parametru přístroje, nesprávný výběr rozsahu měřidla nebo nepřesné nastavení kurzoru způsobí chyby ve výsledcích testu.
(1) Nastavte chybu způsobenou odchylkou indexu lomu měřidla
Index lomu různých typů a výrobců optických vláken je jiný. Při použití OTDR pro testování délky vlákna musí být nejprve nastaveny parametry přístroje a jedno z nich je nastavení indexu lomu. Pokud je index lomu několika segmentů kabelu jiný, lze metodu segmentace použít ke snížení chyby testu způsobené chybou nastavení indexu lomu.
(2) Nesprávný výběr rozsahu měření
Když je měřicí vzdálenost zkušební vzdálenosti měřidla OTDR 1 metr, znamená to, že tato hodnota může být zvětšena pouze tehdy, když vodorovná stupnice je 25 metrů na mřížku. Návrh měřiče je jedna plná buňka s 25 kroky na kurzoru. V tomto případě znamená každý pohyb kurzoru vzdálenost 1 metr, takže rozlišení čtení je 1 metr. Pokud vyberete 2 km / div pro horizontální měřítko, kurzor se po každém přesunutí kurzoru posune o 80 metrů. Je vidět, že čím větší je rozsah měření zvolený během testu, tím větší je odchylka výsledků testu.
(3) Nesprávný výběr šířky impulsu
Pod podmínkou stejné pulzní amplitudy je čím větší je šířka impulsu, tím větší je impulsní energie. V tomto okamžiku je dynamický rozsah OTDR také větší a odpovídající plocha slepé je také velká.
(4) Nesprávný výběr doby průměrování
OTDR testovací křivka odebírá odražený signál po každém výstupním impulsu a průměruje několik vzorků, čímž eliminuje některé náhodné události. Čím delší je doba průměrování, tím bližší je hladina hluku na minimální hodnotu a tím větší je dynamický rozsah. Čím delší je průměrná doba, tím vyšší je přesnost testu, avšak přesnost se nezvýší, jakmile dosáhne určité úrovně. Aby se zlepšila zkušební rychlost a zkrátil celkový zkušební čas, může být obecný zkušební čas zvolen během 0,5 až 3 minut.
(5) Nesprávné umístění kurzoru
Přerušení konektorů z optických vláken, mechanických spojů a vláken může způsobit ztráty a odrazy a rozbitá koncová plocha vláknitého konce může způsobit různé fresnelové odrazné špičky nebo žádný odraz Fresnelu kvůli nepravidelnosti čelní plochy. Pokud nastavení kurzoru není dostatečně přesné, dojde k chybám.
