OTDR - это сложный инструмент электрооптической интеграции, выполненный из рассеяния Рэлея и обратного рассеяния отражения Френеля, когда свет передается через оптическое волокно. Он широко используется в обслуживании и строительстве волоконно-оптических кабелей. Выполните измерение длины волокна, затухание волокна, затухание соединения и измерения места повреждения.
Тест OTDR выполняется путем испускания световых импульсов в волокно и последующего приема возвращаемой информации на порт OTDR. Когда световые импульсы распространяются внутри волокна, рассеяние или отражение происходят из-за характера волокна, соединителей, суставов, изгибов или других подобных событий. Некоторые из рассеяний и отражений возвращаются в рефлектометр. Возвращаемая полезная информация измеряется детекторами OTDR, которые служат сегментом времени или кривой в разных местах волокна.
Расстояние может быть рассчитано с момента, необходимого для сигнала обратного сигнала, для определения скорости света в стеклянном материале. Следующая формула объясняет, как рефлектометр измеряет расстояние. d = (c × t) / 2 (IOR). В этой формуле c - скорость света в вакууме, t - общее время после передачи сигнала до получения сигнала (в двух направлениях) (два значения умножаются на 2 После одностороннего расстояния). Поскольку свет медленнее в стекле, чем в вакууме, для точного измерения расстояния тестируемое волокно должно указывать показатель преломления (IOR). IOR отмечен изготовителем волокна.
В OTDR используется релеевское рассеяние и отражение Френеля для характеристики волокна. Рэлеевское рассеяние возникает из-за нерегулярного рассеяния оптических сигналов вдоль волокна. OTDR измеряет часть рассеянного света обратно на порт OTDR. Эти сигналы обратного рассеяния указывают степень затухания (потери / расстояния), вызванные волокном. Полученная траектория представляет собой нисходящую кривую, которая указывает на то, что мощность обратного рассеяния уменьшается, что связано с потерей как переданного, так и обратно рассеянного сигналов после передачи на определенном расстоянии.
Учитывая параметры волокна, можно указать мощность Рэлея рассеяния. Если длина волны известна, она пропорциональна ширине импульса сигнала: чем длиннее ширина импульса, тем сильнее мощность обратного рассеяния. Рэлеевская мощность рассеяния также связана с длиной волны передаваемого сигнала, а более короткие длины волн являются более мощными. То есть траектория, генерируемая сигналом 1310 нм, будет выше, чем обратное рассеяние Рэлея на траектории, генерируемой сигналом 1550 нм.
В высоковолновой области (более 1500 нм) рэлеевское рассеяние продолжает уменьшаться, но происходит другое явление, называемое инфракрасным затуханием (или поглощением), увеличивающимся и приводящим к увеличению общего значения затухания. Поэтому 1550 нм является самой низкой длиной волны затухания; это также объясняет, почему это длина волны междугородной связи. Естественно, эти явления также влияют на рефлектометрию. В качестве рефлектометра с длиной волны 1550 нм он также имеет низкую характеристику затухания, поэтому его можно тестировать на большие расстояния. В качестве сильно затухающей длины волны 1310 нм или 1625 нм испытательное расстояние рефлектометра должно быть ограничено, потому что тестовое оборудование должно обнаруживать резкий всплеск в следе OTDR, и наконечник этого всплеска быстро попадает в шум.
Френелевские отражения, с другой стороны, являются дискретными отражениями, вызванными отдельными точками во всем волокне. Эти точки состоят из факторов, которые вызывают изменение коэффициента преломления, такого как разрыв между стеклом и воздухом. В этих точках будет отражен обратный рассеянный свет. Таким образом, рефлектометр должен использовать информацию отражения Френеля для определения точки соединения, окончания или точки прерывания волокна.
Большие рефлектометры имеют возможность полностью и автоматически определять объем волокна. Эта новая возможность связана в основном с использованием программного обеспечения для расширенного анализа, которое анализирует выборку OTDR и создает таблицу событий. В этой таблице событий отображаются все связанные с траекторией данные, такие как тип сбоя, расстояние до отказа, затухание, обратные потери и потери на сращивание.
Принцип OTDR
1.1 Обратное рассеяние Рэлея
Из-за дефекта самого оптического волокна и неоднородности легирующих компонентов рэлеевское рассеяние происходит в оптических импульсах, распространяющихся в оптическом волокне. Часть света (приблизительно 0,0001% [1]) рассеивается обратно в противоположном направлении импульса и поэтому называется обратным рассеянием Рэлея, что обеспечивает зависящие от длины детали затухания.
Отражения Френеля происходят на границах двух различных прессов для передачи показателя преломления (таких как соединители, механические сращивания, переломы или окончания волокон). Это явление используется рефлектометром для точного определения положения вдоль длины разрыва в длине волокна. Размер отражения зависит от плоскостности граничной поверхности и разности показателя преломления. Френелевское отражение можно уменьшить, используя жидкость для сравнения показателя преломления.
Основной показатель производительности OTDR
Понимание параметров производительности рефлектометра способствует фактическому измерению волокон OTDR. Параметры производительности OTDR в основном включают динамический диапазон, зону слепоты, разрешение и точность.
2.1 Динамический диапазон
Динамический диапазон является одним из основных показателей эффективности рефлектометра, который определяет максимальную измеряемую длину волокна. Чем больше динамический диапазон, тем лучше тип линии кривой и чем дольше измеряемое расстояние. Динамический диапазон В настоящее время нет единого стандартного метода расчета [1]. Обычно используемые определения динамического диапазона включают в себя следующие четыре:
1 Определение IEC (Bellcore): одно из широко используемых определений динамического диапазона. Разность дБ между уровнем обратного рассеяния в начале и пиковым уровнем шума принимается. Условием измерения является максимальная ширина импульса рефлектометра и время измерения 180 секунд.
2RMS Определение: наиболее часто используемое определение динамического диапазона. Возьмите разницу в дБ между начальным уровнем обратного рассеяния и уровнем шума RMS. Если уровень шума является гауссовым, определенное значение RMS составляет примерно 1,56 дБ выше, чем стандартное значение IEC.
3N = 0.1dB Определение: наиболее практичный метод определения. Возьмите максимально допустимое значение затухания, которое может измерить потерю события 0,1 дБ. Определенное значение N = 0,1 дБ приблизительно на 6,6 дБ меньше, чем RMS-отношение отношения сигнал / шум SNR = 1, что означает, что если OTDR имеет динамический диапазон RMS на 30 дБ, N = 0,1 дБ определяет динамический диапазон только 23,4 дБ, что означает только потери с потерями 0,1 дБ, измеренные в диапазоне ослабления 23,4 дБ.
Обнаружение конца: Разность дБ между 4% отражением Френеля в начале волокна и уровнем шума RMS, что примерно на 12 дБ выше, чем определение IEC.
2.2 Deadzone
«Зона слепых» также называется «мертвой зоной» и относится к той части, где кривая OTDR не может отражать состояние линии оптического волокна в определенном диапазоне расстояний под воздействием отражения Френеля. Это явление происходит главным образом из-за того, что сигнал отражения Френеля на волоконной линии делает насыщенный фотодетектор, что требует определенного времени восстановления. Мертвая зона может появляться на передней панели OTDR или на других отражениях Френеля в волоконно-оптической линии.
Bellcore определяет две мертвые зоны [2]: закрытая зона затухания (ADZ) и зона слепых событий (EDZ). Зона затухания означает минимальное расстояние между двумя событиями отражения, когда соответствующие потери могут быть измерены соответственно. Как правило, зона затухания затухания составляет 5-6 раз от ширины импульса (обозначается расстоянием); слепая зона событий означает, что два события отражения все еще различимы. На минимальном расстоянии расстояние до каждого события измеримо, но индивидуальная потеря каждого события неизмерима.
2.3 Разрешение
OTDR имеет четыре основных индикатора разрешения: разрешение выборки, разрешение экрана (также называемое разрешением на чтение), разрешение события и разрешение расстояния. Разрешение выборки - это минимальное расстояние между двумя точками выборки, которое определяет способность OTDR определять местоположение событий. Разрешение выборки связано с выбором ширины импульса и размера диапазона расстояний. Разрешение дисплея - это минимальное значение, которое может отображать прибор. OTDR подразделяет каждый интервал выборки на микропроцессорную систему так, чтобы курсор мог перемещаться в пределах интервала выборки. Самое короткое расстояние, на которое курсор перемещается, - это разрешение по горизонтали и отображаемое разрешение минимального разрешения затухания.
Разрешение события относится к порогу рефлектометра для определения точки события в тестируемой линии, то есть значения поля события (порога обнаружения). OTDR рассматривает изменения событий, меньшие этого порога, в качестве точки равномерного изменения наклона кривой. Разрешение события определяется порогом разрешения фотодиода, который определяет минимальное затухание, которое может быть измерено на основе двух близких уровней мощности. Разрешение по расстоянию относится к кратчайшему расстоянию между двумя соседними точками события, которые инструмент может решить. Этот показатель похож на слепую точку события и связан с параметрами ширины импульса и показателя преломления.
Использование рефлектометра
OTDR может выполнять следующие измерения:
* Для каждого события: расстояние, потеря, отражение
* Для каждого сегмента волокна: длина сегмента, потеря сегмента dB или дБ / км, потери на возврат сегмента (ORL)
* Для всей терминальной системы: длина цепи, потеря цепи dB, цепь ORL
Измерение волокна с OTDR можно разделить на три этапа: настройка параметров, сбор данных и анализ кривой.
3.1 Настройки параметров
Большинство тест-волокон OTDR автоматически выбирают наилучшие параметры сбора путем передачи тестовых импульсов. Пользователю нужно только выбрать длину волны, время сбора и необходимые параметры волокна (такие как показатель преломления, коэффициент рассеяния и т. Д.). Для получения параметров автоматически требуется определенное количество времени, так что оператор может вручную выбрать параметры измерения в известных условиях измерения.
3.1.1 Выбор длины волны
Поведение оптической системы напрямую связано с длиной волны передачи. Различные длины волн имеют разные характеристики затухания оптических волокон и разные типы поведения в оптическом соединении: в одном и том же оптическом волокне 1550 нм более чувствительны к изгибу, чем оптическое волокно 1310 нм, а затухание 1550 нм меньше единицы длины 1310 нм. Потери при пайке или разъеме выше на 1310 нм, чем при 1550 нм. По этой причине тест на оптическое волокно должен быть таким же, как длина волны, передаваемой системой, а это означает, что оптическая система 1550 нм должна выбирать длину волны 1550 нм.
3.1.2 Ширина импульса
Ширина импульса контролирует оптическую мощность, вводимую в волокно с помощью рефлектометра. Чем длиннее ширина импульса, тем больше диапазон динамических измерений. Его можно использовать для измерения волокна с более длинным расстоянием, но длинный импульс также будет генерировать большую слепую зону в кривой кривой OTDR; уровень короткого импульса впрыска Низкий, но может уменьшить слепые пятна. Период ширины импульса обычно выражается в ns и также может быть выражен в единицах длины (m) по формуле (4). Например, импульс 100 нс можно интерпретировать как импульс «10 м».
3.1.3 Диапазон измерения
Диапазон измерения OTDR относится к максимальному расстоянию, которое OTDR получает образцы данных. Выбор этого параметра определяет размер разрешения выборки. Диапазон измерения обычно устанавливается на расстояние от 1 до 2-кратной длины измеряемого волокна.
3.1.4 Среднее время
Поскольку обратный рассеянный световой сигнал чрезвычайно слаб, средний статистический метод обычно используется для улучшения отношения сигнал / шум. Чем дольше среднее время, тем выше отношение сигнал / шум. Например, приобретение 3 мин будет на 0,8 дБ более динамичным, чем приобретение 1 мин. Однако время обнаружения более 10 минут не улучшает отношение сигнал / шум. Среднее время не превышает 3 минут.
3.1.5 Параметры волокна
Настройка параметров волокна включает в себя настройку показателя преломления n и коэффициента обратного рассеяния η. Параметр показателя преломления связан с измерением расстояния, а коэффициент обратного рассеяния влияет на результат измерения отражения и возврата. Эти два параметра обычно задают производитель оптического волокна. Для большинства типов оптического волокна показатель преломления и коэффициент обратного рассеяния, приведенный в таблице 2, могут получать более точные измерения расстояния и обратной потери.
Опыт и навыки
(1) Простая идентификация качества волокна:
В нормальных условиях наклон основного тела рефлектометра рефлектометра рефлектометра (один или несколько волоконно-оптических кабелей) в основном одинаковый, если определенный участок склона больше, он показывает, что ослабление этого участка больше; если тело кривой имеет неправильную форму, крутизна колеблется, если она изогнута или закруглена, это указывает на то, что качество оптического волокна серьезно ухудшается и не соответствует требованиям к связи.
(2) Выбор длины волны и односторонний тест:
Длина волны 1550 далека от теста. 1550 нм более чувствителен к изгибу, чем 1310 нм. 1550 нм меньше, чем блок 1310 нм, а 1310 нм выше, чем 1550 нм или разъем. В реальных работах по обслуживанию оптических кабелей обе длины волн обычно проверяются и сравниваются. Для положительных эффектов усиления и дальности дальности необходимо провести двунаправленный анализ теста для получения хороших результатов теста.
(3) совместная очистка:
Перед тем, как разъем оптического волокна подключен к рефлектометру, его следует тщательно очистить, включая выходной разъем рефлектометра и тестируемого живого разъема. В противном случае вносимые потери слишком велики, измерение ненадежно, кривая является шумной или даже измерение не может быть выполнено, а также может повредить рефлектометр. Избегайте чистящих средств, отличных от спиртов или совместимых с показателем преломления жидкостей, поскольку они могут растворять связующее в волоконно-оптическом соединителе.
(4) Коррекция показателя преломления и коэффициента рассеяния: для измерения длины оптического волокна отклонение 0,01 от показателя преломления приведет к ошибкам до 7 м / км. Для более длинных сегментов света следует использовать показатель преломления, предоставляемый изготовителем кабеля. стоимость.
(5) Признание и обработка призраков:
Шип кривой OTDR иногда обусловлен эхо-сигналами, вызванными близорукими и сильными отражениями от конца инцидента. Этот шип называется ореолом. Признание призраков: призраки на кривых не вызывают значительных потерь; расстояние между призраком и началом кривой было кратным расстоянию между сильным отражением и началом, становясь симметричным. Устранение ореола: выберите короткую ширину импульса и добавьте ослабление к переднему концу сильного отражения (например, к выходному сигналу OTDR). Если событие, вызвавшее ореолы, находится в конце волокна, можно сделать «маленький изгиб», чтобы осветить свет, отраженный от начала до конца.
(6) Обработка явления положительного усиления:
Положительное усиление может происходить на трассе рефлектометра. Положительное усиление связано с тем, что волокно после точки сращивания приводит к более обратному астигматизму, чем волокно до точки сращивания. Фактически, волокно представляет собой потерю сращивания в этой точке сращивания. Это часто происходит в процессе сварки волокон с разными диаметрами поля режима или разными коэффициентами обратного рассеяния. Поэтому необходимо измерять в обоих направлениях и усреднять результаты в качестве потери сращивания. В фактическом обслуживании оптического кабеля ≤0,08 дБ также можно использовать в качестве простого принципа принятия.
(7) Использование дополнительного оптического волокна:
Дополнительное волокно представляет собой кусок волокна, используемый для соединения рефлектометра с измеряемым волокном и длиной 300-2000 м. Его основными функциями являются: обработка слепой зоны переднего плана и измерение вставки клеммного разъема.
В общем, мертвая зона, вызванная соединителем между рефлектометром и тестируемым волокном, является самой большой. При фактическом измерении оптического волокна переходное оптическое волокно добавляется между рефлектометром и оптическим волокном, подлежащим тестированию, так что зона мертвой зоны переднего конца попадает в переходное оптическое волокно и начало тестируемого оптического волокна попадает в линейную стабильную область кривой OTDR. Вносимые потери соединителя в начале волоконной системы можно измерить, добавив переходное волокно в рефлектометр. Если вы хотите измерить вносимые потери разъемов на обоих концах, вы можете добавить переходное волокно с каждого конца.
Основные факторы ошибки теста
1) Собственные отклонения тестов OTDR
В соответствии с принципом испытания рефлектометра он передает оптические импульсы в тестируемое оптическое волокно в течение определенного периода времени, а затем производит выборку, квантует, кодирует и хранит обратные рассеянные сигналы от оптических волокон с определенной скоростью. Сам инструмент рефлектометра имеет ошибки из-за интервала выборки, который в основном отражается в разрешении. Разрешение расстояния рефлектометра пропорционально частоте дискретизации.
2) Ошибки из-за неправильной работы испытательных приборов
В тесте на определение места повреждения кабеля правильность использования измерителя OTDR напрямую связана с точностью испытания препятствия. Установка и точность параметров инструмента, неправильный выбор диапазона измерителя или неточные настройки курсора приведут к ошибкам в результатах теста.
(1) Установите ошибку, вызванную отклонением показателя преломления счетчика
Показатель преломления различных типов и производителей оптических волокон различен. При использовании рефлектометра для проверки длины волокна сначала необходимо установить параметры прибора, и одним из них является значение показателя преломления. Когда показатель преломления нескольких сегментов кабеля отличается, метод сегментации может быть использован для уменьшения ошибки теста, вызванной ошибкой установки показателя преломления.
(2) Неправильный выбор диапазона измерения
Когда разрешение на измерение расстояния рефлектометра OTDR составляет 1 метр, это означает, что цифра может быть увеличена только тогда, когда горизонтальная шкала составляет 25 метров на каждую сетку. Конструкция счетчика - одна полная ячейка с 25 шагами на курсор. В этом случае каждое перемещение курсора означает расстояние 1 метр, поэтому разрешение чтения составляет 1 метр. Если вы выберете 2 км / дел для горизонтальной шкалы, курсор сдвинется на 80 метров для каждого перемещения курсора. Можно видеть, что чем больше диапазон измерений, выбранных во время теста, тем больше отклонение результатов теста.
(3) Неправильный выбор ширины импульса
При условии одинаковой амплитуды импульса, чем больше ширина импульса, тем больше энергия импульса. В это время динамический диапазон рефлектометра также больше, и соответствующая глухая область также велика.
(4) Неправильный выбор времени усреднения
Контрольная кривая OTDR отображает отраженный сигнал после каждого выходного импульса и усредняет несколько выборок для устранения некоторых случайных событий. Чем дольше время усреднения, тем ближе уровень шума к минимальному значению и тем больше динамический диапазон. Чем дольше среднее время, тем выше точность теста, но точность не увеличивается при достижении определенного уровня. Чтобы улучшить скорость тестирования и сократить общее время тестирования, общее время тестирования можно выбрать в течение 0,5-3 минут.
(5) Неправильное размещение курсора
Разрывы в волоконно-оптических соединителях, механических сращиваниях и волокнах могут вызывать потери и отражения, а сломанная торцевая поверхность конца волокна может создавать различные пики отражения Френеля или отсутствие отражения Френеля из-за неравномерности торца. Если настройки курсора недостаточно точны, будут ошибки.
