OTDR je sofisticirani instrument za elektrooptičku integraciju napravljen od Rayleigh rascepa i Fresnel refleksije povratnog sipanja kada se svetlo prenosi putem optičkog vlakna. Široko se koristi u održavanju i izgradnji kablova od optičkih vlakana. Izvršite merenje dužine vlakna, slabljenje vlakana, slabljenje zglobova i merenje položaja kvara.
OTDR test se vrši emitovanjem svetlosnih impulsa u vlakno i zatim prima vraćene informacije na OTDR portu. Kada se svetlosni impulsi propagiraju unutar vlakna, pojavljuje se rascepanje ili refleksija zbog prirode vlakna, konektora, spojeva, krivina ili drugih sličnih događaja. Neki od rasipanja i refleksija se vraćaju OTDR-u. Korisne informacije koje se vraćaju mjeri su OTDR-ovi detektori, koji služe kao vremenski ili krivinski segmenti na različitim lokacijama unutar vlakna.
Rastojanje se može izračunati od vremena potrebnog za signal do povratnog signala radi određivanja brzine svetlosti u staklenom materijalu. Sledeća formula objašnjava kako OTDR meri udaljenosti. d = (c × t) / 2 (IOR) U ovoj formuli c je brzina svetlosti u vakuumu, a t je ukupno vreme nakon prenosa signala sve dok se signal ne primi (dvosmerni) (dva vrednosti se množe sa 2 Nakon jednosmerne distance). Pošto je svetlost sporija u staklu nego u vakuumu, kako bi se precizno izmerila rastojanje, vlakna pod testom moraju navesti indeks refrakcije (IOR). IOR je obeležen od proizvođača vlakana.
OTDR koristi Rayleigh rascep i refleksiju Fresnel-a da bi karakterisao vlakno. Rayleigh rascepcija rezultat je nepravilnog rasipanja optičkih signala duž vlakna. OTDR meri dio rasutog svetla nazad na OTDR priključak. Ovi povratni signali pokazuju stepen slabljenja (gubitak / rastojanje) uzrokovanog vlaknom. Dobijena trajektorija je kriva nadole, što ukazuje na to da se povratna snaga smanjuje, što je posledica gubitka prenetih i povratnih signala nakon prenosa na određenom rastojanju.
S obzirom na parametre optičkog vlakna, moć napajanja Rayleigh-a može biti precizirana. Ako je talasna dužina poznata, proporcionalna je širini impulsa signala: duži je širina impulsa, jača je snaga pražnjenja. Snaga Rayleigh rascepa je takođe povezana sa talasnom dužinom prenetog signala, a kraće talasne dužine su snažnije. To znači da će trajektorija generisana signalom 1310 nm biti veća od Rayleigh backscatter-a na trajektoru generisanom 1550 nm signala.
U regionu sa visokom talasnom dužinom (preko 1500 nm), Rayleigh rascepanje nastavlja da se smanjuje, ali se javlja još jedan fenomen koji se zove infracrveno slabljenje (ili apsorpcija), što povećava i rezultira povećanjem ukupne vrednosti atenuacije. Prema tome, 1550 nm je najmanja talasna dužina slabljenja; ovo takođe objašnjava zašto je talasna dužina komunikacije na daljinu. Naravno, ovi fenomeni takođe utiču na OTDR. Kao OTDR sa talasnom dužinom od 1550 nm, on takođe ima slabe performanse slabljenja, tako da se može testirati na velikim razdaljinama. Kao izrazito osušena talasna dužina od 1310nm ili 1625nm, testna udaljenost OTDR-a je ograničena jer oprema za testiranje treba da detektuje oštar skok u OTDR tragu, a vrh ovog konica brzo će pasti u buku.
Fresnel refleksije, s druge strane, su diskretne reflekcije koje su uzrokovane pojedinačnim tačkama u celom vlaknom. Ove tačke su sastavljene od faktora koji uzrokuju promjenu koeficijenta refrakcije, kao što je razmak između stakla i vazduha. U ovim tačkama će se reflektovati refleksna svetlost. Prema tome, OTDR će koristiti Fresnelove informacije o refleksiji kako bi locirao tačku priključenja, prekidanje vlakana ili tačku prekida.
Veliki OTDR-ovi imaju mogućnost da u potpunosti i automatski identifikuju opseg vlakana. Ova nova sposobnost proističe uglavnom od upotrebe naprednog softvera za analizu koja pregleda OTDR uzorkovanje i kreira tabelu događaja. Ova tabela događaja prikazuje sve podatke vezane za putanju, kao što su vrsta greške, rastojanje do greške, slabljenje, povratni gubitak i gubitak spojeva.
OTDR princip
1.1 Rayleigh Backscattering
Zbog nedostatka samog optičkog vlakna i nehomogenosti doping komponenti, Rayleigh rascepivanje se javlja u optičkim impulusima propagiranim u optičkom vlaknu. Dio svjetlosti (približno 0,0001% [1]) je raspršen natrag u suprotnom pravcu impulsa i stoga se naziva Rayleigh povratnom sipanjem, koji pruža detalje o slabljenju zavisnosti od dužine.
Fresnel refleksije se pojavljuju na granicama dva različita medija prenosa refraktivnog indeksa (kao što su konektori, mehaničke spojnice, frakture ili zaključci vlakana). Ovaj fenomen koristi OTDR da precizno odredi položaj duž dužine diskontinuiteta u dužini vlakna. Veličina refleksije zavisi od ravnosti granične površine i razlike u indeksu refrakcije. Refleksija Fresnel-a se može smanjiti korišćenjem tečnosti koja odgovara refrakcijskom indeksu.
OTDR glavni indeks performansi
Razumevanje parametara performansi OTDR doprinosi stvarnom merenju vlakana OTDR-a. OTDR parametri performansi uglavnom uključuju dinamički opseg, slepo područje, rezoluciju i tačnost.
2.1 Dinamički opseg
Dinamički opseg je jedan od glavnih indikatora performansi OTDR-a, koji određuje maksimalnu merljivu dužinu vlakna. Što je dinamički opseg veći, to bolje tip linije krivine i duže merljivo rastojanje. Dinamički opseg Trenutno ne postoji standardna metoda izračunavanja [1]. Najčešće korišćene definicije dinamičkog opsega uglavnom uključuju sledeća četiri:
1 IEC definicija (Bellcore): Jedna od najčešće korišćenih definicija dinamičkog opsega. Uzima se razlika u dB između nivoa backscatter na početku i nivoa buke. Stanje merenja je maksimalna širina impulsa OTDR-a i vreme merenja 180 sekundi.
2RMS Definicija: Najčešće korišćena definicija dinamičkog opsega. Uzmite razliku u dB između početnog nivoa povratne brzine i nivoa buke RMS. Ako je nivo buke Gaussian, definisana vrijednost RMS-a je približno 1,56 dB veća od IEC definisane vrijednosti.
3N = 0.1dB Definicija: Najraktičnija metoda definisanja. Uzmite maksimalno dozvoljenu vrijednost slabljenja koja može meriti gubitak od 0.1dB događaja. N = 0,1dB definisana vrijednost je približno 6,6dB manja od odnosa odnosa signal-šum SNR = 1, što znači da ako OTDR ima dinamički opseg od 30dB RMS, N = 0,1dB definira samo dinamički opseg 23.4dB, što znači samo gubitke sa gubitkom od 0.1 dB mereno nad opsegom spuštanja od 23.4dB.
Otkrivanje kraja: razlika između dB između 4% Fresnel refleksije na početku vlakna i nivoa buke RMS, što je oko 12 dB više od IEC definicije.
2.2 Deadzone
"Blinda zona" se naziva i "mrtva zona" i odnosi se na deo gdje OTDR krivulja ne može odražavati stanje linije optičkih vlakana u određenom rasponu udaljenosti pod uticajem refleksije Fresnel-a. Ova pojava se uglavnom javlja jer Fresnelov signal refleksije na optičkoj liniji čini fotodetektor zasićenim, što zahteva određeno vreme oporavka. Mrtva zona može se desiti na prednjoj strani OTDR panela, ili kod drugih Fresnel refleksija u optičkom vezu.
Bellcore definira dve mrtve zone [2]: Blokada zalepljenja (ADZ) i Zona slepog događaja (EDZ). Slepa zona slabljenja odnosi se na minimalno rastojanje između dva odraza refleksije kada se odgovarajući gubitak može meriti. Općenito, slaba zona slabljenja je 5-6 puta od širine impulsa (naznačeno rastojanjem); slijepa zona događaja znači da se dva odraza refleksije još uvijek razlikuju. Na minimalnoj udaljenosti, razdaljina za svaki događaj je mjerljiva, ali pojedinačni gubitak svakog događaja je neizmerljiv.
2.3 Rezolucija
OTDR ima četiri glavna indikatora rezolucije: rezolucija uzorka, rezolucija ekrana (takođe nazvana rezolucija rezolucije), rezolucija događaja i rezolucija na daljinu. Rezolucija uzorkovanja je minimalno rastojanje između dve tačke uzorkovanja, što određuje sposobnost OTDR-a da locira događaje. Rezolucija uzorkovanja odnosi se na izbor širine impulsa i raspona udaljenosti. Rezolucija ekrana je minimalna vrednost koju instrument može prikazati. OTDR podijelava svaki interval uzorkovanja pomoću mikroprocesnog sistema tako da se kursor može pomerati unutar intervala uzorkovanja. Najkraće rastojanje kurzera je horizontalna rezolucija ekrana i prikazana minimalna rezolucija vertikalnog prikaza slabljenja.
Rešavanje događaja odnosi se na prag OTDR-a da identifikuje tačku događaja u testiranoj liniji, odnosno vrijednosti polja događaja (praga detekcije). OTDR tretira promene događaja manji od ovog praga kao tačku jednake promjene kosina krive. Rešenje događaja određuje granica rezolucije fotodioda, koja određuje minimalno slabljenje koje se može izmeriti na osnovu dva zatvorena nivoa snage. Raspodela razdaljine odnosi se na najkraće razdaljine između dvije susedne tačke događaja koje instrument može riješiti. Ovaj indeks je sličan sa blindom događaja, a odnosi se na širinu impulsa i parametre refraktivnog indeksa.
Korišćenje OTDR
OTDR može izvršiti sljedeća merenja:
* Za svaki događaj: rastojanje, gubitak, refleksija
* Za svaki segment fibera: dužina segmenta, gubitak segmenta dB ili dB / Km, gubitak povratka segmenta (ORL)
* Za ceo sistem terminala: dužina lanca, gubitak lanca dB, lanac ORL
Mjerenje vlakana s OTDR-om može se podijeliti na tri koraka: podešavanje parametara, akvizicija podataka i analiza krive.
3.1 Postavke parametara
Većina OTDR test vlakana automatski biraju najbolje parametre akvizicije prenošenjem test impulsa. Korisnik mora samo odabrati talasnu dužinu, vreme stjecanja i neophodne parametre vlakana (kao što je indeks refrakcije, koeficijent rasipanja itd.). Potrebno je određeno vrijeme za automatsko sticanje parametara, tako da operater može ručno odabrati merne parametre pod poznatim uslovima merenja.
3.1.1 Izbor talasnih dužina
Ponašanje optičkog sistema je direktno povezano sa talasnom dužinom prenosa. Različite talasne dužine imaju različite karakteristike atenuacije optičkih vlakana i različita ponašanja u optičkom priključku: U istom optičkom vlaknu, 1550 nm je osjetljiviji na savijanje od 1310 nm optičkog vlakna, a 1550 nm slabljenja je manja od dužine jedinice od 1310 nm. Gubici leme ili konektora su veći na 1310 nm nego na 1550 nm. Iz tog razloga, test optičkog vlakna treba da bude isti kao talasna dužina koja prenosi sistem, što znači da optički sistem od 1550 nm mora odabrati talasnu dužinu od 1550 nm.
3.1.2 Širina impulsa
Širina impulsa kontroliše optičku snagu koju je OTDR ubrizgao u vlakno. Što duži pulsni širini, veći je dinamički opseg merenja. Može se koristiti za merenje vlakna dužeg rastojanja, ali dugi impuls također će generirati veću slepu zonu u krivini OTDR krive; kratki nivo pulsiranja u injekciji Nizak ali može smanjiti mrtve tačke. Period širine impulsa se obično izražava u ns, a može se izraziti i u jedinicama dužine (m) prema formuli (4). Na primjer, impuls od 100 ns može se tumačiti kao "10 m" impuls.
3.1.3 Merni opseg
Opseg merenja OTDR-a odnosi se na maksimalnu udaljenost koju OTDR nabavlja uzorke podataka. Izbor ovog parametra određuje veličinu rezolucije uzoraka. Opseg mjerenja je obično postavljen na razmjeru od 1 do 2 puta dužine vlakna koje treba izmjeriti.
3.1.4 Prosečno vreme
Pošto je povratni svetlosni signal izuzetno slab, statistički prosečni metod se generalno koristi za poboljšanje odnosa signala-šum. Što je duže prosečno vreme, veći je odnos signala i buke. Na primjer, akvizicija od 3 min biće 0,8 dB dinamičnije od stjecanja od 1 min. Međutim, vreme sticanja više od 10 minuta ne poboljšava odnos signala i buke. Prosječno vrijeme ne prelazi 3 minute.
3.1.5 Parametri vlakna
Postavljanje parametara vlakana uključuje podešavanje indeksa refrakcije n i koeficijenta povratnog uticaja η. Parametar refraktivnog indeksa odnosi se na merenje udaljenosti, a koeficijent povratnog uticaja utiče na rezultat mjerenja refleksije i gubitka povratka. Ove dve parametre obično daje proizvođač optičkog vlakna. Za većinu tipova optičkih vlakana, indeks refrakcije i koeficijent backscatter-a koji su dati u tabeli 2 mogu dobiti preciznije merenje udaljenosti i povratnog gubitka.
Iskustvo i vještine
(1) Jednostavna identifikacija kvaliteta vlakana:
Pod normalnim okolnostima, glavno tijelo OTDR testnog zraka (jedan ili više optičkih kablova) nagib je u osnovi isto, ako je određeni dio nagiba veći, to pokazuje da je slabljenje ovog dela veće; ako je tijelo krivine nepravilan, nagib fluktuira, ukoliko je savijen ili izrezan, to pokazuje da je kvalitet optičkog vlakna ozbiljno degradiran i da ne ispunjava zahteve komunikacije.
(2) Izbor talasnih dužina i pojedinačni dvosmerni test:
Talasna dužina 1550 je daleko dalje od testa. 1550 nm je osjetljiviji na savijanje od 1310 nm. 1550 nm je manja od 1310 nm jedinice, a 1310 nm je veća od 1550 nm ili konektor. U stvarnom radu za održavanje optičkog kabla, oba talasne dužine se generalno testiraju i upoređuju. Za fenomene pozitivnog dobitka i rastojanja u daljini, potrebno je izvršiti dvosmernu analizu testova kako bi se dobili dobri testni zaključci.
(3) zajedničko čišćenje:
Pre nego što je konektor optičkih vlakana povezan sa OTDR-om, mora se pažljivo očistiti, uključujući izlazni konektor OTDR-a i uživo konektor pod testom. U suprotnom, gubitak ubacivanja je prevelik, merenje je nepouzdano, kriva je bučna ili se merenje ne može izvršiti i može oštetiti OTDR. Izbegavajte sredstva za čišćenje, osim alkohola ili odgovarajućih fluida za indeks refrakcije, jer mogu da rastvaraju vezivo u optičkom konektoru.
(4) Korekcija indeksa refrakcije i koeficijenta raspuštanja: Za merenje dužine optičkog vlakna, odstupanje od 0.01 od indeksa refrakcije dovelo bi do greške do čak 7m / km. Za duže segmente svetlosti treba koristiti indeks refrakcije koji daje proizvođač kablova. vrednost.
(5) Priznavanje i obrada duhova:
Kretanje na OTDR krivulji ponekad je posledica odjeka uzrokovanih bliskim i jakim refleksijama sa kraja incidenta. Ovaj klup se naziva duhovima. Prepoznavanje duhova: Duhovi na krivinama nisu uzrokovali značajan gubitak; rastojanje između duha i početka krivine bilo je višestruko od rastojanja između snažnog događaja refleksije i početka, postajući simetričan. Eliminišite dihtovanje: Izaberite kratku širinu impulsa i dodajte slabljenje snažnom prednjem kraju refleksije (kao što je OTDR izlaz). Ako je događaj koji je izazvao pojavu duhova na kraju vlakna, može se napraviti "mala krivina" kako bi se osvetlilo reflektovano svjetlo do početka.
(6) Obrada pozitivne dobiti:
Pozitivna dobit može doći na OTDR trag. Pozitivni dobitak je zbog činjenice da vlakno posle tačke vezivanja proizvodi više povratni astigmatizam od vlakna prije tačke splenja. U stvari, vlakno je gubitak spojeva na ovom mestu splenja. Često se javlja u procesu zavarivanja vlakana sa različitim diametrom polja polja ili različitim koeficijentima backskattera. Zbog toga je neophodno meriti u oba smjera i proseciti rezultate kao gubitak spoja. U stvarnom održavanju optičkog kabla, ≤0.08dB se takođe može koristiti kao jednostavan princip prihvatanja.
(7) Korišćenje dodatnih optičkih vlakana:
Dodatno vlakno je komad vlakana koji se koristi za povezivanje OTDR-a sa vlaknom koji se meri i ima dužinu od 300-2000 m. Njegove glavne funkcije su: obrada slepe zone prednjeg kraja i merenje umetanja terminala.
Uopšteno gledano, mrtva zona koju izaziva konektor između OTDR i testiranog vlakna je najveća. U stvarnom merenju optičkog vlakna dodato je prelazno optičko vlakno između OTDR-a i optičkog vlakna koji se testira tako da mrtva zona prednjeg kraja spada u tranzicione optičke vlakne i početak optičkog vlakna koji treba testirati pada u linearnom stabilnom regionu OTDR krivulje. Gubitak umetanja konektora na početku sistema vlakna se može meriti dodavanjem vlakana prelaska na OTDR. Ako želite meriti gubitak umetanja konektora na oba kraja, možete dodati prelazno vlakno na svakom kraju.
Glavni faktori greške testiranja
1) Inherentna odstupanja instrumenta OTDR testa
Prema testnom principu OTDR-a, on prenosi optičke impulse na testirano optičko vlakno u određenom periodu, a zatim uzorke, kvantizira, kodira i čuva povratne signale iz optičkih vlakana sa određenom brzinom. Međutim, sam OTDR instrument ima greške zbog intervala uzorkovanja, što se uglavnom ogleda u rezoluciji udaljenosti. Raspodela razdaljine OTDR proporcionalna je frekvenciji uzorkovanja.
2) Greške zbog nepravilnog rada testnih instrumenata
U testu lokacije kabla, ispravnost korišćenja merača OTDR-a je direktno povezana sa tačnošću testa prepreke. Podešavanje parametara instrumenta i tačnost, neispravna selekcija opsega merača ili neprecizna podešavanja kursora dovode do grešaka u rezultatima testa.
(1) Postavite grešku izazvanu odstupanjem indeksa refrakcije merača
Indeks refrakcije različitih tipova i proizvođača optičkih vlakana je različit. Kada se koristi OTDR za testiranje dužine vlakna, parametri instrumenta moraju se prvo postaviti, a postavka indeksa refrakcije je jedna od njih. Kada je indeks refrakcije nekoliko segmenata kablova različit, metoda segmentacije može se koristiti za smanjivanje greške testa izazvane greškom podešavanja indeksa refrakcije.
(2) Nepravilan izbor mernog opsega
Kada je OTDR rezolucija udaljenosti 1 metar, to znači da se broj može uvećati samo ako je horizontalna skala 25 metara po mreži. Dizajn brojila je jedna celija stanica sa 25 koraka po kursoru. U ovom slučaju, svaki potez kursora znači rastojanje od 1 metra, pa je rezolucija čitanja 1 metar. Ako odaberete 2 km / div za horizontalnu skalu, kursor će se pomeriti za 80 metara za svaki potez kursora. Može se videti da je veći opseg merenja izabran tokom testa, to je veće odstupanje rezultata testa.
(3) Nepravilan izbor širine impulsa
Pod uslovima iste amplitude impulsa, veća je širina impulsa, veća je impulsna energija. U ovom trenutku, dinamički opseg OTDR-a je takođe veći, a odgovarajuća slepa površina je takođe velika.
(4) Nepravilan izbor proseka vremena
OTDR test krivulja uzorci reflektovanog signala nakon svakog izlaznog impulsa i prosečno više uzoraka radi eliminacije nekih slučajnih događaja. Što je duže vreme usredsređivanja, to je bliži nivo buke na minimalnu vrednost i što je veći dinamički opseg. Što je duže prosečno vreme, to je veća tačnost testa, ali tačnost neće porasti kada dostigne određeni nivo. U cilju poboljšanja brzine testiranja i skraćivanja ukupnog vremena ispitivanja, opće vreme testiranja može se izabrati u roku od 0,5 do 3 minuta.
(5) Nepravilno postavljanje kursora
Prekidači u optičkim konektorima, mehaničkim spojevima i vlaknima mogu uzrokovati gubitak i refleksije, a slomljena krajnja strana konca vlakana može proizvesti različite vrhove refleksije Fresnel-a ili Fresnel refleksiju zbog nepravilnosti krajnjeg lica. Ako postavke kursora nisu dovoljno tačne, postojaće neke greške.
