OTDR je prefinjen elektrooptični instrument za integracijo, ki je narejen iz Rayleighovega razprševanja in Fresnelovega odsevnega refleksija, ko se svetlobo prenaša skozi optično vlakno. Veliko se uporablja pri vzdrževanju in izdelavi optičnih kablov. Izvedite merjenje dolžine vlaken, zmanjšanje vlaken, dušenje sklepov in meritve položajev.
Test OTDR se opravi tako, da oddaja svetlobne impulze v vlakno in nato prejme vrnjene podatke na pristanišču OTDR. Ko svetlobni impulzi propagirajo znotraj vlakna, pride do razpršenja ali refleksije zaradi narave vlaken, spojnikov, sklepov, ovinkov ali drugih podobnih dogodkov. Nekateri raztreseni in refleksiji se vrnejo v OTDR. Koristne informacije, ki se vrnejo, merijo detektorji OTDR, ki služijo kot časovni ali krivinski segmenti na različnih lokacijah znotraj vlakna.
Razdaljo je mogoče izračunati od časa, potrebnega za signal do povratnega signala, da določi hitrost svetlobe v steklenem materialu. Naslednja formula pojasnjuje, kako OTDR meri razdaljo. d = (c × t) / 2 (IOR) V tej formuli je c hitrost svetlobe v vakuumu in t je skupni čas po prenašanju signala, dokler signal ni sprejet (dvosmerni) (dva vrednosti se pomnožijo z 2 Po enosmerni razdalji). Ker je svetloba počasnejša v steklu kot v vakuumu, da bi natančno izmerili razdaljo, morajo preskusna vlakna določiti lomni količnik (IOR). IOR označuje proizvajalec vlaken.
OTDR uporablja Rayleigh razprševanje in Fresnel refleksijo, da označijo vlakna. Rayleighovo razprševanje je posledica nepravilnega razprševanja optičnih signalov vzdolž vlakna. OTDR meri del razpršene svetlobe nazaj na vrata OTDR. Ti povratni signali kažejo stopnjo dušenja (izgube / razdalje), ki jo povzroča vlakna. Posledična pot je krivulja navzdol, kar kaže na to, da se moč povratne napetosti zmanjšuje, kar je posledica izgube prenosov in povratnih signalov po prenosu na določeni razdalji.
Glede na parametre vlaken lahko določimo Rayleighovo razpršilno moč. Če je valovna dolžina znana, je sorazmerna pulzni širini signala: če je širina impulza daljša, močnejša je povratna moč. Reakcijska moč Rayleigha je povezana tudi z valovno dolžino oddajanega signala, krajše valovne dolžine pa so močnejše. To pomeni, da bo trajektorija, ki jo generira signal 1310 nm, višja od Rayleigh-ovega povratnega potapljaća poti, ki jo generira signal 1550 nm.
V regiji z visoko valovno dolžino (več kot 1500 nm) se Rayleighovo razprševanje še naprej zmanjšuje, vendar se pojavi še en pojav, ki se imenuje infrardeče dušenje (ali absorpcija), kar povečuje in privede do povečanja celotne vrednosti atenuacije. Zato je 1550 nm najmanjša valovna dolžina oslabitve; to tudi pojasnjuje, zakaj je to valovna dolžina komunikacije na dolge razdalje. Seveda ti pojavi vplivajo tudi na OTDR. Kot OTDR z valovno dolžino 1550 nm ima tudi nizko oslabelost delovanja, zato ga je mogoče preskusiti na dolge razdalje. Kot zelo oslabljena valovna dolžina 1310 nm ali 1625 nm je testna razdalja OTDR omejena, ker mora preskusna oprema zaznati oster koniček v sledi OTDR in konica tega konica hitro pade v šum.
Fresnel refleksije so na drugi strani diskretni refleksiji, ki jih povzročajo posamezne točke v celotnem vlaknu. Te točke so sestavljene iz dejavnikov, ki povzročajo spremembo koeficienta refrakcije, kot je razlika med steklom in zrakom. Na teh točkah se bo odzvala nazaj močna povratna svetloba. Zato mora OTDR uporabljati informacije o refleksiji Fresnel-a, da najdejo povezovalno točko, zaključek vlaken ali prekinitveno točko.
Veliki OTDR-ji imajo možnost, da v celoti in samodejno določijo obseg vlaken. Ta nova zmogljivost je v veliki meri posledica uporabe napredne programske opreme za analizo, ki ocenjuje vzorčenje OTDR in ustvarja tabelo dogodkov. V tej tabeli dogodkov so prikazani vsi podatki, povezani s podatki o trajektoriji, kot so vrsta napake, razdalja do okvare, oslabitev, izguba vračanja in izguba spojka.
Načelo OTDR
1.1 Rayleigh Backscattering
Zaradi defektov samega optičnega vlakna in nehomogenosti komponent dopinga se Rayleighovo razprševanje pojavlja pri optičnih impulzih, ki se razmnožujejo v optičnem vlaknu. Del svetlobe (približno 0,0001% [1]) je raztresen nazaj v nasprotni smeri impulza in se zato imenuje Rayleigh povratno sipanje, ki določa dolžine odvisne detektorske detajle.
Fresnel refleksije se pojavljajo na mejah dveh različnih medijev za prenos refrakcijskega indeksa (kot so konektorji, mehanski spoji, zlomi ali zaključki vlaken). Ta pojav uporablja OTDR, da natančno določi položaj vzdolž dolžine prekinitve dolžine vlakna. Velikost refleksije je odvisna od ravnosti mejne površine in razlike v refrakcijskem indeksu. Refleksija Fresnel se lahko zmanjša z uporabo tekočine, ki ustreza refrakcijskemu indeksu.
Glavni indeks učinkovitosti OTDR
Razumevanje parametrov zmogljivosti OTDR prispeva k dejanskim merjenjem vlaken OTDR. Parametri uspešnosti OTDR vključujejo predvsem dinamični obseg, slepo območje, ločljivost in natančnost.
2.1 Dinamično območje
Dinamično območje je eden glavnih kazalcev učinkovitosti OTDR, ki določa največjo merljivo dolžino vlakna. Večji je dinamični razpon, boljša je vrsta krivulje in daljša je merljiva razdalja. Dinamični obseg Trenutno ni enotne standardne metode izračunavanja [1]. Pogosto uporabljene definicije dinamičnega razpona vključujejo predvsem štiri:
1 Definicija IEC (Bellcore): Eno izmed najpogosteje uporabljenih definicij dinamičnega razpona. Izvede se razlika dB med ravnino povratnega odziva na začetku in najvišjo vrednostjo hrupa. Pogoj merjenja je največja širina impulza OTDR in čas merjenja 180 sekund.
2RMS Definicija: Najpogosteje uporabljena definicija dinamičnega razpona. Vzemite razliko v dB med začetno stopnjo backskatter in raven hrupa RMS. Če je raven hrupa Gaussova, je določena vrednost RMS približno 1,56 dB višja od IEC določene vrednosti.
3N = 0,1 dB Opredelitev: najbolj praktična metoda opredelitve. Izkoristite največjo dopustno vrednost dušenja, ki lahko meri izgubo dogodka 0,1 dB. Določena vrednost N = 0,1 dB je približno 6,6 dB manjša od razmerja med signalom in šumom, določenim v RMS, SNR = 1, kar pomeni, da če ima OTDR dinamično območje 30 dB RMS, N = 0,1 dB definira le dinamični obseg 23,4 dB, kar pomeni le izgubo z izgubo 0,1 dB, merjeno nad 23,4 dB oslabitveno območje.
Končna detekcija: Razlika dB med 4-odstotnim refleksom Fresnel na začetku vlakna in ravnjo hrupa RMS, kar je približno 12 dB višje od opredelitve IEC.
2.2 Deadzone
"Blind zona" se imenuje tudi "mrtva cona" in se nanaša na del, kjer krivulja OTDR ne more odražati stanja linije optičnih vlaken znotraj določenega razdaljnega območja pod vplivom refleksije Fresnel. Ta pojav se pojavlja predvsem zato, ker signal Fresnelovega refleksija na vlaknati povezavi povzroči nasiten fotodetektor, kar zahteva določen čas okrevanja. Mrtvo območje se lahko pojavi na sprednji strani plošče OTDR ali pri drugih refleksijah Fresnel v optični povezavi.
Bellcore opredeljuje dve mrtvi coni [2]: Slabo območje dušenja (ADZ) in Event blind zone (EDZ). Slabo območje oslabelosti se nanaša na najmanjšo razdaljo med dvema reflekcijskima dogodkoma, ko je mogoče ustrezno meriti ustrezno izgubo. Na splošno je slabovidno območje slabljenja 5-6 krat širine impulza (označeno z razdaljo); dogodek slepega območja pomeni, da se dve reflekcijski dogodki še vedno razlikujeta. Na najmanjši razdalji je razdalja do vsakega dogodka merljiva, vendar je posamezna izguba vsakega dogodka neizmerljiva.
2.3 Resolucija
OTDR ima štiri glavne kazalnike ločljivosti: ločljivost vzorca, ločljivost zaslona (imenovana tudi ločljivost za branje), ločljivost dogodkov in ločljivost razdalje. Ločljivost vzorčenja je najmanjša razdalja med dvema mestoma vzorčenja, ki določa sposobnost OTDR-a, da poišče dogodke. Resolucija vzorčenja je povezana z izbiro širine pulza in velikosti razdalje. Ločljivost zaslona je najmanjša vrednost, ki jo lahko prikaže instrument. OTDR razdeli vsak odsek vzorčenja s sistemom mikroprocesiranja, tako da se kazalec lahko premika v intervalu vzorčenja. Najkrajša razdalja, s katero se premakne kazalec, je horizontalna ločljivost zaslona in prikazana minimalna oslabitev ločljivosti navpičnega prikaza.
Odločitev dogodka se nanaša na prag OTDR-a za identifikacijo točke dogodka v povezavi pod testom, to je vrednost polja dogodka (prag detekcije). OTDR obravnava spremembe dogodkov, manjše od tega praga, kot točke enakomerne spremembe naklona v krivulji. Odločitev dogodka je določena s pragom ločljivosti fotodiode, ki določa najmanjšo oslabelost, ki se lahko meri na podlagi dveh zaporednih moči. Oddaljenost ločljivosti se nanaša na najkrajšo razdaljo med dvema sosednjima točkama dogodka, ki jih instrument lahko razreši. Ta indeks je podoben slepi točki dogodka, povezan s širino impulzov in parametri refrakcijskega indeksa.
Uporaba OTDR
OTDR lahko izvaja naslednje meritve:
* Za vsak dogodek: razdalja, izguba, razmislek
* Za vsak segment vlaken: dolžina segmenta, izguba segmenta dB ali dB / km, izguba povratka odseka (ORL)
* Za celoten terminalski sistem: dolžina verige, izguba verige dB, veriga ORL
Merjenje vlaken z OTDR lahko razdelimo na tri korake: nastavitev parametrov, pridobivanje podatkov in analizo krivulj.
3.1 Nastavitve parametrov
Večina testnih vlaken OTDR samodejno izbere najboljše parametre pridobivanja s pošiljanjem testnih impulzov. Uporabnik mora izbrati le valovno dolžino, čas pridobitve in potrebne parametre vlaken (kot so lomni količnik, koeficient razpršenosti itd.). Za samodejno pridobivanje parametrov potrebuje določen čas, da lahko operater ročno izbere merilne parametre v znanih merilnih pogojih.
3.1.1 Izbira valovne dolžine
Obnašanje optičnega sistema je neposredno povezano z valovno dolžino prenosa. Različne valovne dolžine imajo različne frekvence oslabitve optičnih vlaken in različna obnašanja pri optičnem priključku: pri istem optičnem vlaknu je 1550 nm bolj občutljiv na upogibanje od 1310 nm optičnega vlakna in 1550 nm slabljenja je manjša od dolžine enote 1310 nm. Izgube pri spajkah ali konektorjih so višje pri 1310 nm kot pri 1550 nm. Iz tega razloga mora biti optični preizkus enak kot valovna dolžina, ki jo prenaša sistem, kar pomeni, da mora optični sistem 1550 nm izbrati valovno dolžino 1550 nm.
3.1.2 Širina impulza
Širina impulza nadzoruje optično moč, ki jo OTDR vnaša v vlakno. Čim daljše je širina impulza, večje je dinamično merilno območje. Uporablja se lahko za merjenje vlaken z daljšo razdaljo, vendar bo dolg pulz ustvaril tudi večjo slepo območje v krivulji krivulje OTDR; kratka impulzna vbrizgalna lučka nizka, vendar lahko zmanjša mrtve točke. Obdobje širine impulza je ponavadi izraženo v ns in se lahko izrazi tudi v enotah dolžine (m) po formuli (4). Na primer, impulz 100 ns lahko interpretiramo kot "10 m" impulz.
3.1.3 Merilno območje
Obseg meritev OTDR se nanaša na največjo razdaljo, ki jo OTDR pridobi iz podatkovnih vzorcev. Izbira tega parametra določa velikost ločljivosti vzorčenja. Območje merjenja je običajno nastavljeno na razdaljo 1 do 2 kratnika dolžine vlakna, ki ga je treba izmeriti.
3.1.4 Povprečen čas
Ker je povratni svetlobni signal izredno šibek, se statistična povprečna metoda običajno uporablja za izboljšanje razmerja med signalom in šumom. Čim daljši je povprečni čas, večje je razmerje med signalom in šumom. Na primer, pridobitev 3 min bo 0,8 dB bolj dinamična od pridobitve 1 min. Vendar pa čas pridobivanja več kot 10 minut ne izboljša razmerja med signalom in šumom. Povprečni čas ne presega 3 minut.
3.1.5 Parametri vlaken
Nastavitev parametrov vlaken vključuje nastavitev refrakcijskega indeksa n in koeficienta backscattering η. Parameter refrakcijskega indeksa je povezan z merjenjem razdalje, koeficient backscatter-a vpliva na rezultat merjenja refleksije in izgube vračanja. Ta dva parametra navadno daje proizvajalec optičnega vlakna. Za večino vrst optičnih vlaken lahko indeks refrakcije in koeficient backscattera, ki je podan v tabeli 2, dobi natančnejše meritve razdalje in povratne izgube.
Izkušnje in veščine
(1) Enostavna določitev kakovosti vlaken:
V normalnih okoliščinah je glavno telo (en ali več kablov optičnih vlaken) glavnega telesa OTDR v bistvu enako, če je določen odsek naklona večji, kaže, da je zmanjšanje tega dela večje; če je krivilno telo nepravilne oblike, naklon niha, če je upognjen ali nagnjen, označuje, da je kakovost optičnega vlakna resno poslabšana in da ne ustreza zahtevam za komunikacijo.
(2) Izbira valovne dolžine in enosmerni preskus:
Valovna dolžina 1550 je daleč od preskusa. 1550 nm je bolj občutljiv na upogibanje od 1310 nm. 1550 nm je manjši od enote 1310 nm in 1310 nm je večji od 1550 nm ali priključka. Pri dejanskem vzdrževanju optičnega kabla sta obe valovni dolžini na splošno preizkušeni in primerjani. Za pozitivne pojave in presežne razdalje je treba opraviti dvosmerno testno analizo, da dobimo dobre zaključke preskusa.
(3) skupno čiščenje:
Preden je priključek optičnega vlakna priključen na OTDR, ga je treba skrbno očistiti, vključno z izhodnim priključkom OTDR in žičnim konektorjem, ki se preskuša. V nasprotnem primeru je izguba vstavljanja prevelika, meritev je nezanesljiva, krivulja je hrupa ali celo meritve ni mogoče izvesti, lahko pa tudi poškoduje OTDR. Izogibajte se čistilnim sredstvom razen tekočin, ki ustrezajo alkoholu ali refrakcijskemu indeksu, ker lahko raztopijo vezivo v optičnem konektorju.
(4) Korekcija lomnega količnika in koeficienta razpršenja: Za merjenje dolžine optičnega vlakna bi odstopanje 0,01 od refrakcijskega indeksa povzročilo napake do 7 m / km. Pri daljših segmentih svetlobe je treba uporabiti lomni količnik, ki ga zagotovi proizvajalec kablov. vrednost.
(5) Priznavanje in obdelava duhov:
Vožnja na krivulji OTDR je včasih posledica odmevov, ki jih povzročajo bližnji in močni refleksiji s konca incidenta. Ta konica se imenuje dihanje. Prepoznavanje duhov: Duhovi na krivinah niso povzročili znatne izgube; razdalja med duhom in začetkom krivulje je bila večkratna razdalja med močnim refleksijskim dogodkom in začetkom, postala simetrična. Odpravite dihanje: izberite kratko pulzno širino in dodajte oslabitev na močan prednji del refleksije (na primer izhod OTDR). Če je dogodek, ki je povzročil navidezno navzočnost, na koncu vlakna, se lahko izvede "majhna krivina" za zmanjšanje svetlobe, ki se odraža nazaj na začetek.
(6) Obdelava pozitivnega pridobivanja:
Pozitivna dobitka se lahko pojavi pri sledi OTDR. Pozitiven dobiček je posledica dejstva, da vlakna po spajanju kažejo bolj nazaj astigmatizem kot vlakna pred splicing točko. Pravzaprav je vlakna splice-loss na tej točki splice. Pogosto se pojavlja pri postopku varjenja vlaken z različnimi premeri poljskega polja ali različnimi koaksialnimi faktorji backscatter. Zato je treba v obe smeri meriti in rezultate presegati kot izgubo spajanja. Pri dejanskem vzdrževanju optičnega kabla se lahko uporablja tudi kot preprosto načelo sprejemljivosti.
(7) Uporaba dodatnih optičnih vlaken:
Dodatno vlakno je kos vlaken, ki se uporablja za povezavo OTDR z vlaknom, ki ga je treba izmeriti, in ima dolžino 300-2000 m. Njegove glavne funkcije so: obdelava slepe cone v sprednjem delu in merjenje vstavljanja priključnih spojnikov.
Na splošno je mrtva cona, ki jo povzroča konektor med OTDR in testiranimi vlakni, največja. Pri dejanski meritvi optičnega vlakna se med OTDR in optično vlakno, ki se testira, doda prehodno optično vlakno, tako da je mrtva cona v sprednjem delu speljana v prehodno optično vlakno in začetek optičnega vlakna, ki ga je treba preskusiti pade v linearno stabilno regijo krivulje OTDR. Izgube vstavitve konektorja na začetku sistema vlaken se lahko merijo z dodajanjem prehodnega vlakna v OTDR. Če želite izmeriti izgubo konektorjev na obeh koncih, lahko na vsakem koncu dodate prehodno vlakno.
Glavni dejavniki preskusne napake
1) zaporedna odstopanja instrumentov za testiranje OTDR
V skladu s testnim načelom OTDR prenaša optične impulze na testirano optično vlakno v določenem obdobju in nato vzorce, kvantizira, kodira in shranjuje povratne signale iz optičnih vlaken z določeno hitrostjo. Smer instrumenta OTDR ima napake zaradi intervala vzorčenja, kar se odraža predvsem v ločljivosti razdalj. Ločljivost OTDR je sorazmerna z frekvenco vzorčenja.
2) Napake zaradi nepravilnega delovanja preskusnih instrumentov
Pri preskusu položaja kabla je pravilnost merilnika OTDR neposredno povezana z natančnostjo preskusa ovir. Nastavitev parametrov instrumenta in natančnost, nepravilna izbira območja merilnika ali nenatančne nastavitve kazalke povzročijo napake pri rezultatih preskusa.
(1) Nastavite napako, ki jo povzroči odstopanje indeksa refrakcije na merilniku
Lomni količnik različnih vrst in proizvajalcev optičnih vlaken je drugačen. Če uporabljate OTDR za preizkušanje dolžine vlakna, je treba parametre instrumenta najprej nastaviti, nastavitev lomnega količnika pa je ena izmed njih. Če je indeks refrakcije več segmentov kabla drugačen, se lahko uporabi metoda segmentacije za zmanjšanje preskusne napake, ki jo povzroča napaka nastavitve indeksa refrakcije.
(2) Nepravilna izbira merilnega območja
Ko je ločljivost merilne razdalje merilnika OTDR 1 meter, pomeni, da se številka lahko poveča le, če je vodoravna lestvica 25 metrov na mrežo. Zasnova števca je ena celica s 25 koraki na kazalko. V tem primeru vsaka premik kurzorja pomeni razdaljo 1 metra, zato je ločljivost odčitavanja 1 metra. Če izberete 2 km / div za horizontalno lestvico, se bo kurzor premaknil za 80 metrov za vsako premikanje kurzorja. Vidimo lahko, da večji obseg meritev, izbranih med preskusom, večje je odstopanje rezultatov preskusa.
(3) Nepravilna izbira širine pulza
Pod pogojem enake impulzne amplitude, večja je širina impulza, večja je impulzna energija. V tem času je tudi dinamičen razpon OTDR-a tudi večji, ustrezna slepa površina pa je tudi velika.
(4) Nepravilna izbira časa povprečenja
Testna krivulja OTDR vzorca odbije signal po vsakem izhodnem impulzu in povprečje več vzorcev za odpravo nekaterih naključnih dogodkov. Daljši čas povprečenja, tem bolj je raven hrupa minimalna vrednost in večje je dinamično območje. Čim daljši je povprečni čas, večja je natančnost preizkusa, vendar se natančnost ne bo povečala, ko doseže določeno raven. Da bi izboljšali preskusno hitrost in skrajšali celoten čas testa, lahko splošni čas testa izberemo v roku od 0,5 do 3 minute.
(5) Nepravilna namestitev kazalca
Odmik v konektorjih optičnih vlaken, mehanskih spojev in vlaken lahko povzroči izgubo in odboj, in lomljena končna površina konca vlakna lahko povzroči različne Fresnel refleksijske vrhove ali brez refleksije Fresnel zaradi nepravilnosti končne ploskve. Če nastavitve kazalke niso dovolj natančne, bodo nekatere napake.