Принцип роботи OTDR

На відміну від джерел та вимірювачів потужності, які вимірюють втрати в оптоволоконному кабелі безпосередньо, рефлектометр працює опосередковано. Джерело та вимірювач дублюють передавач та приймач оптоволоконної лінії передачі, тому вимір добре корелює з фактичними втратами в системі. Однак, рефлектометр використовує унікальне оптичне явище волокна для непрямого вимірювання втрат.

Найбільшим фактором втрат в оптичному волокні є розсіювання. У волокні світло розсіюється у всіх напрямках, зокрема частково розсіюється назад до джерела, як показано тут. Рефлектометр використовує це «назад розсіяне світло» для проведення вимірювань разом з відбитим світлом від з'єднувачів або розщеплених кінців волокна.

Рефлектометр складається з потужного лазерного передавача, що надсилає світловий імпульс по волокну. Зворотно-розсіяне та відбите світло повертається в рефлектометр по волокну і прямує до чутливого приймача через відгалужувач на вході рефлектометра. Для кожного вимірювання рефлектометр посилає імпульс дуже високої потужності і вимірює світло, що повертається з плином часу. У будь-який момент часу рефлектометр бачить світло, розсіяне від імпульсу, що проходить через ділянку волокна. Думайте про імпульс рефлектометра як про «віртуальне джерело», що створюється розсіюванням, яке тестує все волокно між собою та рефлектометром у міру його просування вниз по волокну. Оскільки можна калібрувати швидкість імпульсу при його проходженні по волокну за показником заломлення скла в серцевині волокна, рефлектометр може зіставити те, що він бачить у зворотному розсіяному світлі, з фактичним розташуванням у волокні. Таким чином, він може відображати кількість розсіяного світла в будь-якій точці волокна по його довжині.

Там є певні розрахунки. Пам'ятайте, що світло має згаснути та повернутися, тому ви повинні враховувати це при розрахунку часу, скорочуючи час удвічі. Потрібно також скоротити втрату вдвічі, оскільки світло вбачає втрату в обох напрямках. Втрати потужності є логарифмічною функцією, тому потужність вимірюється та відображається у дБ.

Кількість світла, розсіяного назад в рефлектометр, пропорційно зворотному розсіюванню волокна, пікової потужності тестового імпульсу рефлектометра і тривалості імпульсу, що посилається. Якщо вам потрібно більше назад розсіяного світла для отримання хороших вимірювань, ви можете збільшити пікову потужність імпульсу або ширину імпульсу або надіслати більше імпульсів і усереднити відбиті сигнали. Усі три використовуються у багатьох рефлектометрах, при цьому користувач може керувати деякими варіантами вибору.

Рефлектометри завжди використовуються з компенсуючим кабелем та можуть використовувати приймальний кабель. Кабель компенсації, іноді також званий «пригнічувачем імпульсів», дозволяє рефлектометру заспокоїтися після відправки тестового імпульсу в волокно і забезпечує еталонний роз'єм для першого роз'єму на кабелі для визначення його втрат. На дальньому кінці можна використовувати приймальний кабель, щоб також можна було виміряти роз'єм на кінці кабелю, що тестується.

Інформація у рефлектограмі

Нахил траси волокна показує коефіцієнт загасання волокна та відкалібрований рефлектометром у дБ/км. Для вимірювання згасання у волокні потрібна досить велика довжина волокна без спотворень на обох кінцях через дозвіл рефлектометра або перевантаження через сильні відбиття. Якщо волокно виглядає нелінійним на будь-якому кінці, особливо поблизу елемента, що відбиває, такого як роз'єм, уникайте цієї ділянки при вимірюванні втрат.

Конектори та зварювання називаються подіями на сленгу OTDR. Обидва повинні показати втрати, але роз'єми та механічні з'єднання також будуть мати пік, що відбиває. Висота цього піку вказуватиме на ступінь відображення при події, якщо воно не настільки велике, що насичує приймач OTDR. Тоді пік буде мати плоску вершину та хвіст на дальньому кінці, що вказує на навантаження приймача.

Іноді втрати хорошого зварного з'єднання можуть бути занадто малі, щоб рефлектометр міг їх побачити. Це добре для системи, але може спантеличити оператора. Дуже важливо знати довжини всіх волокон у мережі, щоб знати, де шукати події, та не заплутатися, коли з'являться незвичайні події (наприклад, привиди, ми опишемо нижче).

Відбиваючі імпульси можуть показати вам роздільну здатність рефлектометра. Ви не можете побачити дві події ближче, ніж дозволяє ширина імпульсу. Як правило, більш довгі імпульси використовуються для того, щоб мати можливість бачити далі вздовж кабельної системи, а вужчі імпульси використовуються, коли потрібна висока роздільна здатність, хоча це обмежує відстань, яку може бачити рефлектометр.

Виконання вимірювань за допомогою рефлектометра. Згасання волокна двоточковим методом.

Оптичний рефлектометр вимірює відстань та втрати між двома маркерами. Це можна використовувати для вимірювання втрат за довжиною волокна, коли рефлектометр розрахує коефіцієнт загасання волокна або втрати в з'єднувачі або стику.

Щоб виміряти довжину та згасання волокна, ми розміщуємо маркери на обох кінцях ділянки волокна, яку ми хочемо виміряти. Рефлектометр розрахує різницю відстаней між двома маркерами та видасть цю відстань. Він також зчитує різницю між рівнями потужності у двох точках, де маркери перетинають трасу, та обчислює втрати чи різницю між двома рівнями потужності у дБ. Нарешті, він розрахує коефіцієнт загасання волокна шляхом розподілу втрат на відстань і представить результат у дБ/км, звичайних одиницях вимірювання згасання.

Щоб отримати хороший вимір, необхідно знайти відносно довгу ділянку волокна, щоб отримати хорошу основу вимірювання. Короткі відстані будуть означати невеликі втрати, а невизначеність вимірювання буде вищою, ніж якби відстань була більшою. Також рекомендується триматися подалі від таких подій, як зварювання або конектори, оскільки рефлектометр може мати деякий час встановлення після цих подій, особливо якщо вони відображають, що призводить до нелінійності траси, викликаної самим приладом.

Загасання у волокні методом найменших квадратів.

Рефлектометр вимірює відстань та втрати між двома маркерами, але математично обчислює лінію найкращої відповідності між двома точками, використовуючи метод найменших квадратів для зменшення шуму. Коли маркери вибирають зашумлену частину траси волокна, можна застосувати метод найменших квадратів згасання (2-pt LSA) для розрахунку втрат між курсорами. Подивіться уважно, і ви побачите товсту сіру лінію між маркерами, що вказує на найкращу відповідність трасі, що усереднює весь шум.

Втрати у зварюванні двоточковим методом.

Рефлектометр вимірює відстань до події та втрати у події – конекторі чи зварюванні – між двома маркерами. Щоб виміряти втрати у зварюванні, перемістіть два маркери близько до зварного з'єднання, яке потрібно виміряти, на однаковій відстані від центру зварювання. Зварювання не виглядатиме таким акуратним, оскільки дозвіл і шум приладу роблять трасу менш чіткою, як ви побачите пізніше. Рефлектометр розрахує втрати в дБ між двома маркерами і дасть вам показання втрат у дБ. Вимірювання втрат конектора або зварювання з деякою відбивною здатністю будуть виглядати дуже схоже, за винятком того, що ви побачите пік на конекторі, викликаний зворотним відображенням конектора.

Втрати у зварюванні методом найменших квадратів (LSA).

Рефлектометр вимірює відстань і втрати в події - конекторі або зварюванні - між двома маркерами, але обчислює лінію найкращої відповідності між двома точками, використовуючи метод найменших квадратів для зменшення шуму.

Якщо ви помітили, що маркери розділені деякою відстанню, яка включає в себе втрату частини волокна по обидва боки від фактичного з'єднувача або з'єднання, більшість рефлектометрів розрахує вам втрати, екстраполюючи траси волокна з обох боків події і обчислюючи втрати без будь-якого впливу довжини волокна. Використовуваний математичний метод називається «Наближення методом найменших квадратів», звідси й термін «LSA», використовуваний багатьма рефлектометрами у меню відображення і настройки.

Налаштування LSA вимагає встановлення кількох маркерів — одного на піку, двох звичайних маркерів поруч із подією та двох кінцевих маркерів, які визначають сегменти, що використовуються для аналізу методом найменших квадратів. Ці сегменти мають бути досить довгими, щоб забезпечити хороший вимір, але не настільки довгими, щоб наближатися до інших подій.

Відображення.

Рефлектометр вимірює кількість світла, що повертається як в результаті зворотного розсіювання в волокні, так і відбитого від з'єднувача або з'єднання. Кількість відбитого світла визначається різницею в показнику заломлення двох з'єднаних волокон, функцією складу скла у волокні або наявністю повітря у зазорі між волокнами, що характерно для кінців та механічних з'єднань.

Це складний процес, що включає базову лінію рефлектометра, рівень зворотного розсіювання та потужність у відбитому піку. Як і всі виміри зворотного розсіювання, він має досить високу похибку виміру, але має ту перевагу, що показує, де розташовані події відображення, щоб їх можна було скоригувати за потреби. Якщо вибрати вимірювання коефіцієнта відображення і помістити правий (синій) курсор на пік відображення, а лівий (червоний) курсор - трохи лівіше відбиття, рефлектометр вимірюватиме коефіцієнт відображення.

Тестування кабелю ВОЛЗ.

Одним із найпоширеніших застосувань рефлектометра є тестування встановленого оптоволоконного кабелю. Щоб зробити це правильно, необхідно використовувати як компенсуючий, так і приймальний кабель, щоб увімкнути тести роз'ємів на кожному кінці кабельної системи.

Маркери для тесту повинні бути розміщені перед першим з'єднанням (компенсуючий кабель з кабельною системою, що тестується) та після останнього з'єднання (кабельна система з приймаючим кабелем), щоб включити як перше, так і останнє з'єднання. Деякі рефлектометри запрограмовані на виконання цього тесту за допомогою аналізу методом найменших квадратів, або його можна виконати за допомогою тесту LSA у рефлектометрі та розмістити сегменти LSA на пусковому та приймальному кабелі.

Порівняння трас.

Порівняння двох кривих в тому самому вікні корисно для підтвердження збору даних та зіставлення різних методів тестування одного і того ж волокна. Порівняння також використовуються для порівняння трас оптоволокна під час усунення несправностей із трасуваннями відразу після встановлення, щоб побачити, що змінилося. Всі рефлектометри пропонують цю функцію, коли ви можете скопіювати одну трасу і вставити її в іншу, щоб порівняти їх. Ось приклад того, як можна використовувати цю функцію.

Зверніть увагу, що дві траси взяті з одного заводу з виробництва багатомодового оптоволоконного кабелю на різних тестових довжинах хвиль. Основна відмінність у нахилі трас відбиває різний коефіцієнт загасання волокна. Синя лінія (вгорі) представляє коефіцієнт загасання кабелю на довжині хвилі 1300 нм, зелена лінія (внизу) представляє той самий кабель, виміряний на довжині хвилі 850 нм. Також помітна різниця у коефіцієнті відображення у місці зварювання. Зміни відбивної здатності через різницю довжин хвиль є чимось незвичайним.

Інші причини, з яких ви можете захотіти порівняти два трасування, включають:

• Порівняти кілька волокон в тому самому кабелі, щоб побачити, чи відрізняються вони.
• Трасування, зроблені в різний час, щоб побачити, чи кабель змінювався.
• При різних довжинах хвиль, оскільки волокно більш чутливе до навантажень на більш довгих хвилях, це дозволяє знайти точки напруги, викликані монтажем.
• При різній ширині імпульсу (нижче), щоб вирішити, яке налаштування дає найкращий компроміс між шумом та роздільною здатністю, або знайти втрачені події при великій ширині імпульсу.

Зміна параметрів налаштування рефлектометра для досягнення найкращих результатів тестування. Усереднення.

Рефлектометри можуть брати кілька зразків траси та усереднювати результати. Дві показані тут траси були отримані з одного кабельного заводу з однаковими налаштуваннями, за винятком кількості усереднень. Крива ліворуч – це лише один тест, а крива справа – усереднення по 1024 імпульсів. Зверніть увагу на різницю у відстані, яка проходить сигнал до того, як рівень шуму стане значним. На зображенні зліва nRep = 1 взято лише одну трасу вибірки і шум стає значним лише 3 км. Справа шум дуже низький до кінця кабелю на відстані 5,5 км. Якщо ви намагаєтеся отримати великі відстані з високою роздільною здатністю, використання більшої кількості середніх значень з коротким тестовим імпульсом, як правило, буде найкращим вибором. Просто одержання кожної траси займе більше часу.

Ширина імпульсу.

Регулювання ширини імпульсу — це ще один спосіб отримати більшу відстань вимірювання, оскільки додаткова потужність імпульсу створить більший сигнал зворотного розсіювання, але з втратою дозволу між подіями. У той час, як більш довгі імпульси дають траси з меншим шумом і більшою дальністю, здатність вирішувати та ідентифікувати події стає меншою, а тестовий імпульс перевантажує рефлектометр, зменшуючи його здатність бачити події поблизу.

Встановіть імпульс на найкоротшу ширину, яка дозволяє рефлектометру досягати кінця кабельної системи з розумною кількістю середніх значень. Очевидно, що є компроміси. Якщо вам потрібний короткий час тестування, ви можете піти на компроміс з більшою шириною імпульсу, щоб зменшити шум. Якщо вам потрібна більша роздільна здатність, усередніть більше значення з більш короткими тестовими імпульсами. Як правило, при прокладанні в приміщенні використовується максимально короткий імпульс, а при дальньому зв'язку середній імпульс для першого тесту. Потім аналіз трасування підкаже оператору, як вибрати правильний компроміс.

Довжина хвилі. Оскільки волокно має менші втрати на більшій довжині хвилі, можна використовувати джерело з більшою довжиною хвилі для проведення вимірювань на великих відстанях з кращим співвідношенням сигнал/шум. Ви побачите цей ефект у наступному розділі, присвяченому порівнянню трас.

Показник заломлення.

Показник заломлення – це калібрування швидкості світла у волокні, яке рефлектометр використовує для розрахунку відстані у волокні. Оскільки оптоволоконний кабель містить близько 1% надлишкового волокна, фактична довжина кабелю менша за довжину волокна на цю величину. Рефлектометр здійснює вимірювання на оптоволокні, а не на кабелі, тому необхідно оцінювати довжину кабелю. Якщо у вас є довгий кабель із зазначеними на ньому відстанями, ви можете виміряти його за допомогою рефлектометра та використовувати показник заломлення для калібрування фактичної довжини кабелю. Якщо ви робите це, ми пропонуємо вам зробити вимірювання на кількох волокнах і усереднити.

Похибка виміру OTDR.

Найбільше джерело похибки вимірювання, що виникає під час тестування з допомогою рефлектометра — це функція коефіцієнта зворотного розсіювання, тобто кількості світла від вихідного тестового імпульсу, який розсіюється у бік рефлектометра. Рефлектометр аналізує сигнал, що повертається і розраховує втрати на основі зменшення кількості світла, що повертається. Світло, розсіяне для вимірювання, не є константою. Це функція згасання волокна та діаметра серцевини волокна. Волокно з більш високим коефіцієнтом згасання має більше загасання, оскільки скло в його серцевині розсіює більше світла. Якщо ви подивитися на два різних волокна, з'єднаних разом у рефлектометрі, різниця у зворотному розсіюванні від кожного волокна є основним джерелом помилок.

Якщо обидва волокна ідентичні, наприклад, при повторному зварюванні розірваного оптоволокна, зворотне розсіювання буде однаковим з обох сторін з'єднання, тому рефлектометр вимірюватиме фактичні втрати зварювання. Однак, якщо волокна різні, коефіцієнти зворотного розсіювання призведуть до того, що назад у рефлектометр повертатиметься різний відсоток світла. Якщо перше волокно має більше загасання, ніж волокно після з'єднання, відсоток світла від тестового імпульсу рефлектометра зменшиться, тому вимірювані втрати рефлектометра будуть включати фактичні втрати плюс помилку втрат, викликану нижчим рівнем зворотного розсіювання, роблячи збиток, що відображається більше ніж він є насправді. Дивлячись у протилежному напрямку, від волокна з низьким згасанням до волокна з високим згасанням, ми виявляємо, що зворотне розсіювання збільшується, роблячи виміряні втрати менше, ніж вони є насправді. Насправді, якщо зміна зворотного розсіювання більше, ніж втрати на зварюванні, це свідчить про «гейнер/виграш», що збиває з пантелику нових користувачів рефлектометра.

Справжній "виграш" - зварювання оптоволокна з відривом 35 км у прокладеному оптоволоконному каналі.

Ось ще одне трасування, яке показує ідею виграшів, оскільки вони часто виявляються в реальних інсталяціях. Виграш №1 є відрізок волокна з високим зворотним розсіюванням, ймовірно, з різницею в діаметрі поля моди, зрощений у ланку. Перший стик на цьому сегменті показує гейнер, а другий великі втрати.

Подія 1 показує ще одну важливу проблему переможців — є й ті, хто «програв». Той, хто виграв у протилежному напрямку, стає програвшим — та сама різниця в коефіцієнті зворотного розсіювання, яка призводить до виграшу в одному напрямку, призводить до програшу в іншому, що може викликати значні проблеми при зрощуванні, якщо ви тестуєте тільки в одному напрямку. У напрямку програшу втрати, показані рефлектометром, завжди будуть фактичні втрати плюс різницю в коефіцієнті зворотного розсіювання, тому навіть якщо втрати від фактичного з'єднання дуже малі, виміряні втрати будуть високими. Це може викликати проблеми, якщо ви спробуєте виконати повторне зварювання, щоб виправити проблему, тому що вимірювання завжди буде невірним і покаже високі втрати.

Ви можете побачити ще один хороший спосіб визначити, що втрати в стиках рефлектометра ненадійні, навіть з № 2. Зверніть увагу, як нахил кривої у волокні у цьому сегменті набагато вищий? Порівняйте це з малюнком вище і ви побачите інший спосіб зрозуміти, коли втрати у зварюванні ненадійні. Просто виміряйте втрати в волокні по обидва боки від траси і подивіться, чи є напрямок із великими втратами > з низькими втратами чи навпаки.

Хоча це джерело помилок завжди присутнє, його можна практично усунути, зчитуючи показання в обох напрямках та середні виміри, і багато рефлектометрів запрограмували це у своїх процедурах виміру. Це єдиний спосіб перевірити вбудовані з'єднання на втрати та отримати точні результати.

OTDR чи OLTS? Багато міжнародних стандартів не дозволяють використовувати рефлектометри для вимірювання втрат встановленої кабельної системи. Натомість потрібно тестування внесених втрат з використанням OLTS або джерела та вимірювача потужності.

OTDR "привиди"

Якщо ви тестуєте короткі кабелі з роз'ємами з високою здатністю, що відображає, ви ймовірно зіткнетеся з «привидами». Вони викликані відбитим світлом від гнізда на дальньому кінці, що відбивається туди-сюди по волокну, поки він не послабиться до рівня шуму.

Привиди дуже збивають з пантелику, оскільки вони здаються реальними відбиваючими подіями, такими як з'єднувачі, але не показують жодних втрат. Якщо ви виявите подію відображення на рефлектограмі в точці, де не повинно бути ніякого з'єднання, але з'єднання між компенсуючим кабелем та кабелем, що тестується сильно відображає, шукайте фантоми на ділянках, кратних довжині пускового кабелю або перший кабель, який ви тестуєте.

На дуже коротких кабелях множинні відображення можуть вас сильно спантеличити! Одного разу ми бачили кабель, який був протестований за допомогою рефлектометра та визнаний поганим, тому що його було зламано посередині. Насправді він був дуже коротким і на фантомному зображенні він виглядав як кабель із розривом посередині, як показано тут. Тестер не подивився на шкалу відстаней, інакше він помітив би «обрив» на 40 метрах, а довжина кабелю всього 40 метрів. Привид на 80 метрах видався йому кінцем кабелю!

Ви можете усунути привиди зменшивши відбиття, наприклад використовуючи рідину для узгодження індексів на кінці компенсучого кабелю.

Джерело www.thefoa.org