OTDR je sofisticirani instrument za elektrooptičku integraciju napravljen od Rayleigh raspršivanja i Fresnelova reflektirajuća povratna raspršenja kada se svjetlost prenosi putem optičkog vlakna. Naširoko koristi u održavanju i konstrukciji optičkih kablova. Izvršite mjerenje duljine vlakana, prigušivanje vlakana, smanjenje zglobova i mjerenja mjesta kvara.
OTDR test se provodi emitiranjem svjetlosnih impulsa u vlakno i zatim primaći vraćene podatke na OTDR priključku. Kada se svjetlosni impulsi šire unutar vlakana, raspršenje ili refleksije nastaju zbog prirode vlakana, konektora, zglobova, zavoja ili drugih sličnih događaja. Neka od raspršenja i refleksije vraćaju se u OTDR. Korisne informacije vraćene mjere se pomoću detektora OTDR-a koji služe kao segmenti vremena ili krivulja na različitim lokacijama unutar vlakana.
Udaljenost se može izračunati iz vremena koje je potrebno za signal na povratni signal kako bi se odredila brzina svjetlosti u staklenom materijalu. Sljedeća formula objašnjava kako OTDR mjeri udaljenost. d = (c × t) / 2 (IOR) U ovoj formuli, c je brzina svjetlosti u vakuumu, t je ukupni vremenski period nakon prijenosa signala dok se signal ne primi (dvosmjerni) vrijednosti se pomnože s 2 nakon jednosmjernog udaljenost). Budući da je svjetlost sporija u staklu nego u vakuumu, kako bi se točno izmjerila udaljenost, ispitivana vlakna moraju specificirati indeks loma (IOR). IOR je označen proizvođačem vlakana.
OTDR koristi Rayleigh raspršivanje i Fresnel refleksiju kako bi obilježio vlakno. Scattering Rayleigh rezultira nepravilnim raspršivanjem optičkih signala duž vlakana. OTDR mjeri dio raspršenog svjetla natrag na OTDR priključak. Ovi signali povratnog signala ukazuju na stupanj prigušenja (gubitak / udaljenost) uzrokovan vlaknima. Dobivena putanja je krivulja prema dolje, što ukazuje na smanjenje snage povratne snage koja je posljedica gubitka prijenosnih i povratnih signala nakon prijenosa preko određene udaljenosti.
S obzirom na parametre vlakana, Rayleighova energija raspršivanja može se odrediti. Ako je poznata valna duljina, ona je proporcionalna širini pulsa signala: što je duža širina impulsa, to je jača snaga povratne snage. Rayleighova energija raspršivanja također je povezana s valnom duljinom emitiranog signala, a kraće valne duljine snažnije. To jest, putanja koja se generira signalom od 1310 nm bit će veća od Rayleighovog povratnog raspršenja trajektorije generirane signalom od 1550 nm.
U regiji visoke valne duljine (preko 1500 nm), Rayleigh raspršivanje nastavlja se smanjivati, ali se pojavljuje još jedan fenomen nazvan infracrveno prigušenje (ili apsorpcija), što povećava i rezultira povećanjem ukupne vrijednosti prigušenja. Dakle, 1550 nm je najniža valna duljina prigušenja; ovo također objašnjava zašto je to valna duljina komunikacije na daljinu. Naravno, ovi fenomeni također utječu na OTDR. Kao OTDR s valnom duljinom od 1550 nm, također ima nisku razinu prigušenja, pa se može testirati na velikim udaljenostima. Kao vrlo atenuirana 1310nm ili 1625nm valna duljina, OTDR-ova ispitna udaljenost mora biti ograničena jer ispitna oprema treba otkriti oštar vrh u OTDR tragu, a vrh ove šiljke će brzo pasti u buku.
Fresnel refleksije, s druge strane, su diskretne refleksije koje su uzrokovane pojedinačnim točkama u cijelom vlaknu. Ove se točke sastoje od čimbenika koji uzrokuju promjenu koeficijenta loma, kao što je razmak između stakla i zraka. U tim će se točkama pojaviti snažna reflektirana svjetlost koja se odražava natrag. Stoga, OTDR treba koristiti informacije o refleksiju Fresnel kako bi pronašao mjesto spajanja, prestanak vrećice ili prekidnu točku.
Veliki OTDR-i imaju sposobnost da potpuno i automatski identificiraju opseg vlakana. Ova nova mogućnost proizlazi uglavnom od korištenja naprednog softvera za analizu koji pregledava OTDR uzorkovanje i stvara tablicu događaja. Ova tablica događaja prikazuje sve podatke povezane s putanjama, kao što su vrsta pogreške, udaljenost do kvarova, prigušivanje, gubitak povratnog kruga i gubitak spojke.
OTDR načelo
1.1. Rayleigh povratna širenja
Zbog neispravnosti samog optičkog vlakna i nehomogenosti doping komponenti, Rayleigh raspršenje događa se u optičkim impulsima razmnoženim u optičkim vlaknima. Dio svjetlosti (otprilike 0,0001% [1]) raspršen je natrag u suprotnom smjeru od impulsa i zbog toga se naziva Rayleighov povratni raspršivanje, koji osigurava pojedinosti prigušenja ovisno o duljini.
Refleksije Fresnel pojavljuju se na granicama dva različita medija prijenosa indeksa refrakcije (kao što su priključci, mehanički spojevi, prijelomi ili završetak vlakana). Taj se fenomen koristi OTDR kako bi točno odredio položaj duž dužine diskontinuiteta u duljini vlakana. Veličina refleksije ovisi o ravnosti granične površine i razlici indeksa loma. Fresnelova refleksija može se smanjiti korištenjem tekućine za usporedbu s indeksom loma.
OTDR glavni indeks uspješnosti
Razumijevanje parametara performansi OTDR-a pridonosi stvarnom mjerenju vlakana OTDR-a. Parametri izvedbe OTDR uglavnom uključuju dinamički raspon, slijepo područje, razlučivost i točnost.
2.1 Dinamički raspon
Dinamički raspon je jedan od glavnih pokazatelja učinka OTDR-a, koji određuje maksimalnu mjerljivu dužinu vlakana. Što je veći dinamički raspon, to je bolji tip linije krivulje i duža je mjerljiva udaljenost. Dinamički raspon Trenutačno nema jednolike standardne metode proračuna [1]. Obično korištene definicije dinamičkog raspona uglavnom uključuju sljedeće četiri:
1 IEC definicija (Bellcore): Jedna od najčešće korištenih definicija dinamičkog raspona. Razlika dB između razine povratne širine na početku i razine vrha buke se uzima. Stanje mjerenja je maksimalna širina impulsa OTDR i vrijeme mjerenja od 180 sekundi.
2RMS Definicija: Najčešće korištena definicija dinamičkog raspona. Uzmite razliku u dB između razine početne povratne širine i razine buke RMS. Ako je razina buke Gaussova, definirana vrijednost RMS-a je približno 1,56 dB veća od IEC definirane vrijednosti.
3N = 0,1 dB Definicija: Najpraktičnija metoda definicije. Uzmite maksimalnu dopuštenu vrijednost prigušenja koja može mjeriti gubitak od 0.1dB događaja. N = 0,1 dB definirana vrijednost je približno 6,6 dB manja od RMS definiranog signala-šum omjer SNR = 1, što znači da ako OTDR ima 30dB RMS dinamički raspon, N = 0,1dB definira dinamički raspon samo 23,4dB, što znači samo Gubici s 0,1 dB gubitkom mjerenima u rasponu prigušenja od 23,4dB.
Detekcija kraja: razlika u dB između 4% Fresnel refleksije na početku vlakana i razina buke RMS, što je oko 12 dB veće od definicije IEC.
2.2 Deadzone
"Slijepa zona" se također naziva "mrtva zona" i odnosi se na dio gdje OTDR krivulja ne može odražavati stanje linije optičkih vlakana unutar određenog raspona udaljenosti pod utjecajem Fresnel refleksije. Taj se fenomen uglavnom događa zato što signal reflektiranja Fresnel-a na vezu vlakana čini zasićen fotodetektor, koji zahtijeva određeno vrijeme oporavka. Mrtva zona može se pojaviti na prednjoj strani OTDR ploče ili na drugim Fresnel refleksijama u svjetlovodnoj vezi.
Bellcore definira dvije mrtve zone [2]: Blizna zona prigušenja (ADZ) i zona za slijepe događaje (EDZ). Blizna zona prigušenja odnosi se na minimalnu udaljenost između dva događaja refleksije kada se može mjeriti odgovarajući gubitak. Općenito, zona prigušenja slijepa je 5-6 puta širine pulsa (označena udaljenost); zona za slijepe događaje znači da se dva događaja refleksije još mogu razlikovati. Na minimalnoj udaljenosti, udaljenost svakog događaja je mjerljiva, ali individualni gubitak svakog događaja nije mjerljiv.
2.3 Rezolucija
OTDR ima četiri glavna indikatora razlučivosti: razlučivanje uzorka, razlučivost zaslona (naziva se i razlučivost čitanja), razlučivost događaja i razlučivost udaljenosti. Razlučivost uzorkovanja je minimalna udaljenost između dvije točke uzorkovanja koja određuje sposobnost OTDR-a da locira događaje. Rezolucija uzorkovanja odnosi se na izbor širine impulsa i veličine udaljenosti. Razlučivost zaslona je minimalna vrijednost koju instrument može prikazati. OTDR dijeli svaki interval uzorkovanja pomoću mikroprocesora tako da se pokazivač može kretati unutar intervala uzorkovanja. Najkraća udaljenost koju pokazivač pomiče je horizontalna razlučivost zaslona i prikazana razlučivost okomitog prikaza minimalne prigušenosti.
Rješenje događaja odnosi se na prag OTDR-a kako bi se identificirala točka događaja u vezi koja je pod testom, tj. Vrijednost polja događaja (prag otkrivanja). OTDR tretira promjene događaja manjih od ovog praga kao točku promjene jednolike padine u krivulji. Razlučivost događaja određena je pragom razlučivosti fotodioda, koja određuje minimalnu prigušenost koja se može mjeriti na temelju dvije bliske razine snage. Razlučivost udaljenosti se odnosi na najkraću udaljenost između dva susjedna događajska točka koju instrument može riješiti. Ovaj je indeks sličan slijepoj točki događaja, a odnosi se na širinu impulsa i parametre indeksa loma.
Korištenje OTDR-a
OTDR može izvršiti sljedeća mjerenja:
* Za svaki događaj: udaljenost, gubitak, refleksija
* Za svaki segment vlakana: duljina segmenta, gubici segmenta dB ili dB / Km, gubitak segmentnog povratka (ORL)
* Za cijeli terminalni sustav: duljina lanca, gubitak lanca dB, lanac ORL
Mjerenje vlakana s OTDR može se podijeliti u tri koraka: postavljanje parametara, prikupljanje podataka i analiza krivulje.
3.1 Postavke parametara
Većina OTDR ispitnih vlakana automatski odabiru najbolje parametre stvrdnjavanja prenoseći testne impulse. Korisnik treba samo odabrati valnu duljinu, vrijeme stvrdnjavanja i potrebne parametre vlakana (kao što je indeks loma, koeficijent raspršivanja itd.). Potrebno je određeno vrijeme za automatsko stjecanje parametara, tako da operator može ručno odabrati mjerne parametre pod poznatim mjernim uvjetima.
3.1.1 Odabir valnih duljina
Ponašanje optičkog sustava izravno je povezano s valnom duljinom prijenosa. Različite valne duljine imaju različite karakteristike prigušenja optičkih vlakana i različita ponašanja veze s optičkim vlaknima: U istom optičkom vlaknu, 1550 nm je osjetljivije na savijanje nego optičko vlakno od 1310 nm, a prigušenje od 1550 nm je manje od duljine jedinice od 1310 nm. Gubici od lemljenja ili konektora su veći na 1310 nm nego na 1550 nm. Iz tog razloga, ispitivanje optičkim vlaknima treba biti isto kao valna duljina koju prenosi sustav, što znači da 1550 nm optički sustav treba odabrati valnu duljinu od 1550 nm.
3.1.2 Širina impulsa
Širina pulsa kontrolira optičku snagu koja se ubrizgava u vlakno pomoću OTDR-a. Što je duža širina impulsa, veći je dinamički raspon mjerenja. Može se koristiti za mjerenje vlakana s duljim udaljenostima, ali dugi puls također stvara veću slijepu zonu u valnom obliku OTDR krivulje; kratko svjetlo za ubrizgavanje impulsa Nisko, ali može smanjiti slijepe mrlje. Razdoblje širine pulsa obično se izražava u ns, a također se može izraziti u jedinicama duljine (m) prema formuli (4). Na primjer, pulsa od 100 ns može se tumačiti kao puls "10 m".
3.1.3 Raspon mjerenja
Mjerni raspon OTDR-a odnosi se na maksimalnu udaljenost koju OTDR stječe uzorcima podataka. Izbor ovog parametra određuje veličinu rezolucije uzorkovanja. Mjerni raspon obično se postavlja na udaljenost od 1 do 2 puta duljine vlakana koja se mjeri.
3.1.4 Prosječno vrijeme
Budući da je povratni signal svjetla iznimno slab, statistička prosječna metoda se općenito koristi za poboljšanje omjera signala i šuma. Što je duže prosječno vrijeme, to je veći omjer signala i šuma. Na primjer, akvizicija od 3 min će biti 0,8 dB dinamičnija od akvizicije od 1 min. Međutim, vrijeme stvrdnjavanja od više od 10 minuta ne poboljšava omjer signala i šuma. Prosječno vrijeme ne prelazi 3 minute.
3.1.5 Parametri vlakana
Postavljanje parametara vlakana uključuje postavljanje indeksa refrakcije n i koeficijent povratnog širenja η. Parametar indeksa loma odnosi se na mjerenje udaljenosti, a koeficijent povratnog širenja utječe na rezultat mjerenja odsjaja i gubitka povratka. Ove dvije parametre obično daje proizvođač optičkih vlakana. Za većinu vrsta optičkih vlakana, indeks refrakcije i koeficijent povratnog slanja naveden u tablici 2 mogu dobiti preciznije mjerenje udaljenosti i povratnih gubitaka.
Iskustvo i vještine
(1) Jednostavna identifikacija kvalitete vlakana:
U normalnim okolnostima, glavno tijelo OTDR testne zračne krivulje (jednostruko ili više kabela s optičkim vlaknima) je u osnovi ista, ako je određeni dio nagiba veći, to pokazuje da je prigušenje ovog dijela veći; ako je tijelo krivulje nepravilnog oblika, nagib lučice, ako je savijen ili izrezan, to znači da je kvaliteta optičkog vlakna ozbiljno degradirana i ne zadovoljava zahtjeve za komunikaciju.
(2) Odabir valne duljine i jedno dvosmjerno ispitivanje:
Valna duljina 1550 je daleko od testa. 1550 nm je osjetljiviji na savijanje od 1310 nm. 1550 nm je manja od jedinice 1310 nm, a 1310 nm je veća od 1550 nm ili konektor. U stvarnim radovima održavanja optičkih kabela, obje valne duljine općenito se testiraju i uspoređuju. Za fenomene pozitivnih dobitaka i udaljenosti iznad raspona mora se provesti dvosmjerna analiza ispitivanja kako bi se dobila dobra zaključna ispitivanja.
(3) zajedničko čišćenje:
Prije nego li je priključak optičkog vlakna spojen na OTDR, mora se pažljivo očistiti, uključujući izlazni priključak OTDR-a i žive konektore koji se ispituje. Inače, gubitak umetanja je prevelik, mjerenje nije pouzdano, krivulja je bistra ili se čak ne može mjeriti i može oštetiti i OTDR. Izbjegavajte sredstva za čišćenje, osim alkohola ili tekućine za podudaranje indeksa refrakcije, jer mogu otopiti vezivo u konektoru s optičkim vlaknima.
(4) Ispravljanje indeksa loma i koeficijenta raspršivanja: Za mjerenje duljine optičkog vlakna devijacija od 0,01 od indeksa loma uzrokuje pogreške do 7m / km. Za dulje svjetlosne segmente potrebno je upotrijebiti indeks refrakcije koju je proizveo proizvođač kabela. vrijednost.
(5) Priznavanje i obrada duhova:
Šiljka na OTDR krivulji ponekad je posljedica odjeka uzrokovanih bliske i jake refleksije iz incidentnog kraja. Taj se šiljak zove duh. Prepoznavanje duhova: duhovi na zavojima nisu uzrokovali značajan gubitak; udaljenost između duhova i početka krivulje bio je višekratnik udaljenosti između jakog reflektirajućeg događaja i početka, postajući simetričan. Uklonite duhiranje: Odaberite kratku širinu pulsa i dodajte prigušenjem jakom prednjem dijelu refleksije (kao što je OTDR izlaz). Ako je događaj koji je izazvao pojavu duhova na kraju vlakna, može se napraviti "mali zavoj" kako bi ublažio svjetlo odraženo natrag na početak.
(6) Pozitivna dobitak fenomena obrade:
Pozitivna dobit može se pojaviti na OTDR tragu. Pozitivna dobitak je zbog činjenice da vlakna nakon točke spajanja proizvode više astigmatizmu nego vlakno prije točke spajanja. Zapravo, vlakno je gubitak spojke na toj spojnoj točki. Često se događa u postupku zavarivanja vlakana s različitim promjerima polja moda ili različitim koeficijentima povratnog širenja. Stoga je potrebno izmjeriti u oba smjera i prosječno rezultate kao gubitak spojke. U stvarnom održavanju optičkih kabela, ≤0.08dB se također može koristiti kao jednostavan princip prihvaćanja.
(7) Korištenje dodatnih optičkih vlakana:
Dodatno vlakno je komad vlakana koji se koristi za povezivanje OTDR s vlaknima koji se mjere i duljine od 300-2000 m. Njegove glavne funkcije su: obrada prednjeg zaslijepljenog područja i mjerenje umetanja terminala.
Općenito, mrtva zona uzrokovana spojkom između OTDR i vlakana pod test je najveći. U stvarnom mjerenju optičkog vlakna dodaje se prijelazno optičko vlakno između OTDR i optičkog vlakna koja se ispituje, tako da prednja mrtva zona pada unutar prijelaznog optičkog vlakna, a početak optičkog vlakna koji se ispituje pada u linearnu stabilnu regiju OTDR krivulje. Gumb za umetanje priključka na početku sustava vlakana može se mjeriti dodavanjem prijelaznog vlakna u OTDR. Ako želite izmjeriti gubitak priključaka na oba kraja, možete dodati prijelazno vlakno na svaki kraj.
Glavni čimbenici test pogreške
1) Inherentna odstupanja OTDR ispitnih instrumenata
Prema principu ispitivanja OTDR-a, on odašilje optičke impulse na testirana optička vlakna u određenom razdoblju, a zatim uzorci, kvantizira, kodira i pohranjuje povratne signale iz optičkih vlakana određenom brzinom. Sam instrument OTDR ima pogreške zbog intervala uzorkovanja, što se uglavnom odražava u razlučivosti udaljenosti. Rješavanje udaljenosti OTDR je proporcionalno frekvenciji uzorkovanja.
2) Pogreške zbog nepravilnog rada instrumenta ispitivanja
U ispitivanju lokacije kvara kabela, ispravnost uporabe OTDR mjera izravno je povezana s točnosti ispitivanja prepreka. Postavke parametara i točnost, nepravilno odabir raspona mjerača ili netočne postavke pokazivača uzrokuju greške u rezultatima ispitivanja.
(1) Postavite pogrešku uzrokovanu odstupanjem indeksa loma refrakta
Indeks loma različitih tipova i proizvođača optičkih vlakana je različit. Prilikom korištenja OTDR-a za ispitivanje dužine vlakana potrebno je najprije postaviti parametre instrumenta, a postavljanje indeksa loma je jedan od njih. Kada se indeks loma nekoliko segmenata kabela razlikuje, metoda segmentacije može se koristiti za smanjenje pogreške testiranja uzrokovane pogreškom postavljanja indeksa refrakcije.
(2) Neodgovarajući odabir mjernog područja
Kada je razlučivost udaljenosti testiranja OTDR-a 1 metar, to znači da se slika može povećati samo kad je vodoravna ljestvica 25 metara po rešetki. Dizajn mjerača je jedna puna ćelija s 25 koraka po pokazivaču. U tom slučaju, svaki korak pokazivača označava udaljenost od 1 metra, pa je razlučivost čitanja 1 metar. Ako odaberete 2 km / div za vodoravnu skalu, kursor će se pomaknuti za 80 metara za svaki korak pokazivača. Može se vidjeti da što je veći raspon mjerenja odabran tijekom ispitivanja, to je veće odstupanje rezultata ispitivanja.
(3) Neodgovarajući odabir širine impulsa
Pod uvjetom iste impulsne amplitude, što je veća širina impulsa, to je veća energija impulsa. U ovom trenutku, dinamički raspon OTDR-a je također veći, a odgovarajuće slijepo područje je također veliko.
(4) Neodgovarajući odabir vremena usrednjavanja
OTDR test krivulja uzoraka odražava signal nakon svakog izlaznog pulsa i prosječno više uzoraka kako bi se uklonili neki slučajni događaji. Što je dulje vrijeme usrednjavanja, bliža je razina buke na minimalnu vrijednost i veći je dinamički raspon. Što je duže prosječno vrijeme, to je veća točnost testa, ali točnost neće porasti kada dosegne određenu razinu. Kako bi se poboljšala brzina ispitivanja i skratila cjelokupno vrijeme ispitivanja, opće vrijeme ispitivanja može se odabrati unutar 0,5 do 3 minute.
(5) Nepravilno postavljanje pokazivača
Raskuni u svjetlovodnim spojnicama, mehaničkim spojnicama i vlaknima mogu uzrokovati gubitak i refleksiju, a slomljena krajnja strana vlaknastog kraja može proizvesti različite Fresnelove reflektirajuće vrhove ili nema refleksije Fresnel zbog nepravilnosti krajnjeg lica. Ako postavke pokazivača nisu dovoljno točne, pojavit će se neke pogreške.
