OTDR е сложен електро-оптичен интеграционен инструмент, направен от Rayleigh scattering и Fresnel reflection backscattering, когато светлината се предава чрез оптично влакно. Той се използва широко при поддръжката и конструирането на кабели от оптични влакна. Извършвайте измерване на дължината на влакната, отслабване на влакната, измерване на атенюацията на съединенията и измерване на местоположението на грешките.
Тестът OTDR се изпълнява чрез излъчване на светлинни импулси във влакното и получаване на върнатата информация на OTDR порт. Когато светлинните импулси се разпространяват във влакното, разсейването или отразяването се дължат на естеството на влакното, съединителите, ставите, завоите или други подобни събития. Някои от разсейването и отраженията се връщат в OTDR. Получената полезна информация се измерва от детекторите на OTDR, които служат като сегменти от време или криви на различни места в рамките на влакното.
Разстоянието може да се изчисли от времето, необходимо на сигнала до сигнала за връщане, за да се определи скоростта на светлината в стъкления материал. Следната формула обяснява как OTDR измерва разстоянието. В тази формула, c е скоростта на светлината във вакуум и t е общото време след предаването на сигнала, докато сигналът бъде приет (двупосочен) (двата стойностите се умножават по 2 след еднопосочно разстояние). Тъй като светлината е по-бавна в стъкло, отколкото във вакуума, за да се измери точно разстоянието, изпитваното влакно трябва да определи индекса на пречупване (IOR). IOR се маркира от производителя на влакна.
OTDR използва разсейване на Rayleigh и отразяване на Fresnel, за да характеризира влакното. Rayleigh разсейването е резултат от неравномерното разсейване на оптичните сигнали по дължината на влакното. OTDR измерва част от разсеяната светлина обратно към OTDR порт. Тези сигнали за връщане назад показват степента на затихване (загуба / разстояние), причинено от влакното. Получената траектория е крива надолу, което показва, че обратното разсейване намалява, което се дължи на загубата както на предаваните, така и на обратно разсеяните сигнали след предаване на определено разстояние.
Като се имат предвид параметрите на влакната, мощността на разсейване на Rayleigh може да бъде определена. Ако дължината на вълната е известна, тя е пропорционална на широчината на импулса: колкото по-дълга е широчината на импулса, толкова по-силна е мощта на обратно разсейване. Мощността на разсейване на Rayleigh също е свързана с дължината на вълната на предавания сигнал, а по-късите дължини на вълните са по-мощни. Това означава, че траекторията, генерирана от сигнала 1310 nm, ще бъде по-висока от Rayleigh обратно разсейване на траекторията, генерирана от 1550 nm сигнал.
В областта с висока дължина на вълната (над 1500 nm), разсейването на Rayleigh продължава да намалява, но възниква друго явление, наречено инфрачервено отслабване (или абсорбция), което увеличава и води до увеличаване на общата атенюационна стойност. Следователно, 1550 nm е най-ниската дължина на вълната на затихване; това обяснява и защо е дължината на вълната на комуникацията на дълги разстояния. Естествено, тези явления засягат и OTDR. Като OTDR с дължина на вълната 1550 nm, той също има ниска атенюационна производителност, така че може да бъде тестван на дълги разстояния. Като силно отслабена дължина на вълната 1310nm или 1625nm, тестовото разстояние на OTDR е ограничено, тъй като тестовото оборудване трябва да открие остър връх в трасето на OTDR и върхът на този скок бързо ще попадне в шума.
Френеловите отражения, от друга страна, са дискретни отражения, които са причинени от отделни точки в цялото влакно. Тези точки са съставени от фактори, които предизвикват промяна в коефициента на пречупване, като например разликата между стъклото и въздуха. В тези точки ще има силна обратно разсеяна светлина, отразена назад. Следователно, OTDR трябва да използва информация за отразяване на Fresnel, за да открие точката на свързване, прекъсването на влакната или прекъсвача.
Големите OTDRs имат способността да идентифицират напълно и автоматично обхвата на влакното. Тази нова възможност произтича главно от използването на софтуера за разширен анализ, който преглежда OTDR извадката и създава таблица за събития. Таблицата с събития показва всички данни, свързани с траекторията, като вида на грешката, разстоянието до грешката, отслабването, загубата на връщане и загубата на снаждане.
Принцип на OTDR
1.1 Rayleigh обратно разсейване
Поради дефекта на самото оптично влакно и нехомогенността на допинг компонентите, Rayleigh разсейване се случва в оптичните импулси, размножени в оптичните влакна. Част от светлината (приблизително 0,0001% [1]) се разсейва обратно в обратната посока на импулса и следователно се нарича "Rayleigh backscattering", което осигурява детайли за отслабване, зависими от дължината.
Отраженията на Fresnel се появяват при границите на две различни носители за пренос на индекс (като съединители, механични снаждания, счупвания или прекъсвания на влакна). Този феномен се използва от OTDR за точно определяне на позицията по дължина на прекъсване на дължината на влакното. Размерът на отражението зависи от равнината на граничната повърхност и разликата в индекса на пречупване. Отразяването на Fresnel може да се намали, като се използва течността, съответстваща на показателя на пречупване.
Основен индекс на ефективността на OTDR
Разбирането на параметрите за ефективност на OTDR допринася за действителното измерване на влакната на OTDR. Параметрите за ефективност на OTDR включват главно динамичен диапазон, зона на слепи, разделителна способност и точност.
2.1 Динамичен диапазон
Динамичният диапазон е един от основните показатели за изпълнение на OTDR, който определя максималната измерима дължина на влакното. Колкото по-голям е динамичният диапазон, толкова по-добър е типа на кривата линия и колкото по-дълго е измеримото разстояние. Динамичен обхват Понастоящем няма единни стандартни методи за изчисление [1]. Обикновено използваните дефиниции на динамичния обхват включват главно следните четири:
1 Дефиниция на IEC (Bellcore): Един от най-често използваните дефиниции на динамичния обхват. Разликата в dB между нивото на връщащо разсейване в началото и нивото на шума е взето. Условието за измерване е максималната широчина на импулса на OTDR и времето за измерване от 180 секунди.
2RMS Определение: Най-често използваната динамична диаграма. Отчетете разликата в dB между началното нивото на обратно разсейване и нивото на шума в RMS. Ако нивото на шума е Gaussian, определената стойност на RMS е приблизително с 1.56 dB по-висока от дефинираната от IEC стойност.
3N = 0.1dB Определение: Най-практичният метод за дефиниране. Вземете максималната допустима стойност на отслабване, която може да измери загубата от 0.1 dB събитие. Дефинираната стойност N = 0.1 dB е приблизително с 6.6 dB по-малка от RMS дефинираното съотношение сигнал към шум SNR = 1, което означава, че ако OTDR има динамичен диапазон 30 dB RMS, N = 0.1 dB определя само динамичен диапазон 23.4dB, което означава само загуби с загуба от 0.1 dB, измерени в обхват на отслабване от 23.4dB.
Крайна детекция: ДБ разлика между 4% Fresnel отражение в началото на влакното и RMS ниво на шума, което е около 12 dB по-висока от IEC определението.
2.2 Deadzone
"Сляпата зона" се нарича още "мъртва зона" и се отнася до частта, в която кривата на OTDR не може да отрази състоянието на линията на оптичните влакна в рамките на определено разстояние под влиянието на отразяването на Fresnel. Това явление се проявява главно, защото сигналът за отражение на Fresnel върху влакнестата връзка прави насищането на фотодетектора, което изисква известно време за възстановяване. Мъртвата зона може да се появи в предната част на панела на OTDR или при други отражения на Fresnel в оптичната връзка.
Bellcore определя две мъртви зони [2]: зона за затъмняване (ADZ) и зона за слепи събития (EDZ). Слепната зона на затихване се отнася до минималното разстояние между два отражателни събития, когато съответната загуба може да бъде измерена съответно. Обикновено отрицателната зона на слепота е 5-6 пъти от широчината на импулса (означена с разстояние); събитието "сляпа зона" означава, че две събития за размисъл все още се различават. На минималното разстояние, разстоянието до всяко събитие е измеримо, но индивидуалната загуба за всяко събитие е неизмерима.
2.3 Резолюция
OTDR има четири основни индикатора за резолюцията: резолюция на извадката, разделителна способност на дисплея (наричана още резолюция за отчитане), резолюция на събитието и разделителна способност. Резолюцията на вземането на проби е минималното разстояние между двете пунктове за вземане на проби, което определя способността на OTDR да намира събития. Разделителната способност на извадката е свързана с избора на ширина на импулса и диапазон на разстоянието. Разделителната способност на дисплея е минималната стойност, която инструментът може да покаже. OTDR подразделя всеки интервал на вземане на проби от системата за микропроцесор, така че курсорът да може да се движи в рамките на интервала за вземане на проби. Най-краткото разстояние, което курсорът се движи, е хоризонталната разделителна способност на дисплея и вертикалната разделителна способност на дисплея.
Решението на събитието се отнася до прага на OTDR за идентифициране на точката на събитието в тестваната връзка, т.е. стойността на полето на събитието (праг на откриване). OTDR третира промените в събитията, по-малки от този праг, като точка на еднакво изменение на наклона в кривата. Разделителната способност на събитието се определя от прага на разделителната способност на фотодиода, който определя минималното отслабване, което може да бъде измерено на базата на две близки нива на мощност. Разделителната способност се отнася до най-краткото разстояние между две съседни точки на събитие, които инструментът може да разреши. Този индекс е подобен на сляпата точка на събитието и е свързан с параметрите на широчината на импулса и параметъра на рефракционния индекс.
Използване на OTDR
OTDR може да извършва следните измервания:
* За всяко събитие: разстояние, загуба, отражение
* За всеки сегмент на влакна: дължина на сегмента, сегментна загуба dB или dB / Km, загуба на сегментна възвращаемост (ORL)
* За цялата термична система: дължина на веригата, загуба на веригата dB, верига ORL
Измерването на влакната с OTDR може да бъде разделено на три стъпки: настройка на параметрите, събиране на данни и анализ на кривите.
3.1 Настройки на параметрите
Повечето тестови влакна на OTDR автоматично избират най-добрите параметри за получаване чрез предаване на тестовите импулси. Потребителят трябва само да избере дължината на вълната, времето за придобиване и необходимите параметри на влакната (като индекс на пречупване, коефициент на разсейване и т.н.). Отнема известно време, за да се получат параметрите автоматично, така че операторът да може ръчно да избере параметрите на измерване при известни условия за измерване.
3.1.1 Избор на дължина на вълната
Поведението на оптичната система е пряко свързано с дължината на вълната на предаване. Различните дължини на вълните имат различни характеристики на отслабване на оптичните влакна и различно поведение в оптичната връзка: В същото оптично влакно, 1550 nm са по-чувствителни на огъване от 1310 nm оптично влакно и 1550 nm намаление е по-малко от дължината на единицата от 1310 nm. Загубите на запоявания или съединители са по-високи при 1310 nm, отколкото при 1550 nm. По тази причина тестът с оптични влакна трябва да бъде същият като дължината на вълната, предавана от системата, което означава, че оптичната система с дължина на вълната 1550 nm трябва да избере дължината на вълната от 1550 nm.
3.1.2 Широчина на импулса
Ширината на импулсите контролира оптичната мощност, инжектирана във влакното чрез OTDR. Колкото по-дълга е ширината на импулса, толкова е по-голям динамичният обхват на измерване Той може да се използва за измерване на фиксирани влакна, но дългият импулс ще генерира и по-голяма слепи зона в кривата на кривата на OTDR; ниско ниво на светлинно инжектиране на импулса, но може да намали слепите места. Периодът на широчината на импулса обикновено се изразява в ns и може да се изразява и в единици дължина (m), съгласно формулата (4). Например, 100 ns импулс може да се интерпретира като "10 m" импулс.
3.1.3 Диапазон на измерване
Обхватът за измерване на OTDR се отнася до максималното разстояние, което OTDR получава проби от данни. Изборът на този параметър определя размера на резолюцията за вземане на проби. Диапазонът на измерване обикновено се определя на разстояние от 1 до 2 пъти от дължината на влакното, което ще се измерва.
3.1.4 Средно време
Тъй като сигналът за обратно разсейване на светлината е изключително слаб, средният статистически метод обикновено се използва за подобряване на съотношението сигнал-шум. Колкото по-дълго е средното време, толкова по-голямо е съотношението сигнал-шум. Например, придобиването на 3 минути ще бъде с 0,8 dB по-динамично от придобиването на 1 минута. Времето за придобиване обаче, което е повече от 10 минути, не подобрява съотношението сигнал / шум. Средното време не надвишава 3 минути.
3.1.5 Параметри на влакната
Настройката на параметрите на влакната включва настройката на коефициента на пречупване n и коефициента на обратно разсейване η. Параметърът на индекса на пречупване е свързан с измерването на разстоянието, а коефициентът на обратно разсейване влияе върху резултата от измерването на отражението и загубата на връщане. Тези два параметъра обикновено се дават от производителя на оптичните влакна. За повечето видове оптични влакна индексът на пречупване и коефициентът на обратно разсейване, даден в таблица 2, могат да получат по-точни измервания на разстоянието и загубата на връщане.
Опит и умения
(1) Опростена идентификация на качеството на влакната:
При нормални обстоятелства, наклонът на основното тяло на тестовата крива на OTDR (един или няколко кабела с оптични влакна) е по същество еднакъв, ако определена част от наклона е по-голяма, това показва, че отслабването на този участък е по-голямо; ако тялото на кривата е неправилна форма, наклонът се колебае; Ако е извит или извит, това означава, че качеството на оптичното влакно е сериозно понижено и не отговаря на изискванията за комуникация.
(2) Избор на дължина на вълната и единично двупосочно изпитване:
Дължината на вълната 1550 е далече от теста. 1550 nm са по-чувствителни на огъване от 1310 nm. 1550 nm е по-малък от 1310 nm и 1310 nm е по-висок от 1550 nm или конектора. При действителните дейности по поддържане на оптични кабели двете дължини на вълните се изпитват и сравняват. За явления с положителна печалба и разстояния извън диапазона трябва да се направи анализ на двупосочния тест, за да се получат добри изпитания.
(3) съвместно почистване:
Преди съединителят за оптични влакна да е свързан към OTDR, трябва внимателно да се почисти, включително изходния съединител на OTDR и тествания жичен съединител. В противен случай загубата на вмъкване е твърде голяма, измерването е ненадеждно, кривата е шумна или дори измерването не може да бъде извършено и може също да повреди OTDR. Избягвайте почистващи препарати, различни от алкохол или течности за съвпадение на индекс на пречупване, тъй като те могат да разтварят свързващото вещество в оптичния конектор.
(4) Корекция на коефициента на пречупване и разсейване: За измерване на дължината на оптичните влакна отклонението от 0,01 от индекса на пречупване би довело до грешки от максимум 7 m / km. За по-дълги светлинни сегменти трябва да се използва индексът на пречупване, осигурен от производителя на кабелите. стойност.
(5) Признаване и обработка на духове:
Скокът на OTDR кривата понякога се дължи на ехото, причинено от близки и силни отражения от края на инцидента. Този скок се нарича духове. Признаване на духове: Призраците на кривите не причиняват значителни загуби; разстоянието между призрак и началото на кривата е многократно по-голямо от разстоянието между силното отражение на събитието и началото, което става симетрично. Премахване на призрак: Изберете кратка широчина на импулса и добавете затихване към предния край на силния отразяващ сигнал (като изход OTDR). Ако събитието, което е причинило прицветяването, е в края на влакното, може да се направи "малък завой", за да се смекчи светлината, отразена обратно в началото.
(6) Обработка на феномена положителна печалба:
Положителна печалба може да възникне при следата OTDR. Положителната печалба се дължи на факта, че влакното след точката на снаждане създава по-заден астигматизъм от влакното преди точката на снаждане. Всъщност влакното е загуба на сплайс в тази точка на снаждане. Това често се случва в процеса на заваряване на влакна с различен диаметър на полето на режима или различни коефициенти на обратно разсейване. Следователно е необходимо да се измерват в двете посоки и средно резултатите като загуба на снаждане. При действителното поддържане на оптичен кабел ≤0.08dB също може да се използва като прост принцип на приемане.
(7) Използване на допълнителни оптични влакна:
Допълнителното влакно е част от влакното, използвана за свързване на оптичния кабел с измерваното влакно и дължина от 300-2000 м. Основните му функции са: обработка на слепи зони в предната част и измерване на вмъкване на терминални съединители.
По принцип мъртвата зона, причинена от съединителя между OTDR и тестваното влакно, е най-голямата. При действителното измерване на оптичните влакна се добавя преходно оптично влакно между OTDR и оптичното влакно, което трябва да бъде изпитано, така че мъртвата зона в предната част да попада в преходното оптично влакно, а началото на изпитваното оптично влакно пада в линейната стабилна област на кривата на OTDR. Загубата на вмъкване на конектора в началото на влакнестата система може да бъде измерена чрез добавяне на преходно влакно към OTDR. Ако искате да измерите загубата на вмъкване на съединителите в двата края, можете да добавите преходно влакно във всеки край.
Основните фактори на грешката при теста
1) Вродени отклонения на инструментите за изпитване на OTDR
Съгласно принципа на теста на OTDR, той предава оптични импулси на тестваните оптични влакна в определен период и след това проби, квантува, кодира и съхранява обратно разсеяните сигнали от оптичните влакна с определена скорост. Самият инструмент на OTDR има грешки поради интервала на вземане на проби, който се отразява основно в разделителната способност. Разделителната способност на OTDR е пропорционална на честотата на вземане на проби.
2) Грешки, дължащи се на неправилна работа на тестовите инструменти
При теста за локализиране на повреда на кабела правилността на използването на измервателния уред на OTDR е пряко свързана с точността на теста на препятствията. Настройката и точността на параметъра на инструмента, неподходящият избор на диапазона на измервателния уред или неточните настройки на курсора ще доведат до грешки в резултатите от теста.
(1) Задайте грешката, причинена от отклонението на индекса на пречупване на измервателния уред
Индексът на пречупване на различните видове и производителите на оптични влакна е различен. Когато се използва OTDR за тестване на дължината на влакното, параметрите на инструмента трябва първо да бъдат зададени и настройката на индекса на пречупване е една от тях. Когато индексът на пречупване на няколко сегмента на кабела е различен, може да се използва метод за сегментиране, за да се намали тестовата грешка, причинена от грешката в настройката на индекс на пречупване.
(2) Неправилен избор на обхвата на измерване
Когато разделителната способност на измервателното разстояние на измервателния уред на OTDR е 1 метър, това означава, че цифрата може да бъде увеличена само когато хоризонталната скала е 25 метра на решетка. Проектът на измервателния уред е една пълна клетка с 25 стъпки на курсора. В този случай всяко движение на курсора означава разстояние от 1 метър, така че разделителната способност на разчитане е 1 метър. Ако изберете 2 km / div за хоризонталната скала, курсорът ще се смени с 80 метра за всяко движение на курсора. Може да се види, че колкото по-голям е диапазонът от измервания, избрани по време на теста, толкова по-голямо е отклонението от резултатите от теста.
(3) Неправилна селекция на ширината на импулса
При условието на една и съща амплитуда на импулса, колкото по-голяма е широчината на импулса, толкова по-голяма е импулсната енергия. В този момент динамичният обхват на OTDR е също по-голям, а съответната сляпа зона също е голяма.
(4) Неправилен избор на време за усредняване
Изпитателната крива на OTDR изважда отразения сигнал след всеки изходен импулс и осреднява няколко проби, за да се отстранят някои произволни събития. Колкото по-дълго е времето за осредняване, толкова по-близо е нивото на шума до минималната стойност и толкова по-голям е динамичният диапазон. Колкото по-дълго е средното време, толкова по-висока е точността на теста, но точността няма да се увеличи, когато достигне определено ниво. За да се подобри скоростта на теста и да се съкрати общото време за изпитване, общото време за тестване може да бъде избрано в рамките на 0.5 до 3 минути.
(5) Неправилно поставяне на курсора
Прекъсванията в оптичните съединители, механичните снаждания и влакната могат да причинят загуби и отражения, а счупената крайна страна на края на влакната може да доведе до различни върхове на отразяване на Fresnel или да не отразява Fresnel, поради неравностите на крайната повърхност. Ако настройките на курсора не са достатъчно точни, ще има някои грешки.
