Учебное пособие по оптическому рефлектометру во временной области

Что такое ОДТР?

Оптический рефлектометр во временной области (OTDR) — это оптоэлектронный прибор, используемый для определения характеристик оптического волокна.Его можно рассматривать как оптический эквивалент электронного рефлектометра во временной области.

Рефлектометр подает серию оптических импульсов в тестируемое волокно.Он также извлекает из того же конца волокна свет, который рассеивается или отражается обратно от точек вдоль волокна.Сила обратных импульсов измеряется и интегрируется как функция времени и отображается на графике как функция длины волокна.

Его можно использовать для оценки длины волокна и общего затухания, включая потери на сращивании и сопряженных разъемах.Его также можно использовать для обнаружения неисправностей, таких как обрывы, и для измерения оптических обратных потерь.Чтобы измерить затухание в нескольких волокнах, рекомендуется провести тестирование с каждого конца, а затем усреднить результаты, однако эта значительная дополнительная работа противоречит распространенному утверждению, что тестирование можно выполнять только с одного конца волокна.

Помимо необходимой специализированной оптики и электроники, рефлектометры обладают значительными вычислительными возможностями и графическим дисплеем, поэтому они могут обеспечить значительную автоматизацию испытаний.Однако правильная эксплуатация прибора и интерпретация рефлектограмм требуют специальной технической подготовки и опыта.

Как работает рефлектометр?

Тестер волокна OTDR работает косвенно, используя уникальное явление волокна, подразумевающее потери, в отличие от волоконно-оптических источников света и измерителей мощности, которые измеряют потери в волоконно-оптической кабельной системе напрямую, дублируя передатчик и приемник волоконно-оптических линий передачи.Он работает как радар.Сначала он отправляет сигнал по оптоволокну, а затем наблюдает, какая возвращается из одной точки информацию.Этот процесс будет повторяться, затем результаты усредняются и отображаются в виде трека, описывающего трек в течение всего периода оптического волокна (или состояния) волокна по силе сигнала.

Когда свет распространяется по волокну, небольшая его часть теряется из-за рэлеевского рассеяния.Рэлеевское рассеяние вызвано неравномерным рассеянием сигнала вдоль волокна.Учитывая параметры оптоволоконного приемопередатчика, можно выделить мощность рэлеевского рассеяния.Если известна длина волны, она пропорциональна ширине импульса сигнала: чем больше обратное рассеяние, тем сильнее мощность.Мощность рэлеевского рассеяния связана с длиной волны излучаемого сигнала: чем короче длина волны, тем сильнее мощность.То есть путь сигнала обратного рэлеевского рассеяния на длине волны 1310 нм выше, чем обратный путь релеевского рассеяния на 1550 нм.

OTDR использует рассеяние Рэлея для представления характеристик оптоволокна.Измерения OTDR возвращают часть света, рассеиваемого на порт OTDR.Поскольку свет рассеивается во всех направлениях, часть его просто возвращается обратно по волокну к источнику света.Этот отраженный свет называется обратным рассеянием, как показано ниже.

Мощность обратного рассеяния представляет собой фиксированную долю входящей мощности, и поскольку потери сказываются на входящей мощности, возвращаемая мощность также уменьшается, как показано на рисунке.

Для проведения измерений OTDR использует обратнорассеянный свет.Он посылает импульс очень высокой мощности и измеряет возвращающийся свет.Он может непрерывно измерять уровень возвращаемой мощности и, следовательно, определять потери, возникающие в оптоволокне.

Любые дополнительные потери, такие как разъемы и сварные соединения, приводят к внезапному снижению передаваемой мощности по волокну и, следовательно, к соответствующему изменению мощности обратного рассеяния.Можно установить положение и степень потерь.В любой момент времени свет, который видит рефлектометр, представляет собой свет, рассеянный от импульса, проходящего через участок волокна.

Думайте о импульсе OTDR как о виртуальном источнике, который тестирует все волокно между собой и OTDR по мере его движения по волокну. Поскольку можно калибровать скорость импульса, когда он проходит по волокну, OTDR может коррелировать то, что он видит в обратно рассеянном свете, с реальным местоположением в волокне.Таким образом, он может отображать количество обратно рассеянного света в любой точке волокна.

Есть некоторые расчеты.Помните, что свет должен гаснуть и возвращаться, поэтому вам придется учитывать это при расчете времени, сокращая время вдвое и при расчете потерь, поскольку свет видит потери в обоих направлениях.Потери мощности представляют собой логарифмическую функцию, поэтому мощность измеряется в дБ.

Количество света, рассеянного обратно на рефлектометр, пропорционально обратному рассеянию волокна, пиковой мощности тестового импульса рефлектометра и длине посылаемого импульса.Если для получения точных измерений вам нужно больше обратнорассеянного света, вы можете увеличить пиковую мощность или ширину импульса, как показано на рисунке.

Некоторые события, такие как соединители, показывают большой импульс выше трассы обратного рассеяния.Это отражение от разъема, места сращивания или конца волокна.Их можно использовать для обозначения расстояний или даже для расчета обратного отражения разъемов или соединений — еще одного параметра, который мы хотим протестировать в одномодовых системах.

Рефлектометры обычно используются для тестирования с помощью пускового кабеля и могут использовать приемный кабель.Пусковой кабель позволяет рефлектометру стабилизироваться после отправки тестового импульса в волокно и обеспечивает эталонный разъем для первого разъема тестируемого кабеля для определения его потерь.На дальнем конце можно использовать приемный кабель, чтобы можно было также измерить разъем на конце тестируемого кабеля.

Когда мы используем рефлектометр?

Поскольку рефлектометры очень дороги и имеют только специфическое применение, решение о их покупке должно приниматься взвешенно.Очень важно понимать, когда нам нужен рефлектометр, а когда он неуместен.

Если мы устанавливаем внешнюю сеть предприятия, например сеть междугородной связи или длинную локальную сеть кампуса со сращиваниями кабелей, нам понадобится рефлектометр, чтобы проверить исправность волокон и сращиваний.Рефлектометр может увидеть соединение после его выполнения и подтвердить его работоспособность.Он также может обнаружить проблемы с напряжением в кабелях, вызванные неправильным обращением во время установки.Если мы занимаемся восстановлением после обрезания кабеля, рефлектометры помогут найти место обреза и подтвердить качество временных и постоянных соединений для восстановления работоспособности.На одномодовых волокнах, где отражения в разъемах вызывают беспокойство, рефлектометры легко выявят неисправные разъемы.

Рефлектометры не следует использовать для измерения потерь в кабельной сети, хотя некоторые из них имеют такую ​​функцию.Это работа источника и измерителя мощности.Измеренные потери не будут коррелировать между двумя методами, и рефлектометр не может показать фактические потери в кабельной сети, которые увидит система.

Более того, ограниченное разрешение рефлектометра по расстоянию делает его очень трудным для использования в локальных сетях или зданиях, где длина кабелей обычно составляет всего несколько сотен футов.Рефлектометр имеет большие трудности с определением особенностей коротких кабелей локальной сети и чаще всего просто сбивает с толку пользователя.

Как правильно выбрать рефлектометр?

Рефлектометр является лучшим вариантом, если вы хотите узнать длину волокна или получить данные о производительности оптических каналов, поскольку он может регистрировать такие события, как затухание соединителя, потери в соединителе или соединения вдоль измеряемой оптической сети.Однако рефлектометры очень дороги, поэтому мы должны знать, как выбрать правильный.

Выбор рефлектометра основан на относительно простом принципе: определение точных длин волн (850/1300 нм для многомодового волокна и 1310/1550 нм для одномодового волокна), определение необходимого динамического диапазона в зависимости от расстояния, которое необходимо перекрыть, и выбор оборудования с меньшими задержками. зона.

В настоящее время на рынке доступно множество рефлектометров различных моделей, но это сложные устройства, и тестирование оптоволокна из-за того, что его характеристики и возможности сильно различаются, может стать проблемой при принятии решения о том, какой инструмент для тестирования лучше всего подходит для каждого. монтаж.

При выборе рефлектометра мы должны учитывать некоторые функциональные возможности, такие как динамический диапазон, мертвые зоны (затухание и события), разрешение выборки, возможность устанавливать пороговые значения для соответствия/несоответствия, постобработка и отчетность и т. д.

Динамический диапазон

Эта спецификация определяет общие оптические потери, которые может анализировать рефлектометр, а также общую длину оптоволоконной линии, которую можно измерить в единицах.Чем выше динамический диапазон, тем большее расстояние может анализировать рефлектометр.Спецификацию динамического диапазона необходимо тщательно учитывать по двум причинам, указанным ниже.

1. Производители рефлектометров определяют динамический диапазон способами (играя с такими характеристиками, как амплитуда импульса, отношение сигнал/шум, время усреднения и т. д.).Поэтому важно понимать их досконально и избегать неуместных сравнений.

2. Недостаточный динамический диапазон приводит к невозможности измерения полной длины линии, что во многих случаях влияет на точность измерения потерь в линии, а также потерь в разъеме и затухания на дальнем конце.Хороший метод — выбрать эмпирический рефлектометр, динамический диапазон которого на 5–8 дБ выше максимальных потерь, которые вы обнаружите.

Например, одномодовый рефлектометр с динамическим диапазоном 35 дБ имеет полезный динамический диапазон около 30 дБ.При условии нормального затухания волокна 0,20 дБ/км на длине волны 1550 нм и сращиваниях каждые 2 км (потери 0,1 дБ на сращивание), такое устройство может точно сертифицировать расстояния до 120 км.

Для сравнения, одномодовый рефлектометр с динамическим диапазоном 26 дБ имеет полезный динамический диапазон около 21 дБ.Предполагая обычное затухание 0,5 дБ/км на длине волны 1300 нм и потери в двух разъемах около 1 дБ каждый, это устройство может точно сертифицировать расстояния до 38 км.

Мертвые зоны

Мертвые зоны возникают в результате отражения (разъемы, механические соединения и т. д.).Вдоль линии связи, влияя на возможность точного измерения затухания OTDR, меньшие линии различают близко расположенные события, например, разъемы коммутационной панели и т. д.

Когда сильное оптическое отражение события достигает рефлектометра, схема обнаружения насыщается в течение определенного периода времени (преобразованного в расстояние в рефлектометре), чтобы восстановиться и снова вернуться для точного измерения обратного рассеяния.В результате такого насыщения часть оптоволокна для отражения после события не может «увидеть» рефлектометр, отсюда и термин «мертвая зона».

При определении производительности OTDR очень важен анализ мертвой зоны, чтобы гарантировать измерение всего канала.Часто указывают два типа мертвых зон:

1. Мертвая зона событий: Относится к минимуму, необходимому для того, чтобы последовательные события отражения могли быть «решены», т.е. дифференцированы друг от друга.Если отражающее событие находится в пределах предшествующего ему события мертвой зоны, его невозможно правильно обнаружить или измерить.Для этой спецификации отраслевые стандартные значения варьируются от 1 до 5 м.

2. Мертвая зона по затуханию: относится к минимально необходимому расстоянию после события отражения, на котором рефлектометр может измерить потерю события отражения или отражения.Для измерения и определения характеристик небольших линий или обнаружения неисправностей в кабелях и патч-кордах лучше всего иметь как можно меньшую мертвую зону затухания.Стандартные отраслевые значения для этой спецификации варьируются от 3 до 10 м.

Разрешение выборки

Разрешение выборки определяется как минимальное расстояние между двумя последовательными точками выборки, полученными прибором.Этот параметр важен, поскольку он определяет максимальную точность определения расстояния и возможность устранения неполадок OTDR.В зависимости от выбранной амплитуды импульса и дальности дистанции.

Пороги пройдены/не пройдены

Это важная функция, поскольку вы можете сэкономить много времени на анализе кривой OTDR, если пользователь может установить пороговые значения для соответствия/несоответствия интересующих параметров (таких как потери в соединении или отражение разъема).Эти пороговые значения выделяют параметры, которые превысили пределы предупреждений или ошибок, установленные пользователем, и при использовании совместно с программным обеспечением для составления отчетов могут предоставлять таблицы быстрых изменений для инженеров по установке/пуско-наладке.

Постобработка и отчетность

Формирование отчетов является еще одним важным элементом экономии времени, поскольку время постобработки можно сократить до 90%, если в рефлектометре имеется специализированное программное обеспечение постобработки, позволяющее быстро и легко формировать отчеты OTDR;также может включать двусторонний анализ трасс OTDR и сводные отчеты о кабелях для большого количества волокон.

Рефлектометрические решения FS.COM

Рефлектометры FS.COM доступны с различными типами волокон и длинами волн, включая одномодовое волокно, многомодовое волокно, 1310 нм, 1550 нм, 1625 нм и т. д.

Мы также поставляем рефлектометры известных брендов, таких как серия JDSU MTS, серия EXFO FTB, серия YOKOGAWA AQ и так далее.Также доступны OEM-портативные и портативные рефлектометры (производства FS.COM).