OTDR ir sarežģīts elektrooptiskās integrācijas instruments, kas izgatavots no Rayleigh izkliedes un Fresnel atstarošanas atpakaļklases, kad gaisma tiek pārraidīta caur optisko šķiedru. To plaši izmanto optisko šķiedru kabeļu uzturēšanai un uzbūvei. Veiciet šķiedru garuma mērījumus, šķiedru vājināšanos, locītavu vājināšanu un defektu vietas mērījumus.
OTDR tests tiek veikts, izstaro gaismas impulsus šķiedrā un pēc tam saņem atpakaļ informāciju OTDR ostā. Ja gaismas impulsi izplatās šķiedras iekšpusē, šķiedru, savienotāju, locītavu, līkumu vai citu līdzīgu notikumu dēļ notiek izkliede vai atstarošana. Daži no izkliedes un pārdomas tiek atgriezti OTDR. Atgriezto noderīgo informāciju mēra ar OTDR detektoriem, kas kalpo kā laika vai līknes segmenti dažādās šķiedru vietās.
Attālumu var aprēķināt no laika, kad signāls tiek pārsūtīts atpakaļ signālam, lai noteiktu gaismas ātrumu stikla materiālā. Turpmāk sniegtajā formulējumā ir izskaidrots, kā OTDR mēra attālumu. d = (c × t) / 2 (IOR) Šajā formulā c ir gaismas ātrums vakuumā, un t ir kopējais laiks pēc signāla pārraides, kamēr signāls tiek saņemts (divvirzienu režīms) vērtības tiek reizinātas ar 2 pēc vienvirziena attāluma). Tā kā gaisma stiklā ir lēnāka nekā vakuumā, lai precīzi noteiktu attālumu, pārbaudāmajai šķiedrai jānorāda lūšanas indekss (IOR). IOR ir apzīmēts ar šķiedru ražotāju.
OTDR izmanto Rayleigh izkliedi un Fresnel atstarošanu, lai raksturotu šķiedru. Releja izkliedēšana rodas no optisko signālu neregulāras izkliedes gar šķiedru. OTDR izmēra daļu izkliedētās gaismas atpakaļ OTDR ostā. Šie atpakaļgaitas signālu signāli norāda šķiedras izraisītā vājinājuma pakāpi (zudumu / attālumu). Iegūtā trajektorija ir lejupvērsta līkne, kas norāda, ka atpakaļatstūstošā jauda samazinās, kas saistīts ar pārraidīto un atpakaļgaitas signālu zudumu pēc pārraides noteiktā attālumā.
Ņemot vērā šķiedru parametrus, var noteikt Rayleijas izkliedes spēku. Ja viļņa garums ir zināms, tas ir proporcionāls signāla impulsa platumam: jo ilgāk impulsa platums, jo spēcīgāka ir atpakaļatstūstošā jauda. Releja izkliedes jauda ir saistīta arī ar pārraidītā signāla viļņa garumu, un īsāki viļņu garumi ir daudz spēcīgāki. Tas nozīmē, ka 1310 nm signāla radītā trajektorija būs lielāka par 1550 nm signāla radītās trajektorijas Rayleigh backscatter.
Augstā viļņa garuma apgabalā (virs 1500 nm) Releja izkliedēšana turpina samazināties, bet parādās vēl viena parādība, ko sauc par infrasarkano starojumu (vai absorbciju), palielinot un palielinot kopējo vājinājuma vērtību. Tādēļ 1550 nm ir zemākais vājināšanās viļņa garums; tas arī izskaidro, kāpēc tā ir tālsatiksmes komunikācijas viļņa garums. Protams, šīs parādības ietekmē arī OTDR. Tā kā OTDR ar viļņa garumu 1550 nm, tam ir arī zems vājināšanās rādītājs, tādēļ to var pārbaudīt lielos attālumos. Kā ļoti vājinātais 1310 nm vai 1625 nm viļņu garums, OTDR testa attālums ir ierobežots, jo testa iekārtām ir jāatklāj nopietns spiediens OTDR pēdā, un šī spikeņa gala ātri nokristos troksnī.
No otras puses, Fresnela refleksijas ir diskrētas refleksijas, ko izraisa atsevišķi punkti visā šķiedrā. Šie punkti sastāv no faktoriem, kas izraisa izmaiņas refrakcijas koeficientā, piemēram, atstarpi starp stiklu un gaisu. Šajos punktos būs spēcīga atpakaļgaitas gaisma, kas atspoguļojas atpakaļ. Tāpēc OTDR ir jāizmanto Fresnel atspoguļošanas informācija, lai noteiktu pieslēguma punktu, šķiedru pārtraukšanu vai pārtraukuma punktu.
Lielie OTDR spēj pilnībā un automātiski identificēt šķiedras darbības jomu. Šī jauna spēja galvenokārt izriet no uzlabotas analīzes programmatūras izmantošanas, kas pārskata OTDR paraugu ņemšanu un rada notikumu tabulu. Šī notikumu tabula parāda visus ar trajektoriju saistītus datus, piemēram, kļūdas veidu, attālumu līdz defektam, vājināšanos, atgriešanās zudumu un savienojuma zudumu.
OTDR princips
1.1 Rayleja backscattering
Sakarā ar pašas optiskās šķiedras defektu un dopinga komponentu neviendabīgumu optiskās šķiedras pavairojamajos optiskajos impulsos notiek Rayleijas izkliedēšana. Gaismas daļa (apmēram 0,0001% [1]) ir izkliedēta pretējā impulsa virzienā, un tādēļ tā tiek dēvēta par Rayleijas backscattering, kas nodrošina ar garumu atkarīgu noblīvējuma detaļas.
Freslena atstarošanas procesi notiek divu dažādu refrakcijas indeksa datu pārraides robežās (piemēram, savienotāji, mehāniski salaidumi, lūzumi vai šķiedru savienojumi). Šo fenomenu izmanto OTDR, lai precīzi noteiktu atrašanās vietu gar šķiedras garuma pārtraukumu. Pārmaiņas lielums ir atkarīgs no robežas virsmas līdzenuma un refrakcijas indeksa starpības. Fresnela atspoguļojumu var samazināt, izmantojot refrakcijas indeksa atbilstības šķidrumu.
OTDR galvenais veiktspējas indekss
Izpratne par OTDR darbības parametriem veicina faktisko OTDR optisko šķiedru mērīšanu. OTDR veiktspējas parametri galvenokārt ietver dinamisko diapazonu, aklo zonu, izšķirtspēju un precizitāti.
2.1. Dinamiskais diapazons
Dinamiskais diapazons ir viens no OTDR galvenajiem darbības rādītājiem, kas nosaka šķiedras maksimālo izmērāmo garumu. Jo lielāks dinamiskais diapazons, jo labāk līknes līnijas tips un ilgāks izmērāms attālums. Dinamiskais diapazons Pašlaik nav vienotas standarta aprēķina metodes [1]. Parasti lietotās dinamisko diapazonu definīcijas galvenokārt ietver šādas četras:
1 IEC definīcija (Bellcore): viena no bieži lietojamām dinamisko diapazonu definīcijām. Tiek ņemta dB atšķirība starp atpakaļgaitas līmeni sākumā un trokšņa pīķa līmeni. Mērījuma nosacījums ir OTDR maksimālais impulsa platums un mērīšanas laiks 180 sekundes.
2RMS Definīcija: visbiežāk lietotais dinamisko diapazonu definīcija. Ņemiet starpību dB starp sākuma atpakaļplūsmas līmeni un RMS trokšņa līmeni. Ja trokšņa līmenis ir Gauss, noteiktā RMS vērtība ir aptuveni 1,56 dB augstāka nekā IEC noteiktā vērtība.
3N = 0,1 dB Definīcija: vispraktiskākā definīcijas metode. Veikt maksimāli pieļaujamo vājināšanās vērtību, kas var izmērīt 0.1dB notikuma zudumu. N = 0,1 dB definētā vērtība ir aptuveni 6,6 dB mazāka nekā RMS noteiktais signāla un trokšņa koeficients SNR = 1, kas nozīmē, ka, ja OTDR ir 30 dB RMS dinamiskā diapazona, N = 0,1 dB definē tikai dinamisko diapazonu 23,4 dB, kas nozīmē tikai zaudējumus ar 0,1 dB zudumu mēra pa 23,4dB vājināšanās diapazonu.
Beigu noteikšana: dB atšķirība starp 4% Fresneles atstarojumu šķiedras sākumā un RMS trokšņu līmeni, kas ir par 12 dB lielāks nekā IEC definīcija.
2.2 Deadzone
"Blind zone" sauc arī par "miršanas zonu" un attiecas uz daļu, kur OTDR līkne nevar atspoguļot optiskās šķiedras līnijas stāvokli noteiktā distances diapazonā Fresnela atstarojuma ietekmē. Šī parādība galvenokārt notiek tāpēc, ka Fresneles atstarošanas signāls uz šķiedru saites padara fotodetektoru piesātinātu, kas prasa zināmu atgūšanas laiku. Mirušā zona var rasties OTDR paneļa priekšpusē vai citos Fresneles atstarojumos optiskās šķiedras savienojumā.
Bellcore definē divas mirušās zonas [2]: zibspuldzes zonas (ADZ) un "Event blind zone" (EDZ). Vājinātā zonas zona attiecas uz minimālo attālumu starp diviem atstarojošiem notikumiem, kad attiecīgos zaudējumus var izmērīt attiecīgi. Parasti zibspuldzes zonas zona ir 5-6 reizes lielāka par impulsa platumu (norādīts ar attālumu); notikuma neredzīgā zona nozīmē, ka divi pārdomas notikumi joprojām ir atšķirīgi. Minimālajā attālumā attālums līdz katram notikumam ir izmērāms, taču katra notikuma individuālais zudums nav izmērāms.
2.3. Izšķirtspēja
OTDR ir četri galvenie izšķirtspējas indikatori: izlases izšķirtspēja, displeja izšķirtspēja (to sauc arī par nolasīšanas izšķirtspēju), notikumu izšķirtspēja un attāluma izšķirtspēja. Paraugu ņemšanas izšķirtspēja ir minimālais attālums starp diviem paraugu ņemšanas punktiem, kas nosaka OTDR spēju noteikt notikumus. Paraugu ņemšanas izšķirtspēja ir saistīta ar pulsa platuma un attāluma diapazona izmēru izvēli. Displeja izšķirtspēja ir minimālā vērtība, ko instruments var parādīt. OTDR mikroprocesora sistēma katru paraugu ņemšanas intervālu sadala tā, lai kursors varētu pārvietoties paraugu ņemšanas intervālā. Īsākais attālums, ko pārvieto kursors, ir horizontālā displeja izšķirtspēja un redzamā minimālā vertikālā attēla izzušanas spēja.
Pasākuma izšķirtspēja attiecas uz OTDR slieksni, lai identificētu notikuma punktu testējamā saite, tas ir, notikuma lauka vērtība (noteikšanas slieksnis). OTDR apstrādā notikumu izmaiņas, kas ir mazākas par šo slieksni, kā līknes vienmērīgas slīpuma izmaiņas. Pasākuma izšķirtspēju nosaka fotodiodes izšķirtspējas slieksnis, kas nosaka minimālo vājinājumu, ko var izmērīt, pamatojoties uz diviem tuviem jaudas līmeņiem. Attāluma izšķirtspēja attiecas uz īsāko attālumu starp diviem blakus notikuma punktiem, kurus instruments var atrisināt. Šis rādītājs ir līdzīgs notikuma neredzamajai vietai un saistīts ar impulsa platuma un refrakcijas indeksa parametriem.
OTDR izmantošana
OTDR var veikt šādus mērījumus:
* Par katru notikumu: attālums, zaudējumi, pārdomas
* Katram šķiedru segmentam: segmenta garums, segmenta zaudējumi dB vai dB / Km, segmenta atdeves zaudējumi (ORL)
* Visai termināla sistēmai: ķēdes garums, ķēdes zudums dB, ķēdes ORL
Fiber mērīšanu ar OTDR var iedalīt trīs posmos: parametru iestatīšana, datu iegūšana un līknes analīze.
3.1 Parametru iestatījumi
Lielākā daļa OTDR testa šķiedras automātiski izvēlas labākos ieguves parametrus, pārsūtot testa impulsus. Lietotājam ir tikai jāizvēlas viļņa garums, iegūšanas laiks un nepieciešamie šķiedru parametri (piemēram, refrakcijas indekss, izkliedes koeficients utt.). Automātiski iegūst parametrus, lai operators varētu manuāli izvēlēties mērījumu parametrus zināmos mērīšanas apstākļos, aizņem noteiktu laiku.
3.1.1. Viļņu garuma izvēle
Optiskās sistēmas uzvedība ir tieši saistīta ar pārraides viļņa garumu. Dažādiem viļņu garumiem ir atšķirīgas optisko šķiedru absorbcijas īpašības un optiskās šķiedras savienojuma dažādība: tajā pašā optiskajā šķiedrā 1550 nm ir vairāk jutīgas pret locītavu nekā 1310 nm optiskā šķiedra, un 1550 nm vājināšanās ir mazāka par vienības garumu no 1310 nm. Lodēšanas vai savienotāja zudumi ir augstāki 1310 nm nekā 1550 nm. Šā iemesla dēļ optisko šķiedru testam vajadzētu būt vienādam ar sistēmas pārraidīto viļņu garumu, kas nozīmē, ka 1550 nm optiskajai sistēmai jāizvēlas viļņa garums 1550 nm.
3.1.2 impulsu platums
Pulsa platums kontrolē optisko jaudu, ko injicē šķiedrā OTDR. Jo ilgāk impulsa platums, jo lielāks ir dinamiskais mērījumu diapazons. To var izmantot, lai izmērītu garākas distances šķiedru, bet garais impulss arī radīs lielāku aklo zonu OTDR līknes formā; īss impulsu injekcijas apgaismojums zems, bet tas var samazināt neredzamās vietas. Pulsa platuma periods parasti tiek izteikts ns, un to var arī izteikt garuma vienībās (m) saskaņā ar formulu (4). Piemēram, 100 ns impulsu var interpretēt kā "10 m" impulsu.
3.1.3. Mērījumu diapazons
OTDR mērījumu diapazons attiecas uz maksimālo attālumu, ko OTDR iegūst datu paraugi. Šī parametra izvēle nosaka paraugu ņemšanas izšķirtspējas lielumu. Mērījumu diapazons parasti tiek noteikts attālumā no 1 līdz 2 reizes, kas ir mērāmās šķiedras garums.
3.1.4 Vidējais laiks
Tā kā aizmugurējā izkliedētā gaismas signāls ir ļoti vājš, statistiskās vidējās metodes parasti izmanto, lai uzlabotu signāla un trokšņa attiecību. Jo ilgāks vidējais laiks, jo augstāks ir signāla un trokšņa attiecība. Piemēram, 3 min iegāde būs 0,8 dB dinamiskāka nekā 1 min. Iegāde. Tomēr iegādes laiks, kas pārsniedz 10 minūtes, neuzlabo signāla un trokšņa attiecību. Vidējais laiks nepārsniedz 3 minūtes.
3.1.5 Šķiedru parametri
Šķiedru parametru iestatījumos ietilpst refrakcijas indeksa n un atgriezeniskā izkliedes koeficienta η iestatīšana. Refrakcijas indeksa parametrs ir saistīts ar attāluma mērīšanu, un atpakaļizplūdes koeficients ietekmē atstarojuma un atgriešanās zaudējumu mērījumu rezultātu. Šos divus parametrus parasti sniedz optiskās šķiedras ražotājs. Lielākajai daļai optiskās šķiedras optisko šķiedru tipa refrakcijas indekss un backscatter koeficients, kas dots 2. tabulā, var iegūt precīzākus attāluma un atdeves zaudējumu mērījumus.
Pieredze un prasmes
(1) Šķiedras kvalitātes vienkārša identifikācija:
Parastos apstākļos OTDR testa staru līknes pamatvirsma (viena vai vairāku optisko šķiedru kabeļa) slīpums būtībā ir vienāda, ja kāda slīpuma daļa ir lielāka, tas parāda, ka šīs sadaļas vājinājums ir lielāks; ja līknes korpuss ir neregulāra, slīpums svārstās. Ja tas ir izliekts vai izliekts, tas norāda, ka optiskās šķiedras kvalitāte nopietni degradēta un neatbilst sakaru prasībām.
(2) Viļņu garuma izvēle un viens divvirzienu tests:
1550 viļņa garums ir tālu no testa. 1550 nm ir jutīgāk pret saliekšanu nekā 1310 nm. 1550 nm ir mazāks par 1310 nm vienību un 1310 nm ir lielāks par 1550 nm vai savienotāju. Faktiskajos optisko kabeļu apkopes darbos parasti tiek pārbaudīti un salīdzināti abi viļņu garumi. Pozitīvas iedarbības fenomenu un attāluma diapazonu gadījumā, lai iegūtu labus testa secinājumus, jāveic divvirzienu testa analīze.
(3) locītavu tīrīšana:
Pirms optiskās šķiedras savienotāja pievienošana OTDR, tā ir rūpīgi jānotīra, ieskaitot OTDR izejas savienotāju un testējamo dzīvo savienotāju. Pretējā gadījumā ievietošanas zudums ir pārāk liels, mērījums nav ticams, līkne ir trokšņains vai pat mērījumu nevar veikt, un tas var arī sabojāt OTDR. Izvairieties no tīrīšanas līdzekļiem, izņemot spirtu vai lūšanas indeksu, kas atbilst šķidrumiem, jo tie var šķīdināt saistvielu šķiedru optikas savienotājā.
(4) Refrakcijas indeksa korekcija un izkliedes koeficients: optiskās šķiedras garuma mērīšanai 0,3 no novirze no lūzuma indeksa var izraisīt kļūdas 7m / km. Ilgākiem apgaismojuma segmentiem jāizmanto kabeļu ražotāja sniegtais lūšanas indekss. vērtība.
(5) spoku atzīšana un apstrāde:
OTDR līknes spike dažkārt ir saistīta ar atbalsi, ko izraisa netīša un spēcīga refleksija no incidenta beigām. Šo smaile sauc par spoku. Spoku atpazīšana: spokiem līkumos nav radīti būtiski zaudējumi; attālums starp spoku un līknes sākumu bija daudzkārtīgs attālums starp spēcīgo atspoguļošanas notikumu un sākumu, kļūstot simetriski. Novērst spokošanu: izvēlieties īsu impulsa platumu un pievienojiet vājināšanos spēcīgam atstarošanas priekšējam galam (piemēram, OTDR izvadei). Ja notikums, kas radīja spoku, ir šķiedras galā, var tikt izveidots "neliels locījums", lai mazinātu gaismu, kas atspoguļojas sākumā.
(6) Pozitīva izaugsmes fenomena apstrāde:
Pozitīvs pieaugums var rasties OTDR pēdas. Pozitīvs ieguvums ir saistīts ar faktu, ka šķiedra pēc salipšanas punkta rada lielāku attieksmi pret astigmatizmu nekā šķiedra pirms savienošanas punkta. Patiesībā šķiedra ir saplūdes zudumi šajā salaiduma punktā. Šķiedru ar dažādu režīma lauka diametru vai dažādu backscatter koeficientu metode bieži rodas. Tādēļ ir nepieciešams mērīt abos virzienos un vidēji rezultātus, kā salaiduma zudumu. Faktiskajā optisko kabeļu uzturēšanā ≤0.08dB var izmantot arī kā vienkāršu pieņemšanas principu.
(7) Papildu optisko šķiedru izmantošana:
Papildu šķiedra ir šķiedru gabals, ko izmanto, lai savienotu OTDR ar izmērāmo šķiedru, un to garums ir 300-2000 m. Tās galvenās funkcijas ir: priekšējā gala aklās zonas apstrāde un termināļa savienotāja ievietošanas mērīšana.
Kopumā lielākā ir mirušā zona, ko izraisījis savienotājs starp OTDR un testējamo šķiedru. Faktiskajā šķiedru faktiskajā mērījumā starp OTDR un testējamo optisko šķiedru tiek pievienots pārejas optiskais šķiedra, lai priekšējā gala mirušā zona ietilptu optiskās šķiedras pārejas procesā un pārbaudāmās optiskās šķiedras sākums kritums ir lineārais stabils OTDR līknes apgabals. Sprieguma ievietošanas zudumu šķiedru sistēmas sākumā var mērīt, pievienojot pārejas šķiedru OTDR. Ja vēlaties izmērīt savienotāju ievietošanas zudumus abos galos, katrā galā varat pievienot pārejas šķiedru.
Galvenie testa kļūdas faktori
1) OTDR pārbaudes instrumentu neatbilstības
Saskaņā ar OTDR testa principu tā pārraida optiskos impulsus uz pārbaudīto optisko šķiedru noteiktā laika periodā, pēc tam paraugus, kvantifikācijas, kodus un noteiktā ātrumā uzglabā atpakaļkopētos signālus no optiskajām šķiedrām. Pašam OTDR instrumentam ir kļūdas, ņemot vērā paraugu ņemšanas intervālu, kas galvenokārt atspoguļo attāluma izšķirtspēju. OTDR attāluma izšķirtspēja ir proporcionāla paraugu ņemšanas frekvencei.
2) Kļūdas testa instrumentu nepareizas darbības dēļ
Kabeļa defekta vietas noteikšanas testā OTDR mērītāja pareizība ir tieši saistīta ar šķēršļu pārbaudes precizitāti. Instrumenta parametru iestatīšana un precizitāte, nepareiza skaitītāja diapazona izvēle vai neprecīzi kursora iestatījumi testa rezultātos radīs kļūdas.
(1) Iestatiet kļūdu, ko rada skaitītāja refrakcijas indeksa novirze
Dažādu veidu refrakcijas indekss un optisko šķiedru ražotāji ir atšķirīgi. Izmantojot OTDR, lai pārbaudītu šķiedras garumu, vispirms ir jānosaka mērinstrumentu parametri, un viens no tiem ir lūšanas indeksa iestatījums. Ja vairāku kabeļu segmentu lūzuma indekss ir citāds, var izmantot segmentācijas metodi, lai samazinātu lūzuma indeksa iestatīšanas kļūdas radīto testa kļūdu.
(2) Nepareiza mērījumu diapazona izvēle
Ja OTDR mērītāja testa attāluma izšķirtspēja ir 1 metrs, tas nozīmē, ka skaitli var palielināt tikai tad, ja horizontālā skala katrā tīklā ir 25 metri. Metru konstrukcija ir viena pilna kamera ar 25 pakāpieniem uz kursoru. Šajā gadījumā katrs kursora kustības attālums ir 1 metrs, tāpēc lasīšanas izšķirtspēja ir 1 metrs. Ja izvēlaties 2 km / div horizontālajai skala, kursors pārvietosies par 80 metriem katram kursora kustībai. Var redzēt, ka jo lielāks ir testa laikā izvēlētais mērījumu diapazons, jo lielāka ir testa rezultātu novirze.
(3) Pareiza impulsa platuma izvēle
Tādā pašā impulsa amplitūdā, jo lielāks impulsa platums, jo lielāka impulsa enerģija ir. Šajā laikā arī OTDR dinamiskais diapazons ir lielāks, un attiecīgais akls laukums ir arī liels.
(4) Nepareiza vidējā laika izvēle
OTDR testa līkne paraugus atspoguļo signālu pēc katra izejas impulsa un vidēji vairākus paraugus, lai novērstu dažus gadījuma notikumus. Jo ilgāks vidējais laiks, jo tuvāk trokšņa līmenis ir minimālajai vērtībai, un jo lielāks dinamiskais diapazons. Jo ilgāks vidējais laiks, jo augstāka ir testa precizitāte, bet precizitāte nepalielināsies, kad sasniegs noteiktu līmeni. Lai uzlabotu testa ātrumu un saīsinātu kopējo testa laiku, vispārējo testa laiku var izvēlēties 0,5 līdz 3 minūtes.
(5) Nepareizs kursora izvietojums
Pārrāvumi optisko šķiedru savienojumos, mehāniskajos savienojumos un šķiedros var izraisīt zaudējumus un atstarojumus, un šķiedru gala salūzgotā gala virsma var radīt dažādas Fresneles atstarošanas virsotnes vai arī Fresnela atstarošanu, jo gala virsma nav pareiza. Ja kursora iestatījumi nav pietiekami precīzi, radīsies dažas kļūdas.
