OTDR on hienostunut sähköoptinen integraatio-instrumentti, joka on valmistettu Rayleigh-sirontajasta ja Fresnel-heijastuksen paluuvirrasta, kun valo lähetetään optisen kuidun läpi. Sitä käytetään laajalti optisten kuitukaapelien ylläpitoon ja rakentamiseen. Suorita kuitujen pituusmittaus, kuituvaimennus, liitosvaimennus ja vianmääritys.
OTDR-testi suoritetaan emittoimalla valopulsseja kuituun ja vastaanottamalla sitten palautetut tiedot OTDR-porttiin. Kun valopulsseja etenee kuidun sisällä, sironta tai heijastus tapahtuu kuitujen, liittimien, nivelien, mutkien tai muiden vastaavien tapahtumien vuoksi. Jotkut sironnoista ja heijastuksista palautetaan OTDR: ään. Palautettavat hyödylliset tiedot mitataan OTDR: n ilmaisimilla, jotka toimivat ajan- tai käyräsegmentteinä kuidun eri paikoissa.
Etäisyys voidaan laskea siitä hetkestä, kun signaali palaa-signaaliin määrittää lasin materiaalin valon nopeuden. Seuraava kaava kertoo kuinka OTDR mittaa etäisyyttä. d = (c × t) / 2 (IOR) Tässä kaavassa c on valon nopeus tyhjössä ja t on kokonaisaika signaalin lähettämisen jälkeen, kunnes signaali vastaanotetaan (kaksisuuntainen) (kaksi arvot kerrotaan 2 yksisuuntaisella etäisyydellä). Koska valo on hitaampaa lasissa kuin tyhjössä, etäisyyden mittaamiseksi tarkasti, testattavan kuidun on määritettävä taitekerroin (IOR). Kuituvalmistaja on merkinnyt IOR: n.
OTDR käyttää Rayleigh-sironta- ja Fresnel-heijastusta kuidun karakterisointiin. Rayleigh-sironta tuottaa optisten signaalien epäsäännöllistä sirontaa kuidusta pitkin. OTDR mittaa osan hajustetusta valosta takaisin OTDR-porttiin. Nämä backscatter-signaalit osoittavat kuidun aiheuttaman vaimennuksen (häviämisen / etäisyyden). Tuloksena oleva liikerata on laskeva käyrä, mikä osoittaa, että takaisinsirontavoima laskee, mikä johtuu sekä lähetettyjen että paluuvirtaisten signaalien menetyksestä tietyn etäisyyden jälkeen.
Kuidun parametrien perusteella voidaan määrittää Rayleigh-sirontavoima. Jos aallonpituus tunnetaan, se on verrannollinen signaalin pulssin leveyteen: mitä pidempi on pulssin leveys, sitä voimakkaampi takaisinsirontavoima. Rayleigh-sirontavoima liittyy myös lähetetyn signaalin aallonpituuteen ja lyhyemmät aallonpituudet ovat tehokkaampia. Toisin sanoen 1310 nm: n signaalin tuottama reitti on suurempi kuin 1550 nm: n signaalin tuottama liikeradan Rayleigh-takaisinsironta.
Ylä-aallonpituusalueella (yli 1500 nm) Rayleigh-sironta jatkuu laskuaan, mutta toinen ilmiö, jota kutsutaan infrapunan vaimennukseksi (tai absorptioksi), tapahtuu, mikä lisää ja johtaa yleisen vaimennusarvon nousuun. Siksi 1550 nm on alhaisin vaimennus aallonpituus; tämä selittää myös miksi se on pitkän matkan viestinnän aallonpituus. Luonnollisesti nämä ilmiöt vaikuttavat myös OTDR: ään. OTDR: nä, jonka aallonpituus on 1550 nm, sillä on myös heikko vaimennuskyky, joten sitä voidaan testata pitkiä matkoja. Koska erittäin heikentynyt 1310nm: n tai 1625nm: n aallonpituus, OTDR: n testausetäisyys on rajoitettu, koska testilaitteiston on havaittava terävä piikki OTDR-jäljessä ja tämän piikin kärki tulee nopeasti melulle.
Fresnel-heijastukset ovat toisaalta erillisiä heijastuksia, jotka johtuvat yksittäisten pisteiden aiheuttamasta koko kuidusta. Nämä pisteet koostuvat tekijöistä, jotka aiheuttavat muutoksen taitekerroinnissa, kuten lasin ja ilman välisessä kuilussa. Näissä kohdissa tulee olemaan voimakas selkävärjätty valo, joka heijastuu takaisin. Sen vuoksi OTDR: n on käytettävä Fresnel-heijastustietoa liitäntäpisteen, kuidun lopettamisen tai breakpointin löytämiseksi.
Suurilla OTDR: eillä on kyky tunnistaa kokonaan ja automaattisesti kuidun laajuus. Tämä uusi ominaisuus perustuu suurelta osin kehittyneen analyysiohjelmiston käyttöön, joka arvioi OTDR-näytteenoton ja luo tapahtumataulukon. Tämä tapahtuma -taulukko näyttää kaikki liikeradan liittyvät tiedot, kuten vian tyyppi, etäisyyden vika, vaimennus, paluuhäviö ja liitäntävajaus.
OTDR-periaatetta
1.1 Rayleigh Backscattering
Johtuen optisen kuidun virheestä ja dopingkomponenttien epäyhtenäisyydestä Rayleigh-sironta tapahtuu valokuitujen propulsioissa olevissa optisissa pulssissa. Osa valosta (noin 0,0001% [1]) hajotetaan takaisin pulssin vastakkaiseen suuntaan ja sitä kutsutaan tämän vuoksi Rayleigh-paluuvirraksi, joka tuottaa pituudesta riippuvia vaimennustietoja.
Fresnel-heijastuksia esiintyy kahden eri taitekerroinlähetysväliaineen rajojen (kuten liittimien, mekaanisten silmukoiden, murtumien tai kuitujen päätteiden) rajoissa. Tätä ilmiötä käytetään OTDR: ssä määrittämään tarkasti asema pitkin epäjatkuvuutta kuidun pituudessa. Heijastuksen koko riippuu rajapinnan tasaisuudesta ja taitekertoimen erosta. Fresnel-heijastusta voidaan vähentää käyttämällä taitekertoimen vastaavaa nestettä.
OTDR-pääindeksi
OTDR: n suorituskykyparametrien ymmärtäminen edistää OTDR: n todellista kuidun mittaamista. OTDR-suorituskykyparametrit sisältävät pääasiassa dynaamisen alueen, sokeuden alueen, tarkkuuden ja tarkkuuden.
2.1 Dynaaminen alue
Dynaaminen alue on yksi OTDR: n tärkeimmistä suorituskykyindikaattoreista, joka määrittää kuidun maksimaalisen mitattavan pituuden. Mitä suurempi dynaaminen alue, sitä parempi käyräluokka ja sitä pidempi mitattava etäisyys. Dynaaminen alue Tällä hetkellä ei ole yhtenäistä standardin laskentamenetelmää [1]. Yleisesti käytettyjä dynaamisia alueita koskevat määritelmät sisältävät pääasiassa seuraavat neljä:
1 IEC-määritelmä (Bellcore): Yksi yleisesti käytetyistä dynaamisista alueista. DB-ero takaisinsirontakytkennän välillä alussa ja kohinan huipputaso otetaan. Mittaustila on OTDR: n maksimi pulssileveys ja mittausaika 180 sekuntia.
2RMS Määritelmä: Yleisimmin käytetty dynaamisen alueen määrittely. Ota ero dB: n välillä lähtötasavirtatason ja RMS-melutason välillä. Jos melutaso on Gaussian, määritetty RMS-arvo on noin 1,56 dB korkeampi kuin IEC-määritetty arvo.
3N = 0,1 dB Määritelmä: Käytännöllisin määritysmenetelmä. Suurin sallittu vaimennusarvo, joka voi mitata 0,1dB: n tapahtuman menetyksen. N = 0,1 dB määritelty arvo on noin 6,6 dB pienempi kuin RMS-määritelty signaali-kohinasuhde SNR = 1, mikä tarkoittaa, että jos OTDR: ssä on 30 dB: n RMS-dynaaminen alue, N = 0,1 dB määrittää dynaamisen alueen vain 23,4 dB, mikä merkitsee vain häviöitä, joissa on 0,1 dB: n häviö mitattuna 23,4 dB: n vaimennusalueella.
Loppuilmaisu: dB-ero kuidun alussa olevan 4%: n Fresnel-heijastuksen ja RMS-melutason välillä, joka on noin 12 dB suurempi kuin IEC-määritelmä.
2.2 Deadzone
"Sokea alue" kutsutaan myös "kuolleeksi alueeksi" ja viittaa osaan, jossa OTDR-käyrä ei voi heijastaa optisen kuitulinjan tilaa tietyllä etäisyyksillä Fresnel-heijastuksen vaikutuksesta. Tämä ilmiö johtuu pääasiassa siitä, että kuitulinkillä oleva Fresnel-heijastussignaali tekee valoilmaisimesta kyllästetyn, mikä vaatii tietyn palautumisaikaa. Kuollut alue voi esiintyä OTDR-paneelin etupuolella tai muissa Fresnel-heijastuksissa valokuitukaapelissa.
Bellcore määrittelee kaksi kuolleita alueita [2]: vaimennuksen sokeusvyöhyke (ADZ) ja sokeusalue (EDZ). Vaimennuksen sokeusalue viittaa kahden heijastustapahtuman väliseen vähimmäiseen etäisyyteen, kun vastaava häviö voidaan mitata vastaavasti. Yleensä vaimennuksen sokea alue on 5-6 kertaa pulssin leveydestä (osoitettu etäisyydellä); tapahtuma sokea alue tarkoittaa, että kaksi heijastus tapahtumia on edelleen erotettavissa. Minimietäisyydellä, etäisyys jokaisesta tapahtumasta on mitattavissa, mutta kunkin tapahtuman yksittäinen menetys ei ole mitattavissa.
2.3 Päätöslauselma
OTDR: ssä on neljä pääresoluutio-indikaattoria: näytteen resoluutio, näytön resoluutio (kutsutaan myös lukuarvotuksella), tapahtumien tarkkuus ja etäisyysresoluution. Näytteenottotarkkuus on kahden näytteenottopaikan välinen vähimmäisaika, joka määrittää OTDR: n kyvyn etsiä tapahtumia. Näytteenottotarkkuus liittyy pulssinleveyden ja etäisyysetäisyyden valintaan. Näytön tarkkuus on vähimmäisarvo, jota laite voi näyttää. OTDR jakaa jokaisen näytteenottovälin mikroprosessointijärjestelmään siten, että kohdistin voi liikkua näytteenottovälillä. Lyhin etäisyys, johon kohdistin liikkuu, on vaakasuora näytön tarkkuus ja näytetty vähimmäisvaimennus pystysuoran näytön tarkkuudella.
Tapahtuman resoluutiolla tarkoitetaan OTDR: n kynnystä testattavan linkin tapahtumapisteen, ts. Tapahtumakentän arvon (tunnistuskynnys), tunnistamiseksi. OTDR käsittelee tapahtumamuutoksia, jotka ovat pienempiä kuin tämä kynnys kuin käyrän yhtenäisen kaltevuuden muutoksen piste. Tapahtuman resoluutiota määräytyy valodiodin resoluutiokynnyksellä, joka määrittää vähimmäisvaimennuksen, joka voidaan mitata kahden läheisen tehotason perusteella. Etäisyyden tarkkuus tarkoittaa viiden vierekkäisen tapahtumapisteen lyhintä etäisyyttä, jonka laite voi ratkaista. Tämä indeksi on samanlainen kuin tapahtuman sokea piste, ja se liittyy pulssin leveyteen ja taitekertoimen parametreihin.
OTDR: n käyttö
OTDR voi suorittaa seuraavat mittaukset:
* Jokaisesta tapahtumasta: etäisyys, menetys, heijastus
* Jokaiselle kuitulohkolle: segmentin pituus, segmentin tappio dB tai dB / km, segmentin paluuhäviö (ORL)
* Koko päätelaitteisto: ketjun pituus, ketjun menetys dB, ketju ORL
Kuitujen mittaus OTDR: llä voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen: parametrien asettaminen, tiedonhankinta ja käyrän analysointi.
3.1 Parametriasetukset
Useimmat OTDR-testikuidut valitsevat automaattisesti parhaimmat hankintaparametrit lähettämällä testipulsseja. Käyttäjän on valittava vain aallonpituus, hankinta-aika ja tarvittavat kuituparametrit (kuten taitekerroin, sirontakerroin jne.). Parametrien hankkimiseen kuluu automaattisesti aikaa, jotta käyttäjä voi valita manuaalisesti mittausparametrit tunnetuissa mittausolosuhteissa.
3.1.1 Aallonpituusvalinta
Optisen järjestelmän käyttäytyminen liittyy suoraan lähetysaallonpituuteen. Eri aallonpituuksilla on optisten kuitujen erilaiset vaimennusominaisuudet ja erilaiset käyttäytymiset optisessa kuidussa. Samassa optisessa kuidussa 1550 nm on herkempi taivutukselle kuin 1310 nm: n optinen kuitu ja 1550 nm: n vaimennus on pienempi kuin yksikön pituus 1310 nm. Juotos tai liitin menetykset ovat korkeammat 1310 nm kuin 1550 nm. Tästä syystä optisen kuitutestin pitäisi olla sama kuin järjestelmän lähettämä aallonpituus, mikä tarkoittaa, että 1550 nm: n optisen järjestelmän on valittava aallonpituus 1550 nm.
3.1.2 Pulssileveys
Pulssileveys ohjaa OTDR: n kuituun ruiskutettua optista tehoa. Mitä pidempi on pulssin leveys, sitä suurempi on dynaaminen mittausalue. Sitä voidaan käyttää pitemmän etäisyyden mittaamiseen, mutta pitkä pulssi tuottaa myös suuremman sokeuden alueen OTDR-käyrän aaltomuodossa; lyhyt pulssi-injektion valotaso Matala, mutta voi vähentää sokeita pisteitä. Pulssileveysjakso ilmaistaan tavallisesti ns: ksi, ja se voidaan ilmaista myös pituusyksiköinä (m) kaavan (4) mukaisesti. Esimerkiksi 100 ns pulssia voidaan tulkita "10 m: n" pulssiksi.
3.1.3 Mittausalue
OTDR-mittausalue viittaa maksimimatkaan, jonka OTDR hankkii näytteitä. Tämän parametrin valinta määrittää näytteenottotarkkuuden koon. Mittausalue asetetaan yleensä 1-2 kertaa mitattavan kuidun pituuteen.
3.1.4 Keskimääräinen aika
Koska palosuojattua valosignaalia on erittäin heikko, tilastollista keskiarvoista menetelmää käytetään yleensä signaali-kohinasuhteen parantamiseen. Mitä pidempi on keskimääräinen aika, sitä korkeampi signaali-kohinasuhde. Esimerkiksi 3 min: n hankinta on 0,8 dB dynaamisempi kuin 1 min: n hankinta. Kuitenkin yli 10 minuutin hankinta-aika ei paranna signaali-kohinasuhdetta. Keskimääräinen aika ei ylitä 3 minuuttia.
3.1.5 Kuituparametrit
Kuituparametrien asettamiseen kuuluu taitekerroin n ja takaisinsirontakerroin η. Taitekerroinparametri liittyy etäisyyden mittaukseen ja takaisinsirontakerroin vaikuttaa heijastuksen ja paluuhäviön mittaustulokseen. Nämä kaksi parametria annetaan yleensä optisen kuidun valmistajalta. Useimmille optiselle kuidulle voidaan taivutuksen indeksi ja taulukossa 2 annettu takaisinsirontakerroin saada tarkemmat etä- ja paluuhäviöt.
Kokemus ja taidot
(1) Kuidun laadun yksinkertainen tunnistaminen:
Normaaleissa olosuhteissa OTDR-testiaaltokäyrän päärunko (yksi tai useampi valokuitukaapeli) on lähes sama, jos tietty osa kaltevuudesta on suurempi, se osoittaa, että tämän osan vaimennus on suurempi; jos käyrän runko on epäsäännöllinen, kaltevuus vaihtelee, jos taivutettu tai kaareva, se osoittaa, että optisen kuidun laatu huononee vakavasti ja ei täytä viestintävaatimuksia.
(2) Aallonpituuden valinta ja yksi kaksisuuntainen testi:
1550-aallonpituus on kauempana testistä. 1550 nm on herkempi taivutukselle kuin 1310 nm. 1550 nm on pienempi kuin 1310 nm yksikkö ja 1310 nm on suurempi kuin 1550 nm tai liitin. Varsinaisessa optisessa kaapelin kunnossapitotyössä molemmat aallonpituudet testataan ja verrataan yleensä. Positiivisten vahvistusilmiöiden ja yli-etäisyyksien etäisyydelle on suoritettava kaksisuuntainen testi-analyysi, jotta saadaan hyvät testitulokset.
(3) yhteinen puhdistus:
Ennen kuin optinen kuituliitin on kytketty OTDR: ään, se on puhdistettava huolellisesti, mukaan lukien testattavan OTDR: n ja live-liittimen lähtöliitin. Muussa tapauksessa lisäysvaimennus on liian suuri, mittaus on epäluotettavaa, käyrä on meluisa tai jopa mittausta ei voida suorittaa, ja se voi myös vahingoittaa OTDR: ää. Vältä muiden puhdistusaineiden kuin alkoholin tai taitekertoimen vastaavia nesteitä, koska ne voivat liuottaa sideaineen valokaapeliin.
(4) Taitekertoimen ja sirontakertoimen korjaus: Valokuidun pituuden mittaamiseksi 0,01: n poikkeama taitekertoimesta aiheuttaisi virheitä jopa 7m / km. Pidempiä valosegmenttejä varten on käytettävä kaapelivalmistajan antamaa taitekertointa. arvo.
(5) Aaveiden tunnistaminen ja käsittely:
OTDR-käyrän piikki johtuu joskus kaikuista, jotka aiheutuvat lähellä olevista ja voimakkaista heijastuksista vaaratilanteesta. Tätä piikkiä kutsutaan haamuksi. Aaveiden tunnustaminen: Haamut kaarteissa eivät aiheuttaneet merkittävää menetystä; haamun ja käyrän alku oli vahvan heijastustapahtuman ja alun välisen etäisyyden monikerta, josta tuli symmetrinen. Poista haamukuvaus: Valitse lyhyt pulssinleveys ja lisää vaimennus vahvaan heijastuspäähän (kuten OTDR-ulostulo). Jos tapahtuma, joka aiheutti haamukuvan kuidun lopussa, voidaan tehdä "pieni mutka" vaimentamaan valoa, joka heijastuu takaisin alkuun.
(6) positiivinen voitto ilmiö käsittely:
Positiivinen voitto saattaa esiintyä OTDR-jäljityksessä. Positiivinen vahvistus johtuu siitä, että kuitu jakautumispisteen jälkeen tuottaa enemmän taaksepäin hajoavaa astigmatismia kuin kuitu ennen liitospistettä. Itse asiassa kuitu on silmukka-tappio tässä liitospisteessä. Se esiintyy usein kuitujen hitsausprosessissa, joilla on eri moodikentän halkaisijat tai erilaiset takaisinsirontakertoimet. Sen vuoksi on välttämätöntä mitata molempiin suuntiin ja tulosten keskiarvoa liitoksen menetyksenä. Varsinaisessa optisessa kaapelihoidossa ≤0,08dB voidaan käyttää myös yksinkertaisena hyväksymisperiaatteena.
(7) Lisävalokuitujen käyttö:
Lisäkuitu on kuituosa, jota käytetään yhdistämään OTDR mitattavaan kuituun ja jonka pituus on 300-2000 m. Sen päätoiminnot ovat: etummaisen sokeuden alueen käsittely ja päätelaitteen liittimen mittaus.
Yleensä OTDR: n ja testattavan kuidun välisen liittimen aiheuttama kuollut alue on suurin. Optisen kuidun todellisessa mittauksessa lisätään siirtymäkauden optista kuitua testattavan OTDR: n ja optisen kuidun väliin niin, että etupään kuolleisuusalue siirtyy siirtymävalokuituun ja testattavan optisen kuidun alku putoaa OTDR-käyrän lineaariselle stabiilille alueelle. Kuitujärjestelmän alussa olevan liittimen työntöhäviö voidaan mitata lisäämällä siirtymäkuitu OTDR: ään. Jos haluat mitata liitinten menetyksen molemmista päistä, voit lisätä siirtymäkuidun kummassakin päässä.
Testausvirheen tärkeimmät tekijät
1) OTDR-testivälineiden alkuperäiset poikkeamat
OTDR: n testiperiaatteen mukaan se lähettää optisia pulsseja testatuille optiselle kuidulle tietyn ajanjakson jälkeen ja sitten näytteet, kvantisoi, koodaa ja tallentaa selektiiviset signaalit optisista kuiduista tietyllä nopeudella. OTDR-laitteella itsessään on virheitä näytteenottovälin takia, mikä heijastuu pääasiassa etäisyyteen. OTDR: n etäisyysresoluutio on verrannollinen näytteenottotaajuuteen.
2) Testivälineiden väärä käyttö
Kaapelivikojen paikannustestissä OTDR-mittarin käytön oikeellisuus liittyy suoraan estotestin oikeellisuuteen. Instrumentin parametrien asetus ja tarkkuus, mittarin alueen virheellinen valinta tai virheelliset kohdistinasetukset johtavat virheisiin testituloksissa.
(1) Määritä mittarin taitekertoimen poikkeaman aiheuttama virhe
Eri tyyppisten taitekertoimien ja optisten kuitujen valmistajat eroavat toisistaan. Kun käytät OTDR: ää kuidun pituuden testaamiseen, instrumenttiparametrit on asetettava ensin, ja taitekertoimen asetus on yksi niistä. Kun useiden kaapelisegmenttien taitekerroin on erilainen, segmentointimenetelmää voidaan käyttää vähentämään tärähtelyindeksin asetusvirheestä johtuvaa testivirheä.
(2) mittausalueen virheellinen valinta
Kun OTDR-mittarin testietäisyys on 1 metri, se tarkoittaa, että kuvaa voidaan suurentaa vain, kun vaaka-asteikko on 25 metriä verkkoa kohden. Mittarin rakenne on yksi täysi solu, jossa on 25 askelta kohdistinta kohden. Tällöin jokaisen kohdistimen siirtyminen tarkoittaa 1 metrin etäisyyttä, joten lukuarvo on 1 metri. Jos valitset vaaka-asteikosta 2 km / div, kohdistin siirtyy 80 metriin kohdistimen jokaisen siirron kohdalla. Voidaan nähdä, että mitä suurempaa testin aikana valittua mittausaluetta suurempi on, testitulosten poikkeama on suurempi.
(3) Pulssileveyden virheellinen valinta
Samalla pulssin amplitudin kunnolla, sitä suurempi on pulssin leveys, sitä suurempi on pulssin energia. Tällä hetkellä OTDR: n dynaaminen alue on myös suurempi ja vastaava sokea alue on myös suuri.
(4) Keskimääräisen ajan virheellinen valinta
OTDR-testikuvio ottaa näytteitä heijastuneen signaalin jokaisen lähtöpulssin jälkeen ja laskee useita näytteitä satunnaisten tapahtumien poistamiseksi. Mitä pitempi keskimääräinen aika, sitä lähempänä melutaso on minimiarvo ja sitä suurempi dynaaminen alue. Mitä pitempi keskimääräinen aika, sitä suurempi testitarkkuus, mutta tarkkuus ei kasva, kun se saavuttaa tietyn tason. Testinopeuden parantamiseksi ja yleisen koeajan lyhentämiseksi yleinen koeaika voidaan valita 0,5-3 minuutissa.
(5) kohdistimen virheellinen sijoittaminen
Kuituoptisten liittimien, mekaanisten silmukoiden ja kuitujen katkokset voivat aiheuttaa häviöitä ja heijastuksia, ja kuitupään rikki päätypinta voi tuottaa erilaisia Fresnel-heijastuspiikkejä tai ei ole Fresnel-heijastusta päätypinnan epäsäännöllisyydestä johtuen. Jos kohdistimen asetukset eivät ole riittävän tarkkoja, tulee olemaan joitain virheitä.
