OTDR, bir optik fiberden ışık iletildiğinde, Rayleigh saçılması ve Fresnel yansıması geri saçılmasından oluşan sofistike bir elektro-optik entegrasyon aracıdır. Optik fiber kabloların bakımı ve yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Elyaf uzunluğu ölçümü, lif zayıflaması, eklem zayıflaması ve arıza yeri ölçümleri gerçekleştirin.
OTDR testi, fiber içine ışık atımları göndererek ve daha sonra OTDR portunda iade edilen bilgileri alarak gerçekleştirilir. Işık darbeleri elyaf içinde yayıldığında, lif, konektörler, eklemler, bükülmeler veya diğer benzer olayların doğası nedeniyle saçılma veya yansıma meydana gelir. Saçılma ve yansımaların bir kısmı OTDR'ye geri döndü. Geri döndürülen faydalı bilgiler, OTDR'nin fiber içerisindeki farklı konumlarda zaman veya eğri segmentleri olarak görev yapan detektörleri tarafından ölçülür.
Mesafe, cam malzemedeki ışığın hızını belirlemek için sinyalin dönüş sinyaline kadar geçen süreden hesaplanabilir. Aşağıdaki formülde OTDR'nin mesafeyi nasıl ölçtüğü açıklanmaktadır. d = (c × t) / 2 (IOR) Bu formülde, c, bir vakumdaki ışığın hızıdır ve sinyal alınana kadar (iki yönlü) sinyal gönderildikten sonraki toplam süre (t) Değerler 2 ile çarpılır. Tek yön mesafesinden sonra). Işık, camdan vakumta olduğundan daha yavaş olduğu için, mesafeyi doğru bir şekilde ölçmek için test altındaki elyafın kırılma indisini (IOR) belirtmesi gerekir. IOR fiber üreticisi tarafından işaretlenmiştir.
OTDR, elyafı karakterize etmek için Rayleigh saçılması ve Fresnel yansımasını kullanır. Rayleigh saçılması, fiber boyunca optik sinyallerin düzensiz saçılmasından kaynaklanır. OTDR, dağınık ışığın bir kısmını OTDR portuna geri ölçer. Bu geri saçılma sinyalleri, fiberin neden olduğu zayıflama (kayıp / mesafe) derecesini gösterir. Ortaya çıkan yörünge, aşağı doğru bir eğridir, bu da geri saçılma gücünün azaldığını gösterir, ki bu da belirli bir mesafe boyunca iletimden sonra iletilen ve geri saçılan sinyallerin kaybına bağlıdır.
Fiber parametreleri göz önüne alındığında, Rayleigh saçılma gücü belirlenebilir. Dalgaboyu biliniyorsa, sinyalin darbe genişliği ile orantılıdır: darbe genişliği ne kadar uzun olursa, arka saçılma gücü o kadar güçlü olur. Rayleigh saçılma gücü de iletilen sinyalin dalga boyu ile ilişkilidir ve daha kısa dalga boyları daha güçlüdür. Yani, 1310 nm sinyali tarafından üretilen yörünge, 1550 nm sinyali tarafından üretilen yolun Rayleigh geri saçılmasından daha yüksek olacaktır.
Yüksek dalga boyu bölgesinde (1500 nm'nin üzerinde), Rayleigh saçılması azalmaya devam etmektedir, ancak kızılötesi zayıflama (veya absorpsiyon) olarak adlandırılan başka bir fenomen ortaya çıkar ve genel zayıflama değerinde bir artışla sonuçlanır. Bu nedenle, 1550 nm en düşük zayıflama dalga boyudır; Bu aynı zamanda, uzun mesafeli iletişimin dalga boyunun neden olduğunu da açıklıyor. Doğal olarak, bu fenomenler ayrıca OTDR'yi de etkiler. 1550 nm dalga boyuna sahip bir OTDR olarak, aynı zamanda düşük zayıflama performansına sahiptir, bu yüzden uzun mesafelerde test edilebilir. Oldukça zayıflatılmış 1310nm veya 1625nm dalga boyu gibi, OTDR'nin test mesafesi sınırlı olacaktır çünkü test ekipmanı OTDR izinde keskin bir artış tespit etmelidir ve bu başak ucu hızla gürültüye girecektir.
Öte yandan, Fresnel yansımaları, tüm fiberdeki bireysel noktaların neden olduğu farklı yansımalardır. Bu noktalar, cam ve hava arasındaki boşluk gibi kırılma katsayısında bir değişikliğe neden olan faktörlerden oluşur. Bu noktalarda, geriye yansıyan güçlü arka ışık var. Bu nedenle, OTDR bağlantı noktası, fiber sonlandırma veya kesme noktasını bulmak için Fresnel yansıma bilgilerini kullanacaktır.
Büyük OTDR'ler, fiberin kapsamını tam olarak ve otomatik olarak tanımlama yeteneğine sahiptir. Bu yeni özellik, büyük ölçüde OTDR örneklemesini inceleyen ve bir etkinlik tablosu oluşturan gelişmiş analiz yazılımlarının kullanımından kaynaklanmaktadır. Bu olay tablosu, hatanın tipi, arızaya uzaklık, zayıflama, geri dönüş kaybı ve ekleme kaybı gibi tüm yörünge ile ilgili verileri gösterir.
OTDR prensibi
1.1 Rayleigh Backscattering
Optik fiberin kusurundan ve doping bileşenlerinin homojen olmamasından dolayı, optik elyafta yayılan optik darbelerde Rayleigh saçılması meydana gelir. Işığın bir kısmı (yaklaşık% 0.0001 [1]), nabzın ters yönünde geri saçılmıştır ve bu nedenle, uzunluğa bağlı zayıflatma ayrıntılarını sağlayan Rayleigh geri saçılması olarak adlandırılmaktadır.
Fresnel yansımaları, iki farklı kırılma indeksi iletim ortamının sınırlarında (konektörler, mekanik ek yerleri, kırıklar veya fiber sonlandırmaları gibi) meydana gelir. Bu fenomen, OTDR tarafından lif uzunluğundaki süreksizlik boyunca konumu doğru bir şekilde belirlemek için kullanılır. Yansımanın boyutu, sınır yüzeyinin düzlüğüne ve kırılma indeksindeki farklılığa bağlıdır. Fresnel yansıması, refraktif indeks eşleştirme sıvısı kullanılarak azaltılabilir.
OTDR ana performans endeksi
OTDR'nin performans parametrelerini anlamak, OTDR'nin gerçek fiber ölçümüne katkıda bulunur. OTDR performans parametreleri temel olarak dinamik alan, kör alan, çözünürlük ve doğruluk içerir.
2.1 Dinamik aralık
Dinamik aralık, fiberin maksimum ölçülebilir uzunluğunu belirleyen OTDR'nin ana performans göstergelerinden biridir. Dinamik aralık ne kadar geniş olursa eğri çizgi tipi o kadar iyi olur ve ölçülebilir mesafe o kadar uzar. Dinamik Aralık Şu anda tek tip standart hesaplama yöntemi yoktur [1]. Yaygın olarak kullanılan dinamik aralık tanımları temel olarak aşağıdaki dört içerir:
1 IEC tanımı (Bellcore): Yaygın olarak kullanılan dinamik aralık tanımlarından biri. Başlangıçta geri saçılma seviyesi ve gürültü tepe seviyesi arasındaki dB farkı alınır. Ölçüm koşulu OTDR'nin maksimum darbe genişliği ve 180 saniyelik ölçüm süresidir.
2RMS Tanımı: En çok kullanılan dinamik aralık tanımı. Başlangıç backscatter seviyesi ve RMS gürültü seviyesi arasındaki dB arasındaki farkı alın. Gürültü seviyesi Gauss ise, belirlenen RMS değeri IEC tanımlı değerden yaklaşık 1.56 dB daha yüksektir.
3N = 0.1dB Tanım: En pratik tanım metodu. 0.1dB olayının kaybını ölçebilecek maksimum izin verilebilir zayıflama değerini alın. N = 0.1dB tanımlı değer, RMS tanımlı sinyal-gürültü oranı SNR = 1'den yaklaşık 6.6dB daha küçüktür, yani OTDR bir 30dB RMS dinamik aralığa sahipse, N = 0.1dB sadece bir dinamik aralığını tanımlar. 23.4dB, yani sadece 23.4dB zayıflama aralığında ölçülen 0.1 dB kayıplı kayıplar anlamına gelir.
Son saptama: Lifin başlangıcındaki% 4 Fresnel yansıması ve IEC tanımından yaklaşık 12 dB daha yüksek olan RMS gürültü seviyesi arasındaki dB farkı.
2.2 Deadzone
"Kör bölge" de "ölü bölge" olarak adlandırılır ve OTDR eğrisinin Fresnel yansımasının etkisi altında belirli bir mesafe aralığında optik fiber hattının durumunu yansıtamayacağı kısmı ifade eder. Bu durum, esas olarak, fiber bağlantı üzerindeki Fresnel yansıma sinyali, fotodetektörü doygun hale getirdiği ve bunun belirli bir iyileşme süresi gerektirdiği için ortaya çıkar. Ölü bölge, OTDR panelinin ön tarafında veya fiber optik bağlantıdaki diğer Fresnel yansımalarında meydana gelebilir.
Bellcore iki ölü bölge tanımlar [2]: Zayıflatma kör bölgesi (ADZ) ve Olay kör bölgesi (EDZ). Zayıflatma zonu, ilgili kayıp sırasıyla ölçülebildiğinde iki yansıma olayı arasındaki minimum mesafeyi ifade eder. Genel olarak, zayıflatma kör bölgesi darbe genişliğinin 5-6 katıdır (mesafe ile gösterilir); Olay kör bölgesi, iki yansıma olayının hala ayırt edilebilir olduğu anlamına gelir. Minimum mesafede, her bir etkinliğe uzaklık ölçülebilir, ancak her bir olayın bireysel kaybı ölçülemez.
2.3 Çözünürlük
OTDR, dört temel çözünürlük göstergesine sahiptir: örnek çözünürlük, ekran çözünürlüğü (okuma çözünürlüğü olarak da adlandırılır), olay çözünürlüğü ve mesafe çözünürlüğü. Örnekleme çözünürlüğü, OTDR'nin olayları tespit etme yeteneğini belirleyen iki örnekleme noktası arasındaki minimum mesafedir. Örnekleme çözünürlüğü, darbe genişliği ve mesafe aralığı boyutu ile ilgilidir. Ekran çözünürlüğü, cihazın gösterebileceği minimum değerdir. OTDR mikroişlemleme sistemi tarafından her örnekleme aralığını alt gruplara ayırır, böylece imleç örnekleme aralığı içinde hareket edebilir. İmlecin hareket ettiği en kısa mesafe yatay ekran çözünürlüğü ve görüntülenen minimum zayıflama dikey ekran çözünürlüğüdür.
Olayın çözünürlüğü, test altındaki linkteki olay noktasını tanımlamak için OTDR'nin eşik değerine, yani olay alanının değerine (algılama eşiği) atıfta bulunur. OTDR, bu eşikten daha küçük olan olay değişimlerini, eğrideki eşit eğim değişikliği noktası olarak ele alır. Olayın çözünürlüğü, iki yakın güç seviyesine göre ölçülebilen minimum zayıflamayı belirleyen fotodiyodun çözünürlük eşiği ile belirlenir. Mesafe çözünürlüğü, cihazın çözebileceği iki bitişik olay noktası arasındaki en kısa mesafeyi ifade eder. Bu indeks, olayın kör noktasına benzer ve darbe genişliği ve refraktif indeks parametreleri ile ilgilidir.
OTDR kullanımı
OTDR aşağıdaki ölçümleri yapabilir:
* Her olay için: mesafe, kayıp, yansıma
* Her bir fiber segment için: segment uzunluğu, segment kaybı dB veya dB / Km, segment dönüş kaybı (ORL)
* Tüm terminal sistemi için: zincir uzunluğu, zincir kaybı dB, zincir ORL
OTDR ile fiber ölçümü üç adımda ayrılabilir: parametre ayarı, veri toplama ve eğri analizi.
3.1 Parametre Ayarları
Çoğu OTDR test elyafı, test darbeleri göndererek en iyi toplama parametrelerini otomatik olarak seçer. Kullanıcı sadece dalga boyu, edinim zamanı ve gerekli fiber parametrelerini (kırılma indeksi, saçılma katsayısı, vb.) Seçmelidir. Parametreleri otomatik olarak elde etmek belirli bir süre alır, böylece operatör bilinen ölçüm koşulları altında ölçüm parametrelerini manuel olarak seçebilir.
3.1.1 Dalgaboyu Seçimi
Optik sistemin davranışı doğrudan iletim dalgaboyuyla ilgilidir. Farklı dalga boyları, optik fiberlerin farklı zayıflama özelliklerine ve optik fiber bağlantısındaki farklı davranışlara sahiptir: Aynı optik fiberde, 1550 nm, 1310 nm fiber optikten bükülmeye karşı daha hassastır ve 1550 nm zayıflama, ünite uzunluğundan daha küçüktür. 1310 nm. Lehim veya konektör kayıpları 1350 nm'de 1550 nm'den daha yüksektir. Bu nedenle, optik fiber testi, sistem tarafından iletilen dalga boyu ile aynı olmalıdır, yani 1550 nm optik sistemin 1550 nm dalga boyunu seçmesi gerektiği anlamına gelir.
3.1.2 Darbe Genişliği
Darbe genişliği, OTDR tarafından fiber içine enjekte edilen optik gücü kontrol eder. Darbe genişliği ne kadar uzun olursa, dinamik ölçüm aralığı da o kadar büyür. Daha uzun mesafeli bir lifin ölçülmesi için kullanılabilir, ancak uzun nabız da OTDR eğrisi dalga formunda daha büyük bir kör bölge oluşturacaktır; kısa nabız enjeksiyon ışığı seviyesi Düşük ancak kör noktaları azaltabilir. Darbe genişlik periyodu genellikle ns cinsinden ifade edilir ve ayrıca formül (4) 'e göre uzunluk (m) cinsinden ifade edilebilir. Örneğin, bir 100 ns nabız "10 m" darbe olarak yorumlanabilir.
3.1.3 Ölçüm Aralığı
OTDR ölçüm aralığı, OTDR'nin veri örneklerini aldığı maksimum mesafeyi ifade eder. Bu parametrenin seçimi, örnekleme çözünürlüğünün boyutunu belirler. Ölçüm aralığı genellikle ölçülecek fiberin uzunluğunun 1 ila 2 katı kadar bir mesafeye ayarlanır.
3.1.4 Ortalama süre
Geri saçılan ışık sinyali son derece zayıf olduğu için, istatistiksel ortalama metodu genellikle sinyal-gürültü oranını iyileştirmek için kullanılır. Ortalama süre ne kadar uzun olursa, sinyal-gürültü oranı o kadar yüksek olur. Örneğin, 3 dakikalık bir kazanım, 1 dakikalık bir edinimden 0.8 dB daha dinamik olacaktır. Bununla birlikte, 10 dakikadan fazla bir sürede elde etme süresi, sinyal-gürültü oranını geliştirmez. Ortalama süre 3 dakikayı geçmez.
3.1.5 Fiber Parametreleri
Elyaf parametrelerinin ayarı, kırılma indisi n ve geri saçılma katsayısının η ayarını içerir. Kırılma indeksi parametresi mesafe ölçümü ile ilgilidir ve geri yansıtma katsayısı yansıma ve geri dönüş kaybının ölçüm sonucunu etkiler. Bu iki parametre genellikle optik fiber üreticisi tarafından verilir. Çoğu optik fiber türü için, Tablo 2'de verilen kırılma indeksi ve geri saçılma katsayısı daha doğru mesafe ve geri dönüş kaybı ölçümleri elde edebilir.
Tecrübe ve yetenekler
(1) Fiber kalitesinin basit tanımı:
Normal şartlar altında, OTDR test ışını eğrisi ana gövdesi (tek veya birkaç optik fiber kablo) eğimi temel olarak aynıdır, eğer eğimin belirli bir bölümü daha büyükse, bu bölümün zayıflamasının daha büyük olduğunu gösterir; eğer eğri gövdesi düzensiz şekildeyse, eğim dalgalanır, Eğilirse veya eğilirse, optik fiberin kalitesinin ciddi şekilde bozulduğunu ve iletişim gereksinimlerini karşılamadığını gösterir.
(2) Dalga boyu seçimi ve tek çift yönlü test:
1550 dalgaboyu testten daha uzaktadır. 1550 nm, bükülmeye 1310 nm'den daha duyarlıdır. 1550 nm, 1310 nm biriminden daha küçüktür ve 1310 nm, 1550 nm veya konektörden daha yüksektir. Gerçek optik kablo bakım çalışmasında, her iki dalga boyu genellikle test edilir ve karşılaştırılır. Pozitif kazanç fenomenleri ve fazla mesafeli mesafeler için, iyi test sonuçları elde etmek için iki yönlü test analizi yapılmalıdır.
(3) ortak temizlik:
Optik fiber konektör OTDR'ye bağlanmadan önce, OTDR'nin çıkış konektörü ve test altındaki canlı konektör de dahil olmak üzere, dikkatli bir şekilde temizlenmelidir. Aksi takdirde, ekleme kaybı çok büyüktür, ölçüm güvenilir değildir, eğri gürültülüdür veya hatta ölçüm yapılamaz ve ayrıca OTDR'ye zarar verebilir. Bağlayıcıyı fiber optik konektörde çözebildiğinden, alkol veya refraktif indeks eşleme sıvıları dışındaki temizlik maddelerinden kaçının.
(4) Kırılma indisi ve saçılma katsayısının düzeltilmesi: Optik lifin uzunluğunun ölçülmesi için, kırılma indeksinden 0,01'lik bir sapma 7m / km'ye kadar hatalara neden olabilir. Daha uzun ışık segmentleri için, kablo üreticisi tarafından sağlanan kırılma endeksi kullanılmalıdır. değer.
(5) Hayaletlerin tanınması ve işlenmesi:
OTDR eğrisindeki artış bazen, gelen uçtan gelen yakın ve güçlü yansımaların neden olduğu yankılardan kaynaklanmaktadır. Bu başak, hayalet olarak adlandırılır. Hayaletlerin tanınması: Eğrilerdeki hayaletler kayda değer bir kayıp vermedi; Hayalet ile eğrinin başlangıcı arasındaki mesafe, güçlü yansıma olayı ile başlangıç arasındaki mesafenin katlarıydı ve simetrik hale geliyordu. Hayaletlemeyi ortadan kaldırın: Kısa bir darbe genişliği seçin ve güçlü yansıma ön ucuna (OTDR çıkışı gibi) zayıflama ekleyin. Eğer gölgelenmeye neden olan olay elyafın sonunda ise, yansıyan ışığın başlangıcına doğru hafifletilmesi için "küçük bir bükülme" yapılabilir.
(6) Pozitif kazanç olgusu işleme:
OTDR izi üzerinde pozitif kazanç olabilir. Pozitif kazanç, ekleme noktasından sonraki fiberin, ekleme noktasından önce fiberden daha fazla geriye dönük astigmatizm ürettiği gerçeğinden kaynaklanır. Aslında, fiber bu ekleme noktasında ek yitim kaybıdır. Çoğunlukla farklı mod alan çaplarına veya farklı geri saçılma katsayılarına sahip fiberlerin kaynak işleminde ortaya çıkar. Bu nedenle, her iki yönde de ölçülmesi ve sonuçların ekleme kaybı olarak değerlendirilmesi gereklidir. Gerçek optik kablo bakımında, ≤0.08dB basit bir kabul ilkesi olarak da kullanılabilir.
(7) Ek optik fiber kullanımı:
Ek fiber, OTDR'yi ölçülecek fiber ile bağlamak için kullanılan ve 300-2000 m uzunluğa sahip olan bir lif parçasıdır. Ana fonksiyonları şunlardır: ön uç kör bölge işleme ve terminal konektörü ekleme ölçümü.
Genel olarak, OTDR ile test edilen fiber arasındaki konnektörün neden olduğu ölü bölge en büyüktür. Optik fiberin gerçek ölçümünde, OTDR ve test edilecek optik fiber arasına bir geçiş optik fiber eklenir, böylece ön uç ölü bölgesi geçiş optik fiberinin içine düşer ve test edilecek optik fiberin başlangıcı OTDR eğrisinin doğrusal kararlı bölgesinde düşer. Fiber sisteminin başlangıcında konektörün ekleme kaybı OTDR'ye bir geçiş lifi ilave edilerek ölçülebilir. Her iki uçtaki konektörlerin ekleme kaybını ölçmek isterseniz, her iki ucunda bir geçiş fiberi ekleyebilirsiniz.
Test hatasının ana faktörleri
1) OTDR test cihazlarının doğal sapmaları
OTDR'nin test prensibine göre, optik darbeleri belirli bir süreye göre test edilen optik fibere iletir ve daha sonra numuneler, geri beslenen sinyalleri optik fiberlerden belirli bir hızda nicelleştirir, kodlar ve depolar. OTDR cihazının kendisi, esas olarak mesafe çözünürlüğüne yansıyan örnekleme aralığı nedeniyle hatalara sahiptir. OTDR'nin mesafe çözünürlüğü, örnekleme frekansıyla orantılıdır.
2) Test aletlerinin hatalı çalışmasından kaynaklanan hatalar
Kablo arıza yeri testinde, OTDR ölçüm cihazının kullanımının doğruluğu doğrudan engel testinin doğruluğu ile ilgilidir. Cihazın parametre ayarı ve doğruluğu, ölçüm aralığının yanlış seçilmesi veya yanlış imleç ayarları, test sonuçlarında hatalara yol açacaktır.
(1) Sayacın kırılma indisi sapmasından kaynaklanan hatayı ayarlayın.
Optik fiberlerin farklı tip ve üreticilerin kırılma indeksi farklıdır. Fiberin uzunluğunu test etmek için OTDR kullanıldığında, önce cihaz parametreleri ayarlanmalı ve kırılma indeksinin ayarı bunlardan biri olmalıdır. Birkaç kablo segmentinin kırılma indeksi farklı olduğunda, kırılma indisi ayar hatasının neden olduğu test hatasını azaltmak için bir segmentasyon yöntemi kullanılabilir.
(2) Ölçüm aralığının uygun olmayan seçimi
OTDR metre test mesafesi çözünürlüğü 1 metredir, bu rakamın sadece yatay ölçek ızgara başına 25 metre olduğunda büyütülebileceği anlamına gelir. Metre tasarımı, imleç başına 25 adımlık bir tam hücredir. Bu durumda, imlecin her hareketi 1 metrelik bir mesafe anlamına gelir, bu yüzden okuma çözünürlüğü 1 metredir. Yatay ölçek için 2 km / div değerini seçerseniz, imleç imlecin her hareketi için 80 metredir. Test sırasında seçilen ölçüm aralığı ne kadar büyük olursa, test sonuçlarının sapması da o kadar büyük olur.
(3) Darbe genişliğinin yanlış seçimi
Aynı darbe genliğinin koşulu altında, darbe genişliği ne kadar büyük olursa, darbe enerjisi de o kadar büyük olur. Bu sırada OTDR'nin dinamik aralığı da daha büyüktür ve ilgili kör alan da büyüktür.
(4) Ortalama alma zamanının yanlış seçilmesi
OTDR test eğrisi, her bir çıkış darbesinden sonra yansıyan sinyali örneklemekte ve bazı rastgele olayları ortadan kaldırmak için birden fazla numunenin ortalamasını almaktadır. Ortalama süre uzadıkça, gürültü seviyesi minimum değere yakındır ve dinamik aralık daha fazladır. Ortalama süre ne kadar uzun olursa, test doğruluğu o kadar yüksek olur, ancak belirli bir seviyeye ulaştığında doğruluk artar. Test hızını arttırmak ve genel test süresini kısaltmak için genel test süresi 0.5 ila 3 dakika arasında seçilebilir.
(5) İmleç yanlış yerleştirme
Fiber optik konektörler, mekanik eklemeler ve fiberlerdeki kopmalar, kayıp ve yansımalara neden olabilir ve fiber ucun kırık uç yüzü, çeşitli Fresnel yansıma tepeleri üretebilir veya uç yüzün düzensizliği nedeniyle Fresnel yansıması üretemez. İmleç ayarları yeterince doğru değilse, bazı hatalar olacaktır.
