L'OTDR è un sofisticato strumento di integrazione elettro-ottico costituito da scattering di Rayleigh e retrodiffusione di riflessione di Fresnel quando la luce viene trasmessa attraverso una fibra ottica. È ampiamente utilizzato nella manutenzione e costruzione di cavi in fibra ottica. Eseguire la misurazione della lunghezza della fibra, l'attenuazione della fibra, l'attenuazione del giunto e le misurazioni della posizione del guasto.
Il test OTDR viene eseguito emettendo impulsi luminosi nella fibra e quindi ricevendo le informazioni restituite nella porta OTDR. Quando gli impulsi luminosi si propagano all'interno della fibra, scattering o riflessione si verificano a causa della natura della fibra, connettori, giunti, curve o altri eventi simili. Alcune delle dispersioni e riflessioni vengono restituite all'OTDR. Le informazioni utili restituite sono misurate dai rivelatori dell'OTDR, che fungono da segmenti di tempo o curva in diverse posizioni all'interno della fibra.
La distanza può essere calcolata dal tempo necessario per il segnale al segnale di ritorno per determinare la velocità della luce nel materiale di vetro. La seguente formula spiega come l'OTDR misura la distanza. d = (c × t) / 2 (IOR) In questa formula, c è la velocità della luce nel vuoto, e t è il tempo totale dopo la trasmissione del segnale fino al ricevimento del segnale (a due vie) (i due i valori vengono moltiplicati per 2 dopo una distanza a senso unico). Poiché la luce è più lenta nel vetro rispetto al vuoto, per misurare con precisione la distanza, la fibra sotto test deve specificare l'indice di rifrazione (IOR). Lo IOR è contrassegnato dal produttore della fibra.
L'OTDR utilizza la diffusione di Rayleigh e la riflessione Fresnel per caratterizzare la fibra. La diffusione di Rayleigh deriva dalla dispersione irregolare di segnali ottici lungo la fibra. L'OTDR misura una parte della luce diffusa verso la porta dell'OTDR. Questi segnali di retrodiffusione indicano il grado di attenuazione (perdita / distanza) causato dalla fibra. La traiettoria risultante è una curva discendente, che indica che la potenza di retrodiffusione sta diminuendo, a causa della perdita di entrambi i segnali trasmessi e retrodiffusi dopo la trasmissione su una certa distanza.
Dati i parametri della fibra, è possibile specificare il potere di dispersione di Rayleigh. Se la lunghezza d'onda è nota, è proporzionale alla larghezza dell'impulso del segnale: più lungo è l'ampiezza dell'impulso, più forte è il potere di retrodiffusione. La potenza di scattering di Rayleigh è anche correlata alla lunghezza d'onda del segnale trasmesso e le lunghezze d'onda più corte sono più potenti. Cioè, la traiettoria generata dal segnale a 1310 nm sarà superiore alla retrodiffusione Rayleigh della traiettoria generata dal segnale a 1550 nm.
Nella regione ad alta lunghezza d'onda (oltre 1500 nm), la diffusione di Rayleigh continua a diminuire, ma si verifica un altro fenomeno chiamato attenuazione infrarossa (o assorbimento) che aumenta e determina un aumento del valore complessivo di attenuazione. Pertanto, 1550 nm è la lunghezza d'onda di attenuazione più bassa; questo spiega anche perché è la lunghezza d'onda della comunicazione a lunga distanza. Naturalmente, questi fenomeni influenzano anche l'OTDR. Come un OTDR con una lunghezza d'onda di 1550 nm, ha anche basse prestazioni di attenuazione, quindi può essere testato su lunghe distanze. Come una lunghezza d'onda altamente attenuata di 1310 nm o 1625 nm, la distanza di test dell'OTDR è limitata ad essere limitata perché l'apparecchiatura di test ha bisogno di rilevare un picco acuto nella traccia OTDR e la punta di questo picco cadrà rapidamente nel rumore.
I riflessi di Fresnel, d'altra parte, sono riflessi discreti che sono causati da singoli punti nell'intera fibra. Questi punti sono costituiti da fattori che causano un cambiamento nel coefficiente di rifrazione, come la distanza tra il vetro e l'aria. In questi punti, ci sarà una forte luce retrodiffusa riflessa indietro. Pertanto, OTDR utilizza le informazioni di riflessione Fresnel per individuare il punto di connessione, la terminazione della fibra o il punto di interruzione.
I grandi OTDR hanno la capacità di identificare completamente e automaticamente l'ambito della fibra. Questa nuova funzionalità deriva in gran parte dall'uso di software di analisi avanzati che esamina il campionamento OTDR e crea una tabella degli eventi. Questa tabella degli eventi mostra tutti i dati relativi alla traiettoria, come il tipo di guasto, la distanza dal guasto, l'attenuazione, la perdita di ritorno e la perdita di giuntura.
Principio OTDR
1.1 Rayleigh Backscattering
A causa del difetto della fibra ottica stessa e della disomogeneità dei componenti del drogaggio, la diffusione di Rayleigh avviene negli impulsi ottici propagati nella fibra ottica. Una parte della luce (circa lo 0,0001% [1]) è dispersa nella direzione opposta dell'impulso e viene quindi indicata come retrodiffusione di Rayleigh, che fornisce dettagli di attenuazione dipendenti dalla lunghezza.
I riflessi di Fresnel si verificano ai confini di due diversi mezzi di trasmissione dell'indice di rifrazione (come connettori, giunzioni meccaniche, fratture o terminazioni di fibra). Questo fenomeno viene utilizzato dall'OTDR per determinare con precisione la posizione lungo una lunghezza di discontinuità nella lunghezza della fibra. La dimensione della riflessione dipende dalla planarità della superficie limite e dalla differenza nell'indice di rifrazione. La riflessione di Fresnel può essere ridotta usando il liquido di confronto dell'indice di rifrazione.
Indice di prestazione principale OTDR
La comprensione dei parametri di prestazione dell'OTDR contribuisce alla misurazione effettiva della fibra dell'OTDR. I parametri delle prestazioni OTDR includono principalmente gamma dinamica, area cieca, risoluzione e accuratezza.
2.1 Gamma dinamica
La gamma dinamica è uno dei principali indicatori di prestazione dell'OTDR, che determina la lunghezza massima misurabile della fibra. Maggiore è la gamma dinamica, migliore è il tipo di linea curva e più lunga è la distanza misurabile. Gamma dinamica Attualmente non esiste un metodo di calcolo standard uniforme [1]. Le definizioni di intervallo dinamico comunemente utilizzate includono principalmente le quattro seguenti:
1 Definizione IEC (Bellcore): una delle definizioni di intervallo dinamico comunemente utilizzate. Viene rilevata la differenza di dB tra il livello di retrodiffusione all'inizio e il livello di picco del rumore. La condizione di misurazione è la larghezza massima dell'impulso dell'OTDR e il tempo di misurazione di 180 secondi.
2RMS: la definizione della gamma dinamica più comunemente usata. Prendi la differenza in dB tra il livello di backscatter iniziale e il livello di rumore RMS. Se il livello di rumore è gaussiano, il valore definito di RMS è superiore di circa 1,56 dB rispetto al valore definito IEC.
3N = 0.1dB Definizione: il metodo di definizione più pratico. Prendi il valore di attenuazione massimo consentito che può misurare la perdita di un evento di 0,1 dB. Il valore N = 0,1 dB definito è circa 6,6 dB più piccolo del rapporto segnale-rumore SNR = 1 definito da RMS, il che significa che se l'OTDR ha un intervallo dinamico di 30 dB RMS, N = 0,1 dB definisce un intervallo dinamico di soli 23,4 dB, che significa solo perdite con una perdita di 0,1 dB misurata su un intervallo di attenuazione di 23,4 dB.
Rilevamento della fine: la differenza di dB tra la riflessione del 4% Fresnel all'inizio della fibra e il livello di rumore RMS, che è circa 12 dB superiore alla definizione IEC.
2.2 Deadzone
La "zona cieca" viene anche chiamata "zona morta" e si riferisce alla parte in cui la curva OTDR non può riflettere lo stato della linea di fibra ottica entro un certo intervallo di distanza sotto l'influenza della riflessione di Fresnel. Questo fenomeno si verifica principalmente perché il segnale di riflessione Fresnel sul collegamento in fibra rende saturo il fotorivelatore, che richiede un certo tempo di recupero. La zona morta può verificarsi nella parte anteriore del pannello OTDR o in altre riflessioni di Fresnel nel collegamento in fibra ottica.
Bellcore definisce due zone morte [2]: Zona cieca di attenuazione (ADZ) e zona cieca degli eventi (EDZ). Zona cieca di attenuazione si riferisce alla distanza minima tra due eventi di riflessione quando è possibile misurare rispettivamente la rispettiva perdita. Generalmente, la zona cieca di attenuazione è 5-6 volte l'ampiezza dell'impulso (indicata dalla distanza); l'evento zona cieca significa che due eventi di riflessione sono ancora distinguibili. Alla distanza minima, la distanza per ogni evento è misurabile, ma la perdita individuale di ogni evento non è misurabile.
2.3 Risoluzione
L'OTDR ha quattro indicatori di risoluzione principali: risoluzione del campione, risoluzione del display (chiamata anche risoluzione di lettura), risoluzione dell'evento e risoluzione della distanza. La risoluzione di campionamento è la distanza minima tra i due punti di campionamento, che determina la capacità dell'OTDR di localizzare gli eventi. La risoluzione di campionamento è correlata alla scelta della larghezza dell'impulso e della dimensione dell'intervallo di distanza. La risoluzione del display è il valore minimo che lo strumento può visualizzare. L'OTDR suddivide ciascun intervallo di campionamento dal sistema di microprocessing in modo che il cursore possa muoversi all'interno dell'intervallo di campionamento. La distanza più breve che il cursore si sposta è la risoluzione orizzontale del display e la risoluzione di visualizzazione verticale dell'attenuazione minima visualizzata.
La risoluzione dell'evento fa riferimento alla soglia dell'OTDR per identificare il punto evento nel collegamento sotto test, ovvero il valore del campo evento (soglia di rilevamento). L'OTDR tratta le variazioni di evento più piccole di questa soglia come punto di variazione uniforme della pendenza nella curva. La risoluzione dell'evento è determinata dalla soglia di risoluzione del fotodiodo, che specifica l'attenuazione minima che può essere misurata in base a due livelli di potenza vicini. La risoluzione della distanza si riferisce alla distanza più breve tra due punti evento adiacenti che lo strumento può risolvere. Questo indice è simile al punto cieco dell'evento e si riferisce ai parametri di larghezza di impulso e indice di rifrazione.
Uso di OTDR
L'OTDR può eseguire le seguenti misurazioni:
* Per ogni evento: distanza, perdita, riflesso
* Per ogni segmento di fibra: lunghezza del segmento, perdita di segmento dB o dB / Km, perdita di ritorno del segmento (ORL)
* Per l'intero sistema terminale: lunghezza catena, perdita catena dB, catena ORL
La misurazione delle fibre con OTDR può essere suddivisa in tre fasi: impostazione dei parametri, acquisizione dei dati e analisi delle curve.
3.1 Impostazioni dei parametri
La maggior parte delle fibre di prova OTDR seleziona automaticamente i migliori parametri di acquisizione trasmettendo impulsi di prova. L'utente deve solo selezionare la lunghezza d'onda, il tempo di acquisizione e i parametri di fibra necessari (come indice di rifrazione, coefficiente di dispersione, ecc.). Ci vuole un certo lasso di tempo per acquisire automaticamente i parametri, in modo che l'operatore possa selezionare manualmente i parametri di misurazione in condizioni di misurazione note.
3.1.1 Selezione della lunghezza d'onda
Il comportamento del sistema ottico è direttamente correlato alla lunghezza d'onda della trasmissione. Diverse lunghezze d'onda hanno diverse caratteristiche di attenuazione delle fibre ottiche e diversi comportamenti nella connessione in fibra ottica: nella stessa fibra ottica, il 1550 nm è più sensibile alla flessione rispetto alla fibra ottica da 1310 nm e l'attenuazione di 1550 nm è inferiore alla lunghezza dell'unità di 1310 nm. Le perdite di saldatura o connettore sono superiori a 1310 nm rispetto a 1550 nm. Per questo motivo, il test della fibra ottica dovrebbe essere uguale alla lunghezza d'onda trasmessa dal sistema, il che significa che il sistema ottico a 1550 nm deve selezionare la lunghezza d'onda di 1550 nm.
3.1.2 Larghezza dell'impulso
L'ampiezza dell'impulso controlla la potenza ottica iniettata nella fibra dall'OTDR. Maggiore è l'ampiezza dell'impulso, maggiore è il range di misurazione dinamico. Può essere usato per misurare una fibra a maggiore distanza, ma l'impulso lungo genererà anche una zona cieca più grande nella forma d'onda della curva OTDR; Livello di luce di iniezione a breve impulso Basso ma in grado di ridurre i punti ciechi. Il periodo di ampiezza dell'impulso è solitamente espresso in ns e può anche essere espresso in unità di lunghezza (m) secondo la formula (4). Ad esempio, un impulso da 100 ns può essere interpretato come un impulso di "10 m".
3.1.3 Intervallo di misurazione
L'intervallo di misurazione OTDR si riferisce alla distanza massima che l'OTDR acquisisce campioni di dati. La scelta di questo parametro determina la dimensione della risoluzione di campionamento. L'intervallo di misurazione è solitamente impostato su una distanza da 1 a 2 volte la lunghezza della fibra da misurare.
3.1.4 Tempo medio
Poiché il segnale luminoso retrodiffuso è estremamente debole, il metodo della media statistica viene generalmente utilizzato per migliorare il rapporto segnale-rumore. Più lungo è il tempo medio, maggiore è il rapporto segnale-rumore. Ad esempio, l'acquisizione di 3 minuti sarà più dinamica di 0,8 dB rispetto all'acquisizione di 1 minuto. Tuttavia, il tempo di acquisizione di oltre 10 minuti non migliora il rapporto segnale-rumore. Il tempo medio non supera i 3 minuti.
3.1.5 Parametri fibra
L'impostazione dei parametri della fibra include l'impostazione dell'indice di rifrazione n e del coefficiente di retrodiffusione η. Il parametro dell'indice di rifrazione è correlato alla misurazione della distanza e il coefficiente di retrodiffusione influenza il risultato della misurazione della riflessione e della perdita di ritorno. Questi due parametri sono generalmente forniti dal produttore della fibra ottica. Per la maggior parte dei tipi di fibre ottiche, l'indice di rifrazione e il coefficiente di retrodiffusione forniti in Tabella 2 possono ottenere misurazioni più accurate della distanza e della perdita di ritorno.
Esperienza e abilità
(1) Semplice identificazione della qualità della fibra:
In circostanze normali, la pendenza del corpo principale della curva del raggio del test OTDR (singolo o più cavi a fibre ottiche) è fondamentalmente la stessa, se una certa sezione della pendenza è più grande, mostra che l'attenuazione di questa sezione è maggiore; se il corpo della curva è di forma irregolare, la pendenza fluttua, Se piegata o curva, indica che la qualità della fibra ottica è seriamente degradata e non soddisfa i requisiti di comunicazione.
(2) Selezione della lunghezza d'onda e test bidirezionale singolo:
La lunghezza d'onda di 1550 è più lontana dal test. Il 1550 nm è più sensibile alla flessione rispetto al 1310 nm. Il 1550 nm è più piccolo dell'unità 1310 nm e il 1310 nm è più alto del 1550 nm o del connettore. Nell'effettivo lavoro di manutenzione del cavo ottico, entrambe le lunghezze d'onda sono generalmente testate e confrontate. Per i fenomeni di guadagno positivo e le distanze di superamento del range, è necessario eseguire un'analisi di test bidirezionale per ottenere buone conclusioni del test.
(3) pulizia delle articolazioni:
Prima che il connettore della fibra ottica sia collegato all'OTDR, deve essere accuratamente pulito, incluso il connettore di uscita dell'OTDR e il connettore sotto test. In caso contrario, la perdita di inserzione è troppo grande, la misurazione non è affidabile, la curva è disturbata o anche la misurazione non può essere eseguita e può anche danneggiare l'OTDR. Evitare detergenti diversi da alcol o fluidi idonei per l'indice di rifrazione in quanto possono dissolvere il legante nel connettore a fibra ottica.
(4) Correzione dell'indice di rifrazione e coefficiente di dispersione: per la misurazione della lunghezza della fibra ottica, una deviazione di 0,01 dall'indice di rifrazione causerebbe errori fino a 7 m / km. Per segmenti di luce più lunghi, è necessario utilizzare l'indice di rifrazione fornito dal produttore del cavo. valore.
(5) Riconoscimento ed elaborazione dei fantasmi:
Il picco sulla curva OTDR è a volte dovuto a echi causati da riflessi vicini e forti dalla fine dell'incidente. Questo picco è chiamato ghosting. Riconoscimento dei fantasmi: i fantasmi sulle curve non hanno causato perdite significative; la distanza tra il fantasma e l'inizio della curva era un multiplo della distanza tra il forte evento di riflessione e l'inizio, diventando simmetrico. Elimina ghosting: seleziona una breve durata dell'impulso e aggiungi attenuazione al front end a riflessione forte (come l'uscita OTDR). Se l'evento che ha causato il ghosting è alla fine della fibra, è possibile effettuare una "piccola curva" per attenuare la luce riflessa all'inizio.
(6) Elaborazione del fenomeno del guadagno positivo:
Il guadagno positivo può verificarsi sulla traccia OTDR. Il guadagno positivo è dovuto al fatto che la fibra dopo il punto di giunzione produce più astigmatismo all'indietro rispetto alla fibra prima del punto di giunzione. In effetti, la fibra è una perdita di giunzione in questo punto di giuntura. Accade spesso nel processo di saldatura di fibre con diversi diametri del campo di modalità o diversi coefficienti di retrodiffusione. Pertanto, è necessario misurare in entrambe le direzioni e mediare i risultati come la perdita di giuntura. Nell'attuale manutenzione del cavo ottico, ≤0,08 dB può essere utilizzato anche come semplice principio di accettazione.
(7) Uso di fibra ottica aggiuntiva:
La fibra aggiuntiva è un pezzo di fibra utilizzato per connettere l'OTDR con la fibra da misurare e ha una lunghezza di 300-2000 m. Le sue funzioni principali sono: elaborazione della zona cieca front-end e misurazione dell'inserzione del connettore terminale.
In generale, la zona morta causata dal connettore tra l'OTDR e la fibra sotto test è la più grande. Nella misurazione effettiva della fibra ottica, viene aggiunta una fibra ottica transitoria tra l'OTDR e la fibra ottica da testare in modo che la zona morta front-end rientri nella fibra ottica di transizione e l'inizio della fibra ottica da testare cade nella regione lineare stabile della curva OTDR. La perdita di inserzione del connettore all'inizio del sistema di fibre può essere misurata aggiungendo una fibra di transizione all'OTDR. Se si desidera misurare la perdita di inserzione dei connettori su entrambe le estremità, è possibile aggiungere una fibra di transizione a ciascuna estremità.
I principali fattori di errore di test
1) Deviazioni intrinseche degli strumenti di prova OTDR
Secondo il principio di prova dell'OTDR, esso trasmette impulsi ottici alla fibra ottica testata secondo un certo periodo, quindi campiona, quantizza, codifica e memorizza i segnali retrodiffusi dalle fibre ottiche ad una certa velocità. Lo stesso strumento OTDR ha errori dovuti all'intervallo di campionamento, che si riflette principalmente nella risoluzione della distanza. La risoluzione della distanza dell'OTDR è proporzionale alla frequenza di campionamento.
2) Errori dovuti al funzionamento improprio degli strumenti di test
Nel test di localizzazione del guasto del cavo, la correttezza dell'uso del misuratore OTDR è direttamente correlata all'accuratezza del test di ostacolo. L'impostazione e l'accuratezza dei parametri dello strumento, la selezione errata dell'intervallo del misuratore o le impostazioni inaccurate del cursore causeranno errori nei risultati del test.
(1) Impostare l'errore causato dalla deviazione dell'indice di rifrazione del misuratore
L'indice di rifrazione di diversi tipi e produttori di fibre ottiche è diverso. Quando si utilizza l'OTDR per testare la lunghezza della fibra, i parametri dello strumento devono essere impostati per primi e l'impostazione dell'indice di rifrazione è uno di questi. Quando l'indice di rifrazione di diversi segmenti di cavo è diverso, è possibile utilizzare un metodo di segmentazione per ridurre l'errore di test causato dall'errore di impostazione dell'indice di rifrazione.
(2) Selezione errata del campo di misura
Quando la risoluzione della distanza del test del misuratore OTDR è 1 metro, significa che la figura può essere ingrandita solo quando la scala orizzontale è di 25 metri per griglia. Il design del misuratore è una cella intera con 25 passaggi per cursore. In questo caso, ogni spostamento del cursore significa una distanza di 1 metro, quindi la risoluzione di lettura è di 1 metro. Se si seleziona 2 km / div per la scala orizzontale, il cursore si sposterà di 80 metri per ogni spostamento del cursore. Si può vedere che maggiore è il range di misurazione selezionato durante il test, maggiore è la deviazione dei risultati del test.
(3) Selezione errata della larghezza dell'impulso
Sotto la condizione della stessa ampiezza dell'impulso, maggiore è la larghezza dell'impulso, maggiore è l'energia dell'impulso. A questo punto, anche la gamma dinamica dell'OTDR è maggiore e anche l'area cieca corrispondente è grande.
(4) Selezione impropria del tempo medio
La curva di prova OTDR campiona il segnale riflesso dopo ogni impulso di uscita e calcola in media più campioni per eliminare alcuni eventi casuali. Più lungo è il tempo medio, più il livello di rumore è vicino al valore minimo e maggiore è la gamma dinamica. Più lungo è il tempo medio, maggiore è la precisione del test, ma la precisione non aumenta quando raggiunge un certo livello. Per migliorare la velocità del test e ridurre il tempo complessivo di test, è possibile selezionare il tempo di prova generale entro 0,5 o 3 minuti.
(5) Posizionamento errato del cursore
Le interruzioni nei connettori a fibra ottica, nelle giunzioni meccaniche e nelle fibre possono causare perdite e riflessi, e la superficie frontale rotta dell'estremità della fibra può produrre vari picchi di riflessione Fresnel o nessuna riflessione Fresnel a causa dell'irregolarità della superficie frontale. Se le impostazioni del cursore non sono sufficientemente accurate, ci saranno alcuni errori.