OTDR er et sofistikeret elektro-optisk integrationsinstrument lavet af Rayleigh-spredning og Fresnel-refleksions-backscattering, når lyset overføres via en optisk fiber. Det er meget udbredt i vedligeholdelse og opførelse af optiske fiberkabler. Udfør fiberlængde måling, fiber dæmpning, fælles dæmpning og fejl placering målinger.
OTDR-testen udføres ved at udsende lysimpulser i fiberen og derefter modtage den returnerede information ved OTDR-porten. Når lyspulser former sig inden for fiberen, forekommer spredning eller refleksion på grund af fiberens, forbindelsesledernes, leddene, bøjningerne eller andre lignende begivenheder. Nogle af spredning og refleksioner returneres til OTDR. Den nyttige information, der returneres, måles af OTDRs detektorer, som tjener som tids- eller kurvesegmenter på forskellige steder inden for fiberen.
Afstanden kan beregnes fra det tidspunkt, det tager for signalet til retursignalet for at bestemme lysets hastighed i glasmaterialet. Den følgende formel forklarer, hvordan OTDR måler afstanden. d = (c × t) / 2 (IOR) I denne formel er c lysets hastighed i et vakuum, og t er den samlede tid, efter at signalet er transmitteret, indtil signalet er modtaget (tovejs) værdier multipliceres med 2 Efter en enkeltvejsafstand). Da lyset er langsommere i glas end i vakuum, skal den fiber, der testes, angive brydningsindekset (IOR) for nøjagtigt at måle afstanden. IOR er markeret af fiberproducenten.
OTDR bruger Rayleigh-spredning og Fresnel-refleksion til at karakterisere fiberen. Rayleigh-spredning resulterer fra den uregelmæssige spredning af optiske signaler langs fiberen. OTDR måler en del af det spredte lys tilbage til OTDR-porten. Disse backscattersignaler indikerer graden af dæmpning (tab / afstand) forårsaget af fiberen. Den resulterende bane er en nedadgående kurve, hvilket indikerer, at backscattering effekten er faldende, hvilket skyldes tabet af både de transmitterede og tilbagespredte signaler efter transmission over en vis afstand.
I betragtning af fiberparametrene kan Rayleigh-spredningskraften specificeres. Hvis bølgelængden er kendt, er den proportional med signalets pulsbredde: jo længere pulsbredden er, desto stærkere er backscattering effekten. Rayleigh-spredningskraft er også relateret til bølgelængden af det transmitterede signal, og kortere bølgelængder er mere kraftfulde. Det vil sige, at bane, der genereres af 1310 nm signalet, vil være højere end Rayleigh-backscatteringen af banen, der genereres af 1550 nm signalet.
I området med høj bølgelængde (over 1500 nm) fortsætter Rayleigh-spredningen, men et andet fænomen kaldet infrarød dæmpning (eller absorption) forekommer, stigende og resulterer i en stigning i den samlede dæmpningsværdi. Derfor er 1550 nm den laveste dæmpningsbølgelængde; Dette forklarer også, hvorfor det er bølgelængden af fjernkommunikation. Naturligvis påvirker disse fænomener også OTDR. Som en OTDR med en bølgelængde på 1550 nm har den også lav dæmpningsevne, så den kan testes over lange afstande. Som en høj dæmpet 1310 nm eller 1625 nm bølgelængde er OTDRs testafstand begrænset, fordi testudstyret skal opdage en skarp spids i OTDR-sporet, og spidsen af denne spids vil hurtigt falde i støj.
Fresnel refleksioner er derimod diskrete refleksioner, der skyldes individuelle punkter i hele fiberen. Disse punkter består af faktorer, der forårsager en ændring i refraktionskoefficienten, såsom mellemrummet mellem glas og luft. På disse punkter vil der være stærkt tilbagespredet lys reflekteret tilbage. Derfor skal OTDR bruge Fresnel-refleksionsinformation til at lokalisere forbindelsespunktet, fibertermineringen eller brydpunktet.
Store OTDR'er har evnen til fuldt ud og automatisk at identificere fiberens omfang. Denne nye kapacitet stammer i høj grad fra brugen af avanceret analyse software, der gennemgår OTDR-prøveudtagning og skaber et arrangementstabell. Denne begivenhedstabel viser alle bane-relaterede data såsom fejltype, afstand til fejlen, dæmpning, returtab og spildtab.
OTDR-princippet
1.1 Rayleigh Backscattering
På grund af fejlen i selve optiske fibre og inhomogeniteten af dopingkomponenterne forekommer Rayleigh-spredning i de optiske impulser, der formeres i den optiske fiber. En del af lyset (ca. 0,0001% [1]) spredes tilbage i den modsatte retning af pulsen og betegnes derfor som Rayleigh-backscattering, hvilket giver længdeafhængige dæmpningsdetaljer.
Fresnel refleksioner forekommer ved grænserne af to forskellige brydningsindeks transmissionsmedier (såsom konnektorer, mekaniske splejsninger, brud eller fiber termineringer). Dette fænomen bruges af OTDR til nøjagtigt at bestemme positionen langs en længde af diskontinuitet i fiberens længde. Størrelsen af refleksionen afhænger af fladens overflade og forskellen i brydningsindeks. Fresnel-refleksionen kan reduceres ved at bruge brydningsindeksets matchende væske.
OTDR main performance indeks
Forståelse af OTDRs præstationsparametre bidrager til den faktiske fibermåling af OTDR. OTDR-præstationsparametrene omfatter primært dynamisk rækkevidde, blindeområde, opløsning og nøjagtighed.
2.1 Dynamisk rækkevidde
Dynamisk rækkevidde er en af OTDR's vigtigste præstationsindikatorer, som bestemmer den maksimale målbare længde af fiberen. Jo større dynamisk rækkevidde er, desto bedre kurve linje og jo længere måles afstanden. Dynamisk område Der findes i øjeblikket ingen ensartet standard beregningsmetode [1]. De almindeligt anvendte dynamiske intervaldefinitioner omfatter hovedsageligt følgende fire:
1 IEC-definition (Bellcore): En af de almindeligt anvendte dynamiske intervaldefinitioner. DB-forskellen mellem backscatterniveauet i begyndelsen og lydniveauet er taget. Målebetingelsen er OTDRs maksimale pulsbredde og målingstiden på 180 sekunder.
2RMS Definition: Den mest almindeligt anvendte dynamiske intervaldefinition. Tag forskellen i dB mellem start-backscatterniveauet og RMS-støjniveauet. Hvis lydniveauet er gaussisk, er den definerede værdi af RMS ca. 1,56 dB højere end den IEC-definerede værdi.
3N = 0.1dB Definition: Den mest praktiske definition metode. Tag den maksimale tilladte dæmpningsværdi, som kan måle tabet af 0.1dB-hændelse. Den definerede N = 0,1 dB-værdi er ca. 6,6 dB mindre end det RMS-definerede signal-støjforhold SNR = 1, hvilket betyder, at hvis OTDR'et har et dynamisk område på 30 dB RMS, definerer N = 0,1 dB kun et dynamisk område 23,4 dB, hvilket kun betyder tab med 0,1 dB tab målt over et 23,4 dB dæmpningsområde.
Slutdetektion: DB-forskellen mellem 4% Fresnel-refleksionen ved fiberstart og RMS-støjniveauet, hvilket er ca. 12 dB højere end IEC-definitionen.
2.2 Deadzone
"Blind zone" kaldes også "død zone" og henviser til den del, hvor OTDR-kurven ikke kan afspejle tilstanden af den optiske fiberlinie inden for et bestemt afstandsområde under påvirkning af Fresnel-refleksion. Dette fænomen forekommer hovedsagelig fordi Fresnel-refleksionssignalet på fiberforbindelsen gør fotodetektoren mættet, hvilket kræver en vis genopretningstid. Den døde zone kan forekomme på forsiden af OTDR panelet eller ved andre Fresnel refleksioner i fiberoptisk link.
Bellcore definerer to døde zoner [2]: Dæmpningsblind zone (ADZ) og Event blind zone (EDZ). Dæmpningsblind zone henviser til den mindste afstand mellem to refleksionshændelser, når det respektive tab kan måles. Generelt er dæmpningsblindzonen 5-6 gange pulsbredden (angivet med afstand); Hændelsesblindzonen betyder, at to refleksionshændelser stadig kan skelnes. På mindste afstand er afstanden til hver begivenhed målbar, men det individuelle tab af hver begivenhed er umådeligt.
2.3 Beslutning
OTDR'en har fire hovedopløsningsindikatorer: prøveopløsning, skærmopløsning (også kaldet readout-opløsning), hændelsesopløsning og afstandsopløsning. Prøvetagningsopløsningen er den mindste afstand mellem de to prøveudtagningspunkter, som bestemmer OTDRs evne til at lokalisere begivenheder. Prøvetagningsopløsningen er relateret til valget af pulsbredde og afstandsafstandsstørrelse. Skærmopløsningen er den minimale værdi, instrumentet kan vise. OTDR opdeler hvert prøveudtagningsinterval med mikroprocessorsystemet, så markøren kan bevæge sig inden for prøveudtagningsintervallet. Den korteste afstand, som markøren bevæger sig, er den horisontale skærmopløsning og den viste minimale dæmpning lodret skærmopløsning.
Opløsningen af arrangementet refererer til OTDRs tærskel for at identificere eventet punkt i det testede link, det vil sige værdien af begivenhedsfeltet (detektionstærskelværdi). OTDR-behandlingsbegivenheden ændrer sig mindre end denne grænse, idet punktet for ensartet hældning ændres i kurven. Opløsningen af arrangementet bestemmes af fotodiodens opløsningstærskel, som angiver den mindste dæmpning, der kan måles baseret på to tætte strømniveauer. Afstandsopløsning refererer til den korteste afstand mellem to tilstødende hændelsespunkter, som instrumentet kan løse. Dette indeks svarer til den blinde plet af begivenheden og relateret til pulsbredde og brydningsindeksparametre.
Brug af OTDR
OTDR'en kan udføre følgende målinger:
* For hver begivenhed: afstand, tab, refleksion
* For hvert fibersegment: segmentlængde, segmenttab dB eller dB / Km, segmentreturtab (ORL)
* For hele terminalsystemet: kædelængde, kæde tab dB, kæde ORL
Fibermåling med OTDR kan opdeles i tre trin: parameterindstilling, dataindsamling og kurveanalyse.
3.1 Parameterindstillinger
De fleste OTDR testfibre vælger automatisk de bedste opkøbsparametre ved at sende testpulser. Brugeren behøver kun at vælge bølgelængde, overtagelsestid og nødvendige fiberparametre (såsom brydningsindeks, spredningskoefficient osv.). Det tager en vis tid at erhverve parametrene automatisk, så operatøren manuelt kan vælge måleparametrene under kendte måleforhold.
3.1.1 Valg af bølgelængde
Opførelsen af det optiske system er direkte relateret til transmissionsbølgelængden. Forskellige bølgelængder har forskellige dæmpningsegenskaber ved optiske fibre og forskellige adfærd i den optiske fiberforbindelse: I den samme optiske fiber er 1550 nm mere følsom over for bøjning end den optiske fiber 1310 nm, og dæmpningen på 1550 nm er mindre end enhedslængden af 1310 nm. Lodde- eller forbindelsestab er højere ved 1310 nm end ved 1550 nm. Af denne grund bør den optiske fiber test være den samme som den bølgelængde, der transmitteres af systemet, hvilket betyder at det optiske system på 1550 nm skal vælge bølgelængden på 1550 nm.
3.1.2 Pulsbredde
Pulsbredden styrer den optiske effekt, der injiceres i fiberen af OTDR. Jo længere pulsbredden er, desto større er det dynamiske måleområde. Det kan bruges til at måle en fiber med længere afstand, men den lange puls vil også generere en større blindzone i OTDR-kurvebølgeformen; kort pulsinjektionslysniveau Lavt, men kan reducere blinde pletter. Pulsbredden er normalt udtrykt i ns, og kan også udtrykkes i længdeenheder (m) ifølge formel (4). For eksempel kan en 100 ns puls fortolkes som en "10 m" puls.
3.1.3 Måleområde
OTDR måleområdet refererer til den maksimale afstand, som OTDR erhverver datasampler. Valget af denne parameter bestemmer størrelsen på prøveudtagningsopløsningen. Måleområdet er sædvanligvis sat til en afstand på 1 til 2 gange længden af den fiber, der måles.
3.1.4 Gennemsnitstid
Da det tilbagespredte lyssignal er ekstremt svagt, anvendes den statistiske gennemsnitlige metode generelt til at forbedre signal-til-støjforholdet. Jo længere gennemsnits tid, desto højere er signal-støjforholdet. For eksempel vil købet af 3 minutter være 0,8 dB mere dynamisk end opkøbet af 1 min. Opkøbstiden på mere end 10 minutter forbedrer imidlertid ikke signal-støjforholdet. Den gennemsnitlige tid overstiger ikke 3 minutter.
3.1.5 Fiberparametre
Indstillingen af fiberparametrene indbefatter indstillingen af brydningsindekset n og backscatter-koefficienten η. Brændingsindeksparameteren er relateret til afstandsmåling, og backscatter-koefficienten påvirker måleresultatet af refleksions- og returtab. Disse to parametre gives normalt af producenten af den optiske fiber. For de fleste typer optisk fiber kan brydningsindekset og backscatter-koefficienten angivet i tabel 2 opnå mere præcise afstands- og returmålinger.
Erfaring og færdigheder
(1) Enkel identifikation af fiberkvalitet:
Under normale omstændigheder er OTDR test-strålekurve hovedlegemet (enkelt eller flere optiske fiberkabel) hældning stort set det samme, hvis en bestemt del af hældningen er større, viser det sig, at dæmpningen af dette afsnit er større; Hvis kurvekroppen er uregelmæssig, svinger hældningen. Hvis den bøjes eller bukkes, betyder det, at kvaliteten af den optiske fiber er alvorligt forringet og ikke opfylder kommunikationskravene.
(2) Bølgelængdeudvælgelse og enkelt tovejsprøve:
1550 bølgelængden er længere væk fra testen. 1550 nm er mere følsom over for bøjning end 1310 nm. 1550 nm er mindre end 1310 nm-enheden, og 1310 nm er højere end 1550 nm eller konnektoren. Ved faktisk vedligeholdelse af optisk kabel bliver begge bølgelængder generelt testet og sammenlignet. For positive forstærkningsfænomener og over-afstandsafstande skal der udføres tovejstestanalyse for at opnå gode testkonklusioner.
(3) fælles rengøring:
Inden optisk fiberstikket er tilsluttet OTDR, skal det omhyggeligt rengøres, herunder OTDRs udgangsstik og den tilsluttede live-stik. Ellers er indsættelsestabet for stort, målingerne er upålidelige, kurven er støjende, eller endda måling ikke kan udføres, og det kan også beskadige OTDR. Undgå rengøringsmidler bortset fra alkohol eller brydningsindeks, der matcher væsker, fordi de kan opløse bindemidlet i fiberoptisk konnektor.
(4) Korrektion af brydningsindeks og spredningskoefficient: Ved måling af længden af den optiske fiber vil en afvigelse på 0,01 fra brydningsindekset medføre fejl på så meget som 7m / km. Ved længere lyssegmenter skal brydningsindekset, der leveres af kabelproducenten, anvendes. værdi.
(5) Anerkendelse og behandling af spøgelser:
Spidsen på OTDR-kurven skyldes undertiden ekko forårsaget af nær og stærke refleksioner fra hændelsen. Denne spike hedder spøgelse. Anerkendelse af spøgelser: Spøgelserne på kurverne forårsagede ikke betydelige tab; afstanden mellem spøgelsen og begyndelsen af kurven var et flertal af afstanden mellem den stærke refleksionshændelse og begyndelsen, idet den blev symmetrisk. Eliminer spøgelser: Vælg en kort pulsbredde og tilføj dæmpning til den stærke refleksionsfrontende (som f.eks. OTDR-udgangen). Hvis den begivenhed, der forårsagede spøgelsen, er i enden af fiberen, kan der laves en "lille bøjning" for at dæmpe lyset, der reflekteres tilbage til begyndelsen.
(6) Positiv forstærkning fænomen behandling:
Positiv forstærkning kan forekomme på OTDR-sporet. Den positive gevinst skyldes det faktum, at fiberen efter splejsepunktet frembringer mere tilbagegående astigmatisme end fiberen før splejsepunktet. Faktisk er fiberen splejsningstab ved dette splejsningspunkt. Det forekommer ofte i svejseprocessen af fibre med forskellige modusfeltdiametre eller forskellige backscatter-koefficienter. Derfor er det nødvendigt at måle i begge retninger og gennemsnitlige resultaterne som splejsningstab. Ved selve vedligeholdelsen af det optiske kabel kan ≤0.08dB også anvendes som et simpelt acceptabcept.
(7) Brug af ekstra optisk fiber:
Den ekstra fiber er et fiberstykke, der bruges til at forbinde OTDR med den fiber, der måles, og har en længde på 300-2000 m. Dets hovedfunktioner er: front-end blind zone processing og terminal connector insertion måling.
Generelt er den døde zone forårsaget af forbindelsen mellem OTDR og den fiber, der er under test, den største. Ved den faktiske måling af den optiske fiber tilføjes en overgangsoptisk fiber mellem OTDR'en og den optiske fiber, som skal testes, således at den forreste ende-zone ligger inden for overgangsoptisk fiber og begyndelsen af den optiske fiber, der skal testes falder i den lineære stabile region af OTDR-kurven. Indføringstabet af forbindelsesstykket ved begyndelsen af fibersystemet kan måles ved at tilsætte en overgangsfiber til OTDR. Hvis du ønsker at måle indsætnings tab af stik i begge ender, kan du tilføje en overgangsfiber i hver ende.
De vigtigste faktorer i testfejl
1) Inherente afvigelser fra OTDR testinstrumenter
Ifølge testprincippet for OTDR overfører det optiske impulser til den testede optiske fiber i en vis periode, og derefter kvantificerer, koder og prøver de tilbagekalderede signaler fra de optiske fibre med en vis hastighed. OTDR-instrumentet selv har fejl på grund af prøveudtagningsintervallet, hvilket hovedsageligt afspejles i afstandsopløsningen. OTDRs afstandsopløsning er proportional med prøveudtagningsfrekvensen.
2) Fejl på grund af forkert brug af testinstrumenter
I kabelfejlplaceringsprøven er korrekt OTDR-meters brug korrekt relateret til nøjagtigheden af forhindringstesten. Instrumentets parametrering og nøjagtighed, ukorrekt valg af målerens rækkevidde eller unøjagtige markørindstillinger fører til fejl i testresultaterne.
(1) Indstil fejlen forårsaget af målingens brydningsindeksafvigelse
Brekningsindekset for forskellige typer og producenter af optiske fibre er forskelligt. Når du bruger OTDR'en til at teste længden af fiberen, skal instrumentparametrene indstilles først, og brydningsindeksets indstilling er en af dem. Når brydningsindekset for flere segmenter af kabel er forskelligt, kan en segmenteringsmetode anvendes til at reducere testfejl forårsaget af brydningsindeksindstillingsfejlen.
(2) Forkert valg af måleområde
Når OTDR-måleafstandsopløsningen er 1 meter, betyder det, at figuren kun kan forstørres, når den vandrette skala er 25 meter pr. Gitter. Målerens design er en fuld celle med 25 trin pr. Markør. I dette tilfælde betyder alle bevægelser af markøren en afstand på 1 meter, så læsningsopløsningen er 1 meter. Hvis du vælger 2 km / div for den vandrette skala, skifter markøren med 80 meter for hver bevægelse af markøren. Det kan ses, at jo større måleområde der vælges under testen, desto større afviger testen.
(3) Forkert valg af pulsbredde
Under den samme pulsamplitude er jo større pulsbredden er, desto større er pulsenergien. På nuværende tidspunkt er det dynamiske område for OTDR også større, og det tilsvarende blindeområde er også stort.
(4) Forkert valg af gennemsnitstid
OTDR testkurven prøver det reflekterede signal efter hver udgangspuls og gemmer flere prøver for at eliminere nogle tilfældige hændelser. Jo længere gennemsnittet er, desto tættere er støjniveauet på minimumsværdien, og jo større er det dynamiske område. Jo længere gennemsnits tid, desto højere er testnøjagtigheden, men nøjagtigheden øges ikke, når den når et bestemt niveau. For at forbedre testhastigheden og forkorte den samlede testtid kan den generelle testtid vælges inden for 0,5 til 3 minutter.
(5) Forkert placering af markøren
Bryder i fiberoptiske konnektorer, mekaniske splejsninger og fibre kan forårsage tab og refleksioner, og fiberbrudets brudte endeflade kan producere forskellige Fresnel-refleksionstopper eller ingen Fresnel-refleksion på grund af uregelmæssigheden af endefladen. Hvis markørindstillingerne ikke er præcise nok, vil der være nogle fejl.
