OTDR är ett sofistikerat elektrooptiskt integreringsinstrument som tillverkas av Rayleigh-spridning och Fresnel-reflekterings-backscattering när ljus överförs via en optisk fiber. Den används ofta vid underhåll och konstruktion av optiska fiberkablar. Utför fiberlängdsmätning, fiberdämpning, leddämpning och felplaceringsmätningar.
OTDR-testet utförs genom att emittera ljuspulser i fibern och sedan ta emot den returnerade informationen i OTDR-porten. När ljuspulser fortplantas inuti fibern sker spridning eller reflektion på grund av fiberns, kontaktens, lederna, böjningarna eller andra liknande händelser. Några av spridningen och reflektioner returneras till OTDR. Den användbara informationen som returneras mäts av OTDRs detektorer, vilka tjänar som tids- eller kurvsegment på olika ställen inom fibern.
Avståndet kan beräknas från den tid det tar för signalen till retursignalen för att bestämma ljusets hastighet i glasmaterialet. Följande formel förklarar hur OTDR mäter avståndet. d = (c × t) / 2 (IOR) I denna formel är c ljusets hastighet i vakuum och t är den totala tiden efter signalen sänds tills signalen är mottagen (tvåvägs) värden multipliceras med 2 efter ett enkelriktat avstånd). Eftersom ljuset är långsammare i glas än i vakuum, för att noggrant mäta avståndet måste fiberen som testas, ange brytningsindex (IOR). IOR är märkt av fiberproducenten.
OTDR använder Rayleigh scattering och Fresnel reflektion för att karakterisera fibern. Rayleigh-spridning beror på oregelbunden spridning av optiska signaler längs fibern. OTDR mäter en del av det spridda ljuset tillbaka till OTDR-porten. Dessa backscattersignaler indikerar graden av dämpning (förlust / avstånd) som orsakas av fibern. Den resulterande banan är en nedåtgående kurva, vilket indikerar att backscattering kraften minskar, vilket beror på förlusten av både de överförda och backscattered signalerna efter överföring över ett visst avstånd.
Med tanke på fiberparametrarna kan Rayleigh-spridningskraften specificeras. Om våglängden är känd är den proportionell mot signalets pulsbredd: ju längre pulsbredden desto starkare är den bakåtkrypande effekten. Rayleigh-spridningskraften är också relaterad till den överförda signalens våglängd och kortare våglängder är kraftfullare. Det vill säga att banan som alstras av 1310 nm-signalen kommer att vara högre än Rayleigh-backscatteringen av banan genererad av 1550 nm-signalen.
I området med hög våglängd (över 1500 nm) fortsätter Rayleigh-spridningen att minska, men ett annat fenomen som kallas infraröd dämpning (eller absorption) uppstår, ökar och resulterar i en ökning av det totala dämpningsvärdet. Därför är 1550 nm den lägsta dämpningsvåglängden; Detta förklarar också varför det är våglängden för fjärrkommunikation. Naturligtvis påverkar dessa fenomen också OTDR. Som en OTDR med en våglängd på 1550 nm har den också låg dämpningsprestanda, så det kan provas över långa avstånd. Som en starkt dämpad 1310nm eller 1625nm våglängd är OTDRs testavstånd bunden att vara begränsad eftersom testutrustningen behöver upptäcka en skarp spik i OTDR-spåret och spetsen av denna spik kommer snabbt att falla in i bruset.
Fresnel reflektioner, å andra sidan, är diskreta reflektioner som orsakas av individuella punkter i hela fibern. Dessa punkter består av faktorer som orsakar en förändring i brytningskoefficienten, såsom mellanrummet mellan glas och luft. Vid dessa punkter kommer det att finnas starkt backscattered ljus reflekteras tillbaka. Därför är OTDR att använda Fresnel reflektionsinformation för att lokalisera anslutningspunkten, fiberavslutningen eller brytpunkten.
Stora OTDR har möjlighet att helt och automatiskt identifiera fiberns omfattning. Denna nya förmåga beror till stor del på användningen av avancerad analysprogramvara som granskar OTDR-provtagning och skapar ett evenemangstabell. Denna händelsetabell visar alla bana-relaterade data, t.ex. typ av fel, avstånd till felet, dämpning, returförlust och skarvförlust.
OTDR-principen
1.1 Rayleigh Backscattering
På grund av defekten hos själva optofibern och dopkomponenternas inhomogenitet uppträder Rayleigh-spridning i de optiska pulserna som förökas i den optiska fibern. En del av ljuset (ungefär 0,0001% [1]) sprids tillbaka i motsatt riktning av pulsen och refereras därför till som Rayleigh-backscattering, vilket ger längdberoende dämpningsdetaljer.
Fresnelreflektioner uppträder vid gränserna för två olika brytningsindexöverföringsmedier (såsom kontakter, mekaniska skarvar, frakturer eller fibertermineringar). Detta fenomen används av OTDR för att exakt bestämma positionen längs en längd av diskontinuitet i fiberns längd. Storleken på reflektionen beror på gränsytans flathet och skillnaden i brytningsindex. Fresnelreflektionen kan reduceras genom att använda brytningsindex-matchningsvätskan.
OTDRs huvudprestandindex
Att förstå OTDRs prestandaparametrar bidrar till den faktiska fibermätningen av OTDR. OTDR-prestandaparametrarna innefattar främst dynamiskt intervall, blankt område, upplösning och noggrannhet.
2.1 Dynamiskt område
Dynamiskt intervall är en av huvudindikatorerna för OTDR, som bestämmer fiberens maximala mätbara längd. Ju större det dynamiska området är, desto bättre är kurvan och desto längre mätbart avstånd. Dynamiskt område Det finns för närvarande ingen enhetlig standardberäkningsmetod [1]. De allmänt använda dynamiska områdesdefinitionerna innehåller huvudsakligen följande fyra:
1 IEC-definition (Bellcore): En av de allmänt använda dynamiska intervalldefinitionerna. DB-skillnaden mellan backscatternivån vid början och brusnivån är tagen. Mätförhållandet är den maximala pulsbredden för OTDR och mättiden på 180 sekunder.
2RMS Definition: Den vanligaste dynamiska intervalldefinitionen. Ta skillnaden i dB mellan start-backscatteringsnivån och RMS-ljudnivån. Om ljudnivån är Gaussian är det definierade värdet av RMS ungefär 1,56 dB högre än det IEC-definierade värdet.
3N = 0.1dB Definition: Den mest praktiska definitionen. Ta det maximala tillåtna dämpningsvärdet som kan mäta förlusten av 0,1 dB händelse. Det definierade N = 0,1 dB-värdet är ungefär 6,6 dB mindre än det RMS-definierade signal-brusförhållandet SNR = 1, vilket innebär att om OTDR har ett dynamiskt område på 30 dB RMS definierar N = 0,1 dB endast ett dynamiskt intervall 23,4 dB, vilket bara innebär förluster med 0,1 dB förlust mätt över ett 23,4 dB dämpningsområde.
Slutdetektering: DB-skillnaden mellan 4% Fresnelreflektion vid fiberns början och RMS-ljudnivån, vilket är cirka 12 dB högre än IEC-definitionen.
2.2 Deadzone
"Blindzon" kallas också "dödzon" och hänvisar till den del där OTDR-kurvan inte kan återspegla den optiska fiberlinjens tillstånd inom ett visst avstånd under påverkan av Fresnel-reflektion. Detta fenomen uppstår huvudsakligen eftersom Fresnel-reflektionssignalen på fiberlänken gör fotodetektorn mättad vilket kräver en viss återhämtningstid. Den döda zonen kan förekomma på framsidan av OTDR-panelen eller vid andra Fresnelreflektioner i fiberoptiklänken.
Bellcore definierar två dödzoner [2]: Dämpningsblindzon (ADZ) och Eventblindzon (EDZ). Dämpningsblindzon avser det minsta avståndet mellan två reflektionshändelser när respektive förlust kan mätas respektive. I allmänhet är dämpningsblindzonen 5-6 gånger av pulsbredd (indikerad med avstånd); händelseblindzonen innebär att två reflektionshändelser fortfarande kan särskiljas. Vid det minsta avståndet är avståndet till varje händelse mätbart, men den enskilda förlusten av varje händelse är omätbar.
2.3 Upplösning
OTDR har fyra huvudupplösningsindikatorer: provupplösning, bildskärmsupplösning (även kallad avläsningsupplösning), händelseupplösning och distansupplösning. Provtagningsupplösningen är det minsta avståndet mellan de två samplingspunkterna, vilket bestämmer OTDR: s förmåga att lokalisera händelser. Provtagningsupplösningen är relaterad till valet av pulsbredd och distansområdesstorlek. Skärmupplösningen är det lägsta värdet instrumentet kan visa. OTDR delar upp varje provtagningsintervall med mikroprocessorn så att markören kan röra sig inom provtagningsintervallet. Det kortaste avståndet som markören flyttar är den horisontella bildskärmsupplösningen och den visade minsta dämpningsdisplayen vertikal bildskärmsupplösning.
Upplösningen av händelsen hänvisar till tröskeln för OTDR för att identifiera händelsepunktet i länken som testas, det vill säga värdet av händelsefältet (detektionsgränsen). OTDR-behandlingshändelsen ändras mindre än denna tröskel, eftersom punkten för likformig lutning förändras i kurvan. Upplösningen av händelsen bestäms av fotodiodens upplösningströskel, som anger den minsta dämpningen som kan mätas baserat på två nära effektnivåer. Fjärrupplösning avser det kortaste avståndet mellan två intilliggande händelsepunkter som instrumentet kan lösa. Detta index liknar händelsens blinda punkt och relaterar till pulsbredd och brytningsindexparametrar.
Användning av OTDR
OTDR kan utföra följande mätningar:
* För varje händelse: Avstånd, förlust, reflektion
* För varje fibersegment: segmentlängd, segmentförlust dB eller dB / Km, segmentavkastningsförlust (ORL)
* För hela terminalsystemet: kedjelängd, kedjetab dB, kedja ORL
Fibermätning med OTDR kan delas in i tre steg: parameterinställning, datainsamling och kurvanalys.
3.1 Parameterinställningar
De flesta OTDR-testfibrer väljer automatiskt de bästa förvärvsparametrarna genom att överföra testpulser. Användaren behöver bara välja våglängd, förvärvstid och nödvändiga fiberparametrar (såsom brytningsindex, spridningskoefficient etc.). Det tar viss tid att få parametrarna automatiskt, så att operatören manuellt kan välja mätparametrarna under kända mätförhållanden.
3.1.1 Val av våglängd
Det optiska systemets beteende är direkt relaterat till överföringsvåglängden. Olika våglängder har olika dämpningsegenskaper för optiska fibrer och olika beteenden i den optiska fiberanslutningen: I samma optiska fiber är 1550 nm mer känslig för böjning än den optiska fibern 1310 nm och 1550 nm dämpningen är mindre än enhetens längd av 1310 nm. Löd- eller anslutningsförluster är högre vid 1310 nm än vid 1550 nm. Av detta skäl bör det optiska fiberprovet vara detsamma som våglängden som sänds av systemet, vilket innebär att det optiska 1550 nm-systemet behöver välja våglängden på 1550 nm.
3.1.2 Pulsbredd
Pulsbredden styr den optiska effekten som injiceras i fibern av OTDR. Ju längre pulsbredden desto större är det dynamiska mätområdet. Det kan användas för att mäta en fiber med längre avstånd, men den långa pulsen kommer även att generera en större blindzon i OTDR-kurvvågformen. kort pulsinjektionsljusnivå Låg men kan minska blindfläckar. Pulsbreddstiden uttrycks vanligtvis i ns, och kan också uttryckas i längdenheter (m) enligt formel (4). Till exempel kan en 100 ns puls tolkas som en "10 m" puls.
3.1.3 Mätområde
OTDR-mätområdet avser det maximala avståndet som OTDR förvärvar dataprover. Valet av denna parameter bestämmer storleken på provtagningsupplösningen. Mätintervallet är vanligtvis inställt på ett avstånd av 1 till 2 gånger fiberns längd som skall mätas.
3.1.4 Genomsnittstid
Eftersom den backscattered ljussignalen är extremt svag används den statistiska medelvärdesmetoden vanligen för att förbättra signal-brusförhållandet. Ju längre medeltiden desto högre är signal-brusförhållandet. Till exempel kommer förvärvet av 3 min att vara 0,8 dB mer dynamiskt än förvärvet av 1 min. Anskaffningstiden på mer än 10 minuter förbättrar dock inte signal-brusförhållandet. Den genomsnittliga tiden överstiger inte 3 minuter.
3.1.5 Fiberparametrar
Inställningen av fiberparametrarna innefattar inställningen av brytningsindexet n och backscatterkoefficienten η. Brytningsindexparametern är relaterad till avståndsmätningen och backscatterkoefficienten påverkar mätresultatet för reflektion och returförlust. Dessa två parametrar ges vanligen av tillverkaren av den optiska fibern. För de flesta typer av optisk fiber kan brytningsindexet och backscatter-koefficienten som anges i tabell 2 få noggrannare avstånds- och returförlustmätningar.
Erfarenheter och färdigheter
(1) Enkel identifiering av fiberkvalitet:
Under normala förhållanden är OTDR teststrålkurvan huvudkroppen (en eller flera optiska fiberkabel) i princip densamma, om en viss del av sluttningen är större visar det sig att dämpningen av denna sektion är större; Om kurvkroppen är oregelbunden, svänger lutningen. Om den är böjd eller böjd, indikerar den att den optiska fiberens kvalitet försämras allvarligt och inte uppfyller kommunikationskraven.
(2) Våglängdsval och enkel dubbelriktningstest:
1550 våglängden ligger längre bort från testet. 1550 nm är känsligare för böjning än 1310 nm. 1550 nm är mindre än 1310 nm-enheten och 1310 nm är högre än 1550 nm eller kontakten. I själva optiska kabeldragningsarbetet testas båda våglängderna i allmänhet och jämförs. För positiva förstärkningsfenomen och överståndsavstånd måste dubbelriktad testanalys utföras för att få goda slutsatser.
(3) gemensam rengöring:
Innan den optiska fiberkontakten är ansluten till OTDR måste den rengöras noggrant, inklusive uttaget på OTDR och den livekontakt som testas. I annat fall är införingsförlusten för stor, mätningen är otillförlitlig, kurvan är bullrig eller ens mätningen kan inte utföras, och det kan också skada OTDR. Undvik rengöringsmedel annat än alkohol eller brytningsindex som matchar vätskor eftersom de kan lösa bindemedlet i fiberoptisk kontakt.
(4) Korrigering av brytningsindex och spridningskoefficient: Vid mätning av längden på den optiska fibern skulle en avvikelse på 0,01 från brytningsindex orsaka fel på så mycket som 7m / km. För längre ljussegment bör brytningsindex som tillhandahålls av kabelproducenten användas. värde.
(5) Erkännande och behandling av spöken:
Spetsen på OTDR-kurvan beror ibland på ekon som orsakas av nära och starka reflektioner från händelseänden. Denna spik kallas spöken. Erkännande av spöken: Spöken på kurvorna orsakade inte signifikant förlust; Avståndet mellan spöken och början av kurvan var en multipel av avståndet mellan den starka reflektionshändelsen och början, blir symmetrisk. Eliminera spöken: Välj en kort pulsbredd och lägg till dämpning till den starka reflektionsfronten (till exempel OTDR-utgången). Om händelsen som orsakade spöken är i slutet av fibern, kan en "liten böj" göras för att dämpa ljuset som reflekteras tillbaka till början.
(6) Behandling av positivt fenomen:
Positiv förstärkning kan uppträda på OTDR-spåret. Den positiva vinsten beror på det faktum att fibern efter skarvpunkten producerar mer bakåtgående astigmatism än fibern före splitsningspunkten. Faktum är att fibern är skarvförlust vid denna skarvpunkt. Det uppstår ofta i svetsprocessen av fibrer med olika fältdiametrar eller olika backscatter-koefficienter. Därför är det nödvändigt att mäta i båda riktningarna och genomsnittsa resultaten som splitsförlusten. Vid den faktiska optiska kabeln underhållet kan ≤0.08dB också användas som en enkel princip för acceptans.
(7) Användning av ytterligare optisk fiber:
Den extra fibern är en fiberbit som används för att ansluta OTDR med fibern som ska mätas och har en längd på 300-2000 m. Huvudfunktionerna är: front-end-blind zon bearbetning och terminal anslutning mätning.
I allmänhet är den dödzon som orsakas av kontakten mellan OTDR och den fiber som testas den största. Vid den faktiska mätningen av den optiska fibern läggs en övergångsoptisk fiber mellan OTDR och den optiska fibern som skall testas så att den främre änden dödzonen faller inom övergångsoptisk fiber och början av den optiska fibern som skall testas faller i den linjära stabila regionen av OTDR-kurvan. Insättningsförlusten av kopplingsdonet i början av fibersystemet kan mätas genom att lägga en övergångsfiber till OTDR. Om du vill mäta insättningsförlusten av kontakter i båda ändarna kan du lägga till en övergångsfiber i varje ände.
Huvudfaktorerna för testfelet
1) Inherent avvikelser från OTDR testinstrument
Enligt testprincipen för OTDR överför den optiska pulser till den testade optiska fibern enligt en viss period, och sedan kvantifierar, kodar och samplar proverna och lagrar de återförskjutna signalerna från de optiska fibrerna med en viss hastighet. OTDR-instrumentet själv har fel på grund av provtagningsintervallet, vilket huvudsakligen återspeglas i distansupplösningen. OTDRs avståndsupplösning är proportionell mot samplingsfrekvensen.
2) Fel på grund av felaktig användning av testinstrument
Vid provprovning av kabelfel är korrektheten hos OTDR-mätarens användning direkt relaterad till noggrannheten i hinderprovet. Instrumentets parametrering och noggrannhet, felaktigt val av mätarens intervall eller felaktiga markörinställningar leder till fel i testresultaten.
(1) Ställ in felet som orsakas av mätarens brytningsindexavvikelse
Brytningsindexet för olika typer och tillverkare av optiska fibrer är olika. När du använder OTDR för att testa längden på fibern måste instrumentparametrarna ställas in först och inställningen av brytningsindexet är en av dem. När brytningsindexet för flera segment av kabel är annorlunda kan en segmenteringsmetod användas för att reducera testfelet orsakat av brytningsindexinställningsfelet.
(2) Felaktigt urval av mätområde
När OTDR-mätprovdistansupplösningen är 1 meter betyder det att siffran endast kan förstoras när den horisontella skalan är 25 meter per rutnät. Mätardesignen är en full cell med 25 steg per markör. I det här fallet betyder varje rörelse av markören ett avstånd på 1 meter, så läsupplösningen är 1 meter. Om du väljer 2 km / div för den horisontella skalan flyttas markören med 80 meter för varje rörelse av markören. Det kan ses att ju större mätintervall som valts under testet desto större blir testets avvikelse.
(3) Felaktigt val av pulsbredd
Under tillståndet av samma pulsamplitud, ju större pulsbredden är desto större är pulsenergin. Vid denna tidpunkt är OTDR: s dynamiska intervall också större, och motsvarande blindområde är också stor.
(4) Felaktigt urval av medeltid
OTDR-testkurvan proverar den reflekterade signalen efter varje utgångspuls och medeltal flera prover för att eliminera några slumpmässiga händelser. Ju längre medelvärdet är, desto närmare ljudnivån är det lägsta värdet och ju större det dynamiska området. Ju längre medeltiden desto högre testnoggrannhet, men noggrannheten ökar inte när den når en viss nivå. För att förbättra provhastigheten och förkorta den totala testtiden kan den allmänna testtiden väljas inom 0,5 till 3 minuter.
(5) Felaktig placering av markören
Brott i fiberoptiska kontakter, mekaniska skarvar och fibrer kan orsaka förlust och reflektioner och det brutna ändytan på fiberänden kan producera olika Fresnelreflektionstoppar eller ingen Fresnelreflektion på grund av oregelbundenheten hos ändytan. Om markörinställningarna inte är tillräckligt exakta kommer det att finnas några fel.