OTDR adalah instrumen integrasi elektro-optik canggih yang terbuat dari rentang Rayleigh dan refleksi Fresnel refleksi ketika cahaya ditransmisikan melalui serat optik. Ia digunakan secara meluas dalam penyelenggaraan dan pembinaan kabel gentian optik. Lakukan pengukuran panjang serat, pelemahan serat, pelemahan sendi, dan ukuran lokasi kesalahan.
Ujian OTDR dilakukan dengan memancarkan denyutan cahaya ke serat dan kemudian menerima maklumat yang dikembalikan di pelabuhan OTDR. Apabila denyutan cahaya menyebarkan serat, serat atau pantulan terjadi disebabkan sifat serat, penyambung, sendi, selekoh, atau peristiwa yang serupa. Sebahagian daripada penyebaran dan pantulan dikembalikan kepada OTDR. Maklumat berguna yang dikembalikan diukur oleh pengesan OTDR, yang berfungsi sebagai segmen masa atau lengkung di lokasi yang berbeza dalam serat.
Jarak boleh dikira dari masa yang diperlukan untuk isyarat kepada isyarat pulangan untuk menentukan kelajuan cahaya dalam bahan kaca. Rumusan berikut menerangkan bagaimana jarak OTDR mengukur. d = (c × t) / 2 (IOR) Dalam formula ini, c adalah kelajuan cahaya dalam vakum, dan t adalah jumlah masa selepas isyarat dihantar sehingga isyarat diterima (dua arah) (kedua nilai didarab dengan 2 selepas jarak sehala). Kerana cahaya lebih perlahan dalam kaca daripada dalam vakum, untuk mengukur jarak dengan tepat, serat di bawah ujian mesti menentukan indeks bias (IOR). IOR ditandakan oleh pengilang gentian.
OTDR menggunakan rentang Rayleigh dan refleksi Fresnel untuk mencirikan serat. Rayleigh menyebarkan hasil daripada penyebaran isyarat optik yang tidak teratur sepanjang serat. OTDR mengukur sebahagian daripada cahaya yang bertaburan kembali ke pelabuhan OTDR. Isyarat backscatter ini menunjukkan tahap pengecilan (kehilangan / jarak) yang disebabkan oleh serat. Lintasan yang dihasilkan adalah lengkung ke bawah, yang menunjukkan bahawa kuasa backscattering berkurang, yang disebabkan oleh kehilangan kedua-dua isyarat yang ditransmisikan dan disambungkan selepas penghantaran ke jarak tertentu.
Memandangkan parameter serat, kuasa penyebaran Rayleigh boleh ditentukan. Sekiranya panjang gelombang diketahui, ia adalah berkadar dengan lebar nadi isyarat: semakin lebar lebar nadi, semakin kuat kuasa backscattering. Kuasa penyebaran Rayleigh juga berkaitan dengan panjang gelombang isyarat yang dihantar, dan panjang gelombang yang lebih pendek lebih kuat. Iaitu, trajektori yang dihasilkan oleh isyarat 1310 nm akan lebih tinggi daripada backscatter Rayleigh trajektori yang dihasilkan oleh isyarat 1550 nm.
Di rantau panjang gelombang tinggi (lebih 1500 nm), penyebaran Rayleigh terus berkurang, tetapi satu lagi fenomena yang dinamakan redaman redaman (atau penyerapan) inframerah berlaku, meningkat dan mengakibatkan peningkatan nilai pelemahan keseluruhan. Oleh itu, 1550 nm adalah panjang gelombang pelemahan yang paling rendah; ini juga menjelaskan mengapa ia adalah panjang gelombang komunikasi jarak jauh. Sememangnya, fenomena ini juga mempengaruhi OTDR. Sebagai OTDR dengan panjang gelombang 1550 nm, ia juga mempunyai prestasi pelemahan yang rendah, jadi ia boleh diuji dalam jarak jauh. Sebagai panjang gelombang 1310nm atau 1625nm yang sangat dilemahkan, jarak ujian OTDR terikat terhad kerana alat ujian perlu mengesan kenaikan tajam dalam jejak OTDR, dan ujung spek ini akan jatuh ke dalam bunyi bising.
Refleksi fresnel, di sisi lain, adalah pantulan diskrit yang disebabkan oleh titik individu di seluruh serat. Titik ini terdiri daripada faktor-faktor yang menyebabkan perubahan dalam koefisien pembiasan, seperti jurang antara kaca dan udara. Pada titik ini, akan ada cahaya backscattered kuat yang dipantulkan kembali. Oleh itu, OTDR adalah untuk menggunakan maklumat refleksi Fresnel untuk mencari titik sambungan, penamatan serat atau titik putus.
OTDR besar mempunyai kemampuan untuk mengenal pasti skop serat sepenuhnya dan secara automatik. Keupayaan baru ini sebahagian besarnya menggunakan penggunaan perisian analisis lanjutan yang mengkaji semula pensampelan OTDR dan mencipta jadual acara. Jadual acara ini menunjukkan semua data yang berkaitan dengan trajektori seperti jenis kesalahan, jarak ke kesalahan, pengecilan, kehilangan kembali, dan kerugian sambatan.
Prinsip OTDR
1.1 Rayleigh Backscattering
Oleh kerana kecacatan serat optik itu sendiri dan ketidaksopanan komponen doping, penyebaran Rayleigh berlaku dalam denyutan optik yang disebarkan dalam serat optik. Sebilangan cahaya (kira-kira 0.0001% [1]) bertaburan kembali ke arah yang bertentangan nadi dan oleh itu disebut sebagai backscattering Rayleigh, yang memberikan butiran pelemahan yang bergantung kepada panjang.
Refleksi Fresnel terjadi pada batas-batas dua media transmisi indeks bias yang berbeda (seperti penyambung, splices mekanikal, patah tulang, atau penghentian serat). Fenomena ini digunakan oleh OTDR untuk menentukan posisi dengan tepat sepanjang panjang ketidakpatuhan pada panjang serat. Ukuran refleksi bergantung pada kebosanan permukaan sempadan dan perbezaan indeks bias. Refleksi Fresnel dapat dikurangi dengan menggunakan cair pencocokan indeks bias.
Indeks prestasi utama OTDR
Memahami parameter prestasi OTDR menyumbang kepada pengukuran serat sebenar OTDR. Parameter prestasi OTDR terutamanya termasuk rentang dinamik, kawasan buta, resolusi, dan ketepatan.
2.1 Julat dinamik
Julat dinamik adalah salah satu penunjuk prestasi utama OTDR, yang menentukan panjang maksimum serat yang boleh diukur. Semakin besar jarak dinamik, semakin baik jenis garis lengkung dan semakin lama jarak yang dapat diukur. Julat Dinamik Tidak ada kaedah pengiraan standard seragam [1]. Takrifan dinamik yang biasa digunakan terutamanya termasuk empat berikut:
1 definisi IEC (Bellcore): Salah satu definisi pelbagai dinamik yang biasa digunakan. Perbezaan dB antara tahap backscatter pada permulaan dan tahap puncak hingar diambil. Keadaan pengukuran adalah lebar nadi maksimum OTDR dan masa pengukuran sebanyak 180 saat.
Definisi 2RMS: Takrifan dinamik yang paling biasa digunakan. Ambil perbezaan dalam dB antara tahap backscatter dan tahap bunyi RMS. Sekiranya tahap hingarnya adalah Gaussian, nilai yang ditetapkan RMS adalah lebih kurang 1.56 dB lebih tinggi daripada nilai yang ditentukan oleh IEC.
3N = 0.1dB Definisi: Kaedah definisi yang paling praktikal. Ambil nilai pengurangan maksimum yang dibenarkan yang dapat mengukur kehilangan peristiwa 0.1dB. Nilai N = 0.1dB yang ditetapkan adalah lebih kurang 6.6dB lebih kecil daripada nisbah isyarat-to-bunyi yang ditetapkan oleh RMS SNR = 1, yang bermaksud jika OTDR mempunyai rentang dinamik RMS 30dB, N = 0.1dB mentakrifkan satu rangkaian dinamik sahaja 23.4dB, yang bermaksud kerugian hanya dengan kerugian 0.1 dB yang diukur daripada pelbagai pelemahan 23.4dB.
Pengesanan akhir: Perbezaan dB antara refleksi Fresnel 4% pada permulaan serat dan tahap bunyi RMS, iaitu kira-kira 12 dB lebih tinggi daripada definisi IEC.
2.2 Deadzone
"Zon buta" juga dipanggil "zon mati" dan merujuk kepada bahagian di mana lengkung OTDR tidak dapat mencerminkan keadaan garis gentian optik dalam julat jarak tertentu di bawah pengaruh refleksi Fresnel. Fenomena ini terutama berlaku kerana isyarat refleksi Fresnel pada pautan serat menjadikan fotodetektor tepu, yang memerlukan masa pemulihan tertentu. Zon mati boleh berlaku di hadapan panel OTDR, atau pada refleksi Fresnel yang lain dalam pautan fiber optik.
Bellcore mentakrifkan dua zon mati [2]: zon buta pelanggaran (ADZ) dan zon buta Acara (EDZ). Zon buta pelanggaran merujuk kepada jarak minimum antara dua peristiwa pantulan apabila kerugian masing-masing boleh diukur. Secara umumnya, zon buta pelemahan ialah 5-6 kali lebar denyut nadi (ditunjukkan dengan jarak); zon buta peristiwa bermakna bahawa dua peristiwa pantulan masih dapat dibezakan. Pada jarak minimum, jarak ke setiap peristiwa dapat diukur, tetapi kehilangan individu setiap peristiwa tidak dapat diukur.
2.3 Resolusi
OTDR mempunyai empat petunjuk utama resolusi: resolusi sampel, resolusi paparan (juga dipanggil resolusi pembacaan), resolusi acara, dan resolusi jarak. Resolusi persampelan adalah jarak minimum antara dua titik pensampelan, yang menentukan keupayaan OTDR untuk mencari peristiwa. Resolusi persampelan berkaitan dengan pilihan lebar nadi dan saiz jarak jarak jauh. Resolusi paparan adalah nilai minimum yang boleh dipamerkan instrumen. OTDR membahagikan setiap selang sampingan oleh sistem mikroprosesor supaya kursor boleh bergerak dalam jarak persampelan. Jarak terpendek yang bergerak kursor ialah resolusi paparan mendatar dan resolusi paparan menegak minimum yang dipaparkan.
Resolusi acara ini merujuk kepada ambang OTDR untuk mengenal pasti titik kejadian dalam pautan di bawah ujian, iaitu, nilai medan peristiwa (ambang pengesanan). OTDR merawat peristiwa perubahan lebih kecil daripada ambang ini sebagai titik perubahan seragam seragam dalam lengkung. Resolusi peristiwa itu ditentukan oleh ambang resolusi fotodiode, yang menentukan pelemahan minimal yang dapat diukur berdasarkan dua tahap kuasa dekat. Resolusi jarak merujuk kepada jarak terpendek antara dua titik peristiwa bersebelahan yang dapat diselesaikan oleh instrumen tersebut. Indeks ini sama dengan titik buta acara, dan berkaitan dengan lebar denyut dan parameter indeks biasan.
Penggunaan OTDR
OTDR boleh melakukan pengukuran berikut:
* Untuk setiap peristiwa: jarak, kehilangan, pantulan
* Bagi setiap segmen serat: panjang segmen, kerugian segmen dB atau dB / Km, segmen pulangan kerugian (ORL)
* Untuk sistem terminal keseluruhan: panjang rantaian, kehilangan rantai dB, rantai ORL
Pengukuran gentian dengan OTDR boleh dibahagikan kepada tiga langkah: penetapan parameter, pengambilalihan data, dan analisis lengkung.
3.1 Tetapan Parameter
Kebanyakan ujian OTDR serat secara automatik memilih parameter perolehan terbaik dengan memancarkan denyutan ujian. Pengguna hanya perlu memilih panjang gelombang, masa pengambilalihan, dan parameter serat yang diperlukan (seperti indeks biasan, pekali hamburan, dan sebagainya). Ia mengambil masa tertentu untuk memperoleh parameter secara automatik, supaya operator boleh memilih parameter pengukuran secara manual di bawah keadaan pengukuran yang diketahui.
3.1.1 Pemilihan Panjang Gelombang
Tingkah laku sistem optik berkaitan secara langsung dengan panjang gelombang penghantaran. Panjang gelombang yang berbeza mempunyai ciri-ciri pelemahan optik gentian optik dan tingkah laku yang berlainan dalam sambungan serat optik: Dalam serat optik yang sama, 1550 nm lebih sensitif terhadap lentur daripada serat optik 1310 nm, dan pelemahan 1550 nm lebih kecil daripada panjang unit daripada 1310 nm. Kerugian penyambung atau penyambung lebih tinggi pada 1310 nm daripada pada 1550 nm. Atas sebab ini, ujian serat optik harus sama dengan panjang gelombang yang dihantar oleh sistem, yang bermaksud bahawa sistem optik 1550 nm perlu memilih panjang gelombang 1550 nm.
3.1.2 Lebar Pulse
Lebar denyut mengawal kuasa optik yang disuntik ke serat oleh OTDR. Semakin panjang lebar nadi, semakin besar jarak pengukuran dinamik. Ia boleh digunakan untuk mengukur serat jarak jauh, tetapi nadi panjang juga akan menghasilkan zon buta yang lebih besar dalam bentuk gelombang lengkung OTDR; tahap suntikan nadi pendek rendah tetapi boleh mengurangkan bintik-bintik buta. Tempoh lebar pulsa biasanya dinyatakan dalam ns, dan juga boleh dinyatakan dalam unit panjang (m) mengikut formula (4). Sebagai contoh, nadi 100 ns boleh ditafsirkan sebagai nadi "10 m".
3.1.3 Julat Pengukuran
Pelbagai pengukuran OTDR merujuk kepada jarak maksimum yang diperoleh OTDR sampel data. Pilihan parameter ini menentukan saiz resolusi persampelan. Julat pengukuran biasanya ditetapkan pada jarak 1 hingga 2 kali panjang serat untuk diukur.
3.1.4 Purata masa
Oleh kerana isyarat cahaya yang diserang sangat lemah, kaedah purata statistik biasanya digunakan untuk meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi. Semakin lama masa purata, semakin tinggi nisbah isyarat-ke-bunyi. Sebagai contoh, pemerolehan 3 min ialah 0.8 dB lebih dinamik daripada pengambilalihan 1 minit. Walau bagaimanapun, masa pengambilalihan lebih daripada 10 minit tidak meningkatkan nisbah isyarat-ke-bunyi. Waktu purata tidak melebihi 3 minit.
3.1.5 Parameter Serat
Penetapan parameter serat termasuk penetapan indeks biasan dan pekali backscatter η. Parameter indeks bias dikaitkan dengan pengukuran jarak, dan pekali backscatter mempengaruhi hasil pengukuran dari refleksi dan kehilangan kembali. Kedua-dua parameter ini biasanya diberikan oleh pengilang gentian optik. Bagi kebanyakan jenis gentian optik, indeks pembiasan dan pekali backscatter yang diberikan dalam Jadual 2 boleh mendapatkan jarak yang lebih tepat dan pengukuran kerugian pulangan.
Pengalaman dan kemahiran
(1) Pengenalan ringkas kualiti serat:
Dalam keadaan normal, lekapan sinar ujian utama OTDR (cerucuk tunggal atau beberapa kabel gentian optik) pada dasarnya adalah sama, jika seksyen tertentu cerun lebih besar, ia menunjukkan bahawa pelemahan bahagian ini lebih besar; jika badan lengkung adalah bentuk tidak teratur, cerun berfluktuasi, Jika bengkok atau arced, ia menunjukkan bahawa kualiti gentian optik telah teruk dan tidak memenuhi keperluan komunikasi.
(2) Pemilihan panjang gelombang dan ujian dwiarah tunggal:
Panjang gelombang 1550 jauh lebih jauh dari ujian. 1550 nm lebih sensitif terhadap lentur daripada 1310 nm. 1550 nm lebih kecil daripada unit 1310 nm, dan 1310 nm lebih tinggi daripada 1550 nm atau penyambungnya. Dalam kerja penyelenggaraan kabel optik sebenar, kedua-dua panjang gelombang biasanya diuji dan dibandingkan. Untuk fenomena faedah positif dan jarak jauh, analisis ujian bi-arah mesti dilakukan untuk mendapatkan kesimpulan ujian yang baik.
(3) pembersihan bersama:
Sebelum penyambung gentian optik disambungkan ke OTDR, ia mesti dibersihkan dengan teliti, termasuk penyambung output OTDR dan penyambung langsung di bawah ujian. Jika tidak, kerugian sisipan terlalu besar, pengukuran tidak boleh dipercayai, lengkungnya bising atau pengukuran tidak dapat dilakukan, dan ia juga boleh merosakkan OTDR. Elakkan agen pembersih selain alkohol atau cecair pencocokan indeks bias kerana mereka boleh membubarkan pengikat dalam penyambung gentian optik.
(4) Pembetulan indeks biasan dan pekali hamburan: Untuk ukuran panjang gentian optik, sisihan 0.01 dari indeks biasan akan menyebabkan kesilapan sebanyak 7m / km. Untuk segmen cahaya yang lebih panjang, indeks biasan yang disediakan oleh pengeluar kabel harus digunakan. nilai.
(5) Pengiktirafan dan pemprosesan hantu:
Lonjakan pada lengkung OTDR kadang-kadang disebabkan oleh gema yang disebabkan oleh pantulan yang dekat dan kuat dari hujung kejadian. Spike ini dipanggil ghosting. Pengiktirafan hantu: Hantu di keluk tidak menyebabkan kerugian besar; jarak antara hantu dan permulaan lengkung adalah pelbagai jarak antara peristiwa pantulan kuat dan permulaan, menjadi simetri. Hilangkan ghosting: Pilih lebar denyut pendek dan tambah pelemahan pada depan depan pantulan yang kuat (seperti output OTDR). Sekiranya kejadian yang menyebabkan ghosting berada di penghujung serat, sebuah "bendung kecil" boleh dibuat untuk melemahkan cahaya yang dipantulkan kembali ke permulaan.
(6) Pemprosesan fenomena positif positif:
Keuntungan positif mungkin terjadi pada jejak OTDR. Keuntungan positif adalah kerana serat selepas titik splice menghasilkan lebih banyak astigmatisme mundur daripada serat sebelum titik sambatan. Sebenarnya, serat ini adalah penyempitan pada titik sambatan ini. Ia sering berlaku dalam proses kimpalan serat dengan diameter medan mod yang berlainan atau pekali backscatter berbeza. Oleh itu, adalah perlu untuk mengukur dalam kedua-dua arah dan purata hasilnya sebagai kerugian sambatan. Dalam penyelenggaraan kabel optik sebenar, ≤0.08dB juga boleh digunakan sebagai prinsip penerimaan mudah.
(7) Penggunaan serat optik tambahan:
Serat tambahan adalah sekeping serat yang digunakan untuk menyambung OTDR dengan serat yang diukur dan mempunyai panjang 300-2000 m. Fungsi utamanya adalah: pemproses zon front-end dan pengukuran sisipan penyambung terminal.
Secara umum, zon mati yang disebabkan oleh penyambung antara OTDR dan serat di bawah ujian adalah yang terbesar. Dalam pengukuran sebenar gentian optik, serat optik peralihan ditambah antara OTDR dan gentian optik yang akan diuji supaya zon mati depan berada dalam serat optik peralihan, dan permulaan gentian optik yang akan diuji jatuh di rantau lurus linear lengkung OTDR. Kehilangan kemasukan penyambung pada permulaan sistem gentian boleh diukur dengan menambah serat peralihan ke OTDR. Jika anda ingin mengukur kehilangan penyambung penyambung pada kedua-dua hujung, anda boleh menambah serat peralihan pada setiap hujungnya.
Faktor utama kesilapan ujian
1) Penyimpangan bersandar instrumen ujian OTDR
Mengikut prinsip ujian OTDR, ia menghantar denyutan optik ke gentian optik yang diuji mengikut tempoh tertentu, dan kemudian sampel, kuantisasi, kod, dan menyimpan isyarat yang tersambung kembali dari serat optik pada kadar tertentu. Instrumen OTDR sendiri mempunyai kesilapan disebabkan oleh jarak persampelan, yang kebanyakannya ditunjukkan dalam resolusi jarak jauh. Resolusi jarak OTDR adalah sebanding dengan frekuensi persampelan.
2) Kesilapan disebabkan oleh operasi instrumen ujian yang tidak betul
Dalam ujian lokasi kesalahan kabel, ketepatan penggunaan meter OTDR secara langsung berkaitan dengan ketepatan ujian halangan. Tetapan dan ketepatan parameter instrumen, pemilihan yang tidak betul dari julat meter, atau tetapan kursor yang tidak tepat akan menyebabkan kesilapan dalam keputusan ujian.
(1) Tetapkan ralat yang disebabkan oleh penyelewengan indeks biasan meter
Indeks refraktif jenis dan pengeluar gentian optik berbeza. Apabila menggunakan OTDR untuk menguji panjang serat, parameter instrumen mesti ditetapkan terlebih dahulu, dan penetapan indeks bias adalah salah satu daripadanya. Apabila indeks biasan beberapa segmen kabel berbeza, satu kaedah segmentasi boleh digunakan untuk mengurangkan ralat ujian yang disebabkan oleh ralat penetapan indeks biasan.
(2) Pemilihan julat pengukur yang tidak betul
Apabila resolusi jarak ujian OTDR meter adalah 1 meter, ia bermakna angka itu hanya boleh diperbesarkan apabila skala mendatar adalah 25 meter setiap grid. Reka bentuk meter adalah satu sel penuh dengan 25 langkah per kursor. Dalam kes ini, setiap langkah kursor bermaksud jarak 1 meter, jadi resolusi bacaan adalah 1 meter. Jika anda memilih 2 km / div untuk skala mendatar, kursor akan beralih sebanyak 80 meter untuk setiap langkah kursor. Ia dapat dilihat bahawa semakin besar julat pengukuran yang dipilih semasa ujian, semakin besar sisihan hasil ujian.
(3) Seleksi denyut nadi yang tidak betul
Di bawah keadaan amplitud nadi yang sama, semakin besar lebar nadi, semakin besar tenaga nadi. Pada masa ini, rentang dinamik OTDR juga lebih besar, dan kawasan buta sepadan juga besar.
(4) Pemilihan masa purata yang tidak betul
Lengkapan ujian OTDR mencerminkan isyarat yang dicerminkan selepas setiap nadi output dan purata banyak sampel untuk menghapuskan beberapa peristiwa rawak. Semakin lama masa purata, lebih dekat tahap bunyi adalah kepada nilai minimum dan semakin banyak jarak dinamik. Semakin lama masa purata, semakin tinggi ketepatan ujian, tetapi ketepatan tidak akan meningkat apabila ia mencapai tahap tertentu. Untuk meningkatkan kelajuan ujian dan memendekkan masa ujian keseluruhan, masa ujian am boleh dipilih dalam masa 0.5 hingga 3 minit.
(5) Penempatan kursor yang tidak betul
Pecah penyambung serat optik, serpihan mekanikal, dan serat boleh menyebabkan kehilangan dan pantulan, dan muka akhir patah akhir serat boleh menghasilkan pelbagai refleksi Fresnel atau refleksi Fresnel kerana ketidakteraturan muka akhir. Sekiranya tetapan kursor tidak cukup tepat, terdapat ralat.
