O OTDR é um sofisticado instrumento de integração eletro-ótica feito de espalhamento Rayleigh e de reflexão de Fresnel quando a luz é transmitida através de uma fibra óptica. É amplamente utilizado na manutenção e construção de cabos de fibra ótica. Realize medições de comprimento de fibra, atenuação de fibra, atenuação de juntas e localização de falhas.
O teste de OTDR é realizado emitindo pulsos de luz na fibra e, em seguida, recebendo as informações retornadas na porta do OTDR. Quando pulsos de luz se propagam dentro da fibra, a dispersão ou reflexão ocorre devido à natureza da fibra, conectores, juntas, dobras ou outros eventos similares. Algumas das dispersões e reflexões são retornadas ao OTDR. As informações úteis retornadas são medidas pelos detectores do OTDR, que servem como segmentos de tempo ou curva em diferentes locais dentro da fibra.
A distância pode ser calculada a partir do tempo que leva para o sinal até o sinal de retorno para determinar a velocidade da luz no material de vidro. A fórmula a seguir explica como o OTDR mede a distância. d = (c × t) / 2 (IOR) Nesta fórmula, c é a velocidade da luz no vácuo, e t é o tempo total após o sinal ser transmitido até o sinal ser recebido (nos dois sentidos) (os dois os valores são multiplicados por 2 após uma distância unidirecional). Como a luz é mais lenta no vidro do que no vácuo, a fim de medir com precisão a distância, a fibra em teste deve especificar o índice de refração (IOR). IOR é marcado pelo fabricante da fibra.
O OTDR usa o espalhamento de Rayleigh e a reflexão de Fresnel para caracterizar a fibra. O espalhamento de Rayleigh resulta do espalhamento irregular de sinais ópticos ao longo da fibra. O OTDR mede uma parte da luz espalhada de volta para a porta OTDR. Estes sinais de retroespalhamento indicam o grau de atenuação (perda / distância) causada pela fibra. A trajetória resultante é uma curva descendente, que indica que a potência de retroespalhamento está diminuindo, o que é devido à perda de sinais transmitidos e retroespalhados após a transmissão a uma certa distância.
Dados os parâmetros de fibra, o poder de dispersão de Rayleigh pode ser especificado. Se o comprimento de onda for conhecido, é proporcional à largura de pulso do sinal: quanto maior a largura do pulso, mais forte será o poder de retroespalhamento. O poder de espalhamento de Rayleigh também está relacionado ao comprimento de onda do sinal transmitido, e comprimentos de onda mais curtos são mais poderosos. Ou seja, a trajetória gerada pelo sinal de 1310 nm será maior do que o backscatter Rayleigh da trajetória gerada pelo sinal de 1550 nm.
Na região de alto comprimento de onda (acima de 1500 nm), o espalhamento de Rayleigh continua a diminuir, mas outro fenômeno chamado atenuação infravermelha (ou absorção) ocorre, aumentando e resultando em um aumento no valor geral de atenuação. Portanto, 1550 nm é o menor comprimento de onda de atenuação; Isso também explica porque é o comprimento de onda da comunicação a longa distância. Naturalmente, esses fenômenos também afetam o OTDR. Como um OTDR com um comprimento de onda de 1550 nm, também possui baixo desempenho de atenuação, portanto, pode ser testado em longas distâncias. Como um comprimento de onda de 1310nm ou 1625nm altamente atenuado, a distância de teste do OTDR deve ser limitada porque o equipamento de teste precisa detectar um pico acentuado no traçado do OTDR, e a ponta desse pico cairá rapidamente no ruído.
As reflexões de Fresnel, por outro lado, são reflexões discretas que são causadas por pontos individuais em toda a fibra. Esses pontos são compostos de fatores que causam uma mudança no coeficiente de refração, como a lacuna entre o vidro e o ar. Nesses pontos, haverá forte luz refletida refletida de volta. Portanto, o OTDR deve usar as informações de reflexão Fresnel para localizar o ponto de conexão, a terminação da fibra ou o ponto de interrupção.
Grandes OTDRs têm a capacidade de identificar totalmente e automaticamente o escopo da fibra. Esse novo recurso se origina principalmente do uso de software de análise avançada que analisa a amostragem de OTDR e cria uma tabela de eventos. Essa tabela de eventos mostra todos os dados relacionados à trajetória, como o tipo de falha, a distância até a falha, a atenuação, a perda de retorno e a perda de emenda.
Princípio do OTDR
1.1 Retroespalhamento Rayleigh
Devido ao defeito da própria fibra óptica e à falta de homogeneidade dos componentes de dopagem, o espalhamento Rayleigh ocorre nos pulsos ópticos propagados na fibra óptica. Uma parte da luz (aproximadamente 0,0001% [1]) é espalhada de volta na direção oposta do pulso e é, portanto, chamada de retroespalhamento Rayleigh, que fornece detalhes de atenuação dependentes do comprimento.
As reflexões de Fresnel ocorrem nos limites de dois meios de transmissão de índice de refração diferentes (como conectores, emendas mecânicas, fraturas ou terminações de fibra). Esse fenômeno é usado pelo OTDR para determinar com precisão a posição ao longo de um período de descontinuidade no comprimento da fibra. O tamanho da reflexão depende do nivelamento da superfície limite e da diferença no índice de refração. A reflexão de Fresnel pode ser reduzida usando o líquido correspondente ao índice de refração.
Índice de desempenho principal do OTDR
Compreender os parâmetros de desempenho do OTDR contribui para a medição real de fibra do OTDR. Os parâmetros de desempenho do OTDR incluem principalmente faixa dinâmica, área cega, resolução e precisão.
2.1 Alcance Dinâmico
O alcance dinâmico é um dos principais indicadores de desempenho do OTDR, que determina o comprimento máximo mensurável da fibra. Quanto maior a faixa dinâmica, melhor o tipo de linha de curva e maior a distância mensurável. Faixa Dinâmica Atualmente, não existe um método de cálculo padrão uniforme [1]. As definições de intervalo dinâmico comumente usadas incluem principalmente as quatro seguintes:
1 Definição IEC (Bellcore): Uma das definições de faixa dinâmica comumente usadas. A diferença de dB entre o nível de retroespalhamento no início e o nível de pico de ruído é adotado. A condição de medição é a largura de pulso máxima do OTDR e o tempo de medição de 180 segundos.
2RMS Definição: A definição de faixa dinâmica mais comumente usada. Faça a diferença em dB entre o nível de backscatter inicial e o nível de ruído RMS. Se o nível de ruído for gaussiano, o valor definido do RMS é aproximadamente 1,56 dB maior que o valor definido pelo IEC.
3N = 0.1dB Definição: O método de definição mais prático. Pegue o valor de atenuação máximo permitido que pode medir a perda do evento de 0,1 dB. O valor definido de N = 0,1dB é aproximadamente 6,6dB menor que a relação sinal / ruído definida por RMS SNR = 1, o que significa que se o OTDR tiver uma faixa dinâmica de 30dB RMS, o N = 0,1dB define uma faixa dinâmica de 23,4dB, o que significa apenas Perdas com perda de 0,1 dB medida em uma faixa de atenuação de 23,4dB.
Detecção final: A diferença de dB entre a reflexão de Fresnel de 4% no início da fibra e o nível de ruído RMS, que é cerca de 12 dB acima da definição IEC.
2.2 Zona morta
"Zona cega" também é chamada de "zona morta" e refere-se à parte em que a curva de OTDR não pode refletir o estado da linha de fibra óptica dentro de uma determinada faixa de distância sob a influência da reflexão de Fresnel. Esse fenômeno ocorre principalmente porque o sinal de reflexão de Fresnel no link da fibra torna o fotodetector saturado, o que requer um certo tempo de recuperação. A zona morta pode ocorrer na frente do painel de OTDR ou em outras reflexões de Fresnel no link de fibra ótica.
O Bellcore define duas zonas mortas [2]: zona cega de atenuação (ADZ) e zona cega de evento (EDZ). Zona cega de atenuação refere-se à distância mínima entre dois eventos de reflexão quando a respectiva perda pode ser medida respectivamente. Geralmente, a zona cega de atenuação é 5-6 vezes a largura do pulso (indicada pela distância); a zona cega do evento significa que dois eventos de reflexão ainda são distinguíveis. À distância mínima, a distância para cada evento é mensurável, mas a perda individual de cada evento é imensurável.
2.3 Resolução
O OTDR possui quatro indicadores principais de resolução: resolução da amostra, resolução da tela (também chamada de resolução de leitura), resolução de evento e resolução de distância. A resolução de amostragem é a distância mínima entre os dois pontos de amostragem, que determina a capacidade do OTDR de localizar eventos. A resolução de amostragem está relacionada com a escolha da largura de pulso e o tamanho do intervalo de distância. A resolução da tela é o valor mínimo que o instrumento pode exibir. O OTDR subdivide cada intervalo de amostragem pelo sistema de microprocessamento para que o cursor possa se mover dentro do intervalo de amostragem. A distância mais curta que o cursor percorre é a resolução da exibição horizontal e a resolução de exibição vertical de atenuação mínima exibida.
A resolução do evento refere-se ao limite do OTDR para identificar o ponto do evento no link em teste, ou seja, o valor do campo de evento (limite de detecção). O OTDR trata as mudanças de evento menores que este limite como o ponto de mudança de inclinação uniforme na curva. A resolução do evento é determinada pelo limite de resolução do fotodiodo, que especifica a atenuação mínima que pode ser medida com base em dois níveis de potência próximos. Distância resolução refere-se à menor distância entre dois pontos de evento adjacentes que o instrumento pode resolver. Este índice é semelhante ao ponto cego do evento e relacionado aos parâmetros de largura de pulso e índice de refração.
Uso do OTDR
O OTDR pode realizar as seguintes medições:
* Para cada evento: distância, perda, reflexão
* Para cada segmento de fibra: comprimento do segmento, perda do segmento dB ou dB / Km, perda do retorno do segmento (ORL)
* Para todo o sistema do terminal: comprimento da corrente, perda de corrente dB, corrente ORL
A medição de fibra com OTDR pode ser dividida em três etapas: configuração de parâmetros, aquisição de dados e análise de curvas.
3.1 Configurações de Parâmetro
A maioria das fibras de teste OTDR seleciona automaticamente os melhores parâmetros de aquisição transmitindo pulsos de teste. O usuário só precisa selecionar o comprimento de onda, o tempo de aquisição e os parâmetros de fibra necessários (como índice de refração, coeficiente de dispersão, etc.). Leva um certo tempo para adquirir os parâmetros automaticamente, para que o operador possa selecionar manualmente os parâmetros de medição sob condições de medição conhecidas.
3.1.1 Seleção do comprimento de onda
O comportamento do sistema óptico está diretamente relacionado ao comprimento de onda da transmissão. Diferentes comprimentos de onda têm diferentes características de atenuação de fibras ópticas e diferentes comportamentos na conexão de fibra óptica: Na mesma fibra óptica, a 1550 nm é mais sensível à flexão do que a 1310 nm e a atenuação de 1550 nm é menor que a unidade de 1310 nm. As perdas de solda ou conector são maiores em 1310 nm do que em 1550 nm. Por esta razão, o teste de fibra óptica deve ser o mesmo que o comprimento de onda transmitido pelo sistema, o que significa que o sistema óptico de 1550 nm precisa selecionar o comprimento de onda de 1550 nm.
3.1.2 Largura de Pulso
A largura de pulso controla a potência óptica injetada na fibra pelo OTDR. Quanto maior a largura do pulso, maior a faixa de medição dinâmica. Ele pode ser usado para medir uma fibra de distância maior, mas o pulso longo também gerará uma zona cega maior na forma de onda da curva de OTDR; nível de luz de injeção de pulso curto Baixo, mas pode reduzir os pontos cegos. O período de largura de pulso é geralmente expresso em ns e também pode ser expresso em unidades de comprimento (m) de acordo com a fórmula (4). Por exemplo, um pulso de 100 ns pode ser interpretado como um pulso de "10 m".
3.1.3 Faixa de Medição
O intervalo de medição do OTDR refere-se à distância máxima que o OTDR adquire amostras de dados. A escolha desse parâmetro determina o tamanho da resolução de amostragem. A faixa de medição é geralmente definida para uma distância de 1 a 2 vezes o comprimento da fibra a ser medida.
3.1.4 Tempo Médio
Como o sinal de luz de retroespalhamento é extremamente fraco, o método de média estatística é geralmente usado para melhorar a relação sinal-ruído. Quanto maior o tempo médio, maior a relação sinal-ruído. Por exemplo, a aquisição de 3 min será 0,8 dB mais dinâmica do que a aquisição de 1 min. No entanto, o tempo de aquisição de mais de 10 minutos não melhora a relação sinal-ruído. O tempo médio não excede 3 minutos.
3.1.5 Parâmetros de Fibra
A configuração dos parâmetros de fibra inclui a configuração do índice de refração neo coeficiente de retroespalhamento η. O parâmetro do índice de refração está relacionado à medição de distância, e o coeficiente de retroespalhamento afeta o resultado da medição da perda de reflexão e retorno. Esses dois parâmetros são geralmente dados pelo fabricante da fibra óptica. Para a maioria dos tipos de fibra ótica, o índice de refração e o coeficiente de retroespalhamento dado na Tabela 2 podem obter medições de perda de distância e retorno mais precisas.
Experiência e habilidades
(1) identificação simples da qualidade da fibra:
Em circunstâncias normais, a inclinação do corpo principal da curva de raios de teste de OTDR (cabo simples ou de fibra ótica) é basicamente a mesma, se uma determinada seção da inclinação for maior, mostra que a atenuação dessa seção é maior; se o corpo da curva for de forma irregular, a inclinação flutua. Se estiver curvada ou arqueada, isso indica que a qualidade da fibra óptica está seriamente degradada e não atende aos requisitos de comunicação.
(2) Seleção do comprimento de onda e teste bidirecional único:
O comprimento de onda de 1550 está mais distante do teste. O 1550 nm é mais sensível à flexão do que os 1310 nm. O 1550 nm é menor que a unidade de 1310 nm, e o 1310 nm é maior que o 1550 nm ou o conector. No trabalho de manutenção real dos cabos ópticos, os dois comprimentos de onda são geralmente testados e comparados. Para fenômenos de ganho positivo e distâncias acima da faixa, a análise de teste bidirecional deve ser realizada para obter boas conclusões de teste.
(3) limpeza comum:
Antes de o conector de fibra óptica ser conectado ao OTDR, ele deve ser cuidadosamente limpo, incluindo o conector de saída do OTDR e o conector ativo em teste. Caso contrário, a perda de inserção é muito grande, a medição não é confiável, a curva é ruidosa ou até mesmo a medição não pode ser executada, e também pode danificar o OTDR. Evite agentes de limpeza que não sejam líquidos compatíveis com álcool ou índice de refração, pois eles podem dissolver o aglutinante no conector de fibra óptica.
(4) Correção do índice de refração e do coeficiente de dispersão: Para a medição do comprimento da fibra ótica, um desvio de 0,01 do índice de refração causaria erros de até 7 m / km. Para segmentos de luz mais longos, o índice de refração fornecido pelo fabricante do cabo deve ser usado. valor.
(5) Reconhecimento e processamento de fantasmas:
O pico na curva do OTDR é, às vezes, devido a ecos causados por reflexos próximos e fortes do final do incidente. Esse pico é chamado de fantasma. Reconhecimento de fantasmas: Os fantasmas nas curvas não causaram perda significativa; a distância entre o fantasma e o começo da curva era um múltiplo da distância entre o forte evento de reflexão e o começo, tornando-se simétrico. Elimine fantasmas: selecione uma largura de pulso curta e adicione atenuação ao front end de forte reflexão (como a saída OTDR). Se o evento que causou o efeito fantasma estiver no final da fibra, uma "curva pequena" pode ser feita para atenuar a luz refletida de volta ao início.
(6) processamento de fenômeno de ganho positivo:
Ganho positivo pode ocorrer no traçado do OTDR. O ganho positivo é devido ao fato de que a fibra após o ponto de emenda produz mais astigmatismo para trás do que a fibra antes do ponto de junção. De fato, a fibra é perda de emenda neste ponto de junção. Frequentemente ocorre no processo de soldagem de fibras com diferentes diâmetros de campo de modo ou diferentes coeficientes de retroespalhamento. Portanto, é necessário medir em ambas as direções e calcular a média dos resultados como perda de emenda. Na manutenção real do cabo óptico, ≤0,08dB também pode ser usado como um princípio simples de aceitação.
(7) Utilização de fibra óptica adicional:
A fibra adicional é um pedaço de fibra usado para conectar o OTDR com a fibra a ser medida e tem um comprimento de 300-2000 m. Suas principais funções são: processamento de zona cega front-end e medição de inserção de conector terminal.
Em geral, a zona morta causada pelo conector entre o OTDR e a fibra em teste é a maior. Na medição real da fibra óptica, uma fibra ótica de transição é adicionada entre o OTDR e a fibra ótica a ser testada, de forma que a zona morta frontal fique dentro da fibra ótica de transição e o início da fibra ótica a ser testada cai na região estável linear da curva do OTDR. A perda de inserção do conector no início do sistema de fibra pode ser medida pela adição de uma fibra de transição ao OTDR. Se você quiser medir a perda de inserção de conectores nas duas extremidades, você pode adicionar uma fibra de transição em cada extremidade.
Os principais fatores de erro de teste
1) Desvios inerentes aos instrumentos de teste de OTDR
De acordo com o princípio de teste do OTDR, ele transmite pulsos ópticos para a fibra óptica testada de acordo com um determinado período e, em seguida, coleta, quantifica, codifica e armazena os sinais retroespalhados das fibras ópticas a uma determinada taxa. O próprio instrumento de OTDR possui erros devido ao intervalo de amostragem, que se reflete principalmente na resolução da distância. A resolução de distância do OTDR é proporcional à frequência de amostragem.
2) Erros devido a operação incorreta de instrumentos de teste
No teste de localização de falha de cabo, a exatidão do uso do medidor de OTDR está diretamente relacionada à precisão do teste de obstáculo. A configuração e a precisão dos parâmetros do instrumento, a seleção incorreta do alcance do medidor ou as configurações imprecisas do cursor levarão a erros nos resultados do teste.
(1) Defina o erro causado pelo desvio do índice de refração do medidor
O índice de refração de diferentes tipos e fabricantes de fibras ópticas é diferente. Ao usar o OTDR para testar o comprimento da fibra, os parâmetros do instrumento devem ser definidos primeiro e a configuração do índice de refração é um deles. Quando o índice de refração de vários segmentos de cabo é diferente, um método de segmentação pode ser usado para reduzir o erro de teste causado pelo erro de configuração do índice de refração.
(2) Seleção inadequada da faixa de medição
Quando a resolução da distância do teste do medidor do OTDR for de 1 metro, isso significa que a figura só pode ser ampliada quando a escala horizontal for de 25 metros por grade. O design do medidor é uma célula completa com 25 passos por cursor. Neste caso, cada movimento do cursor significa uma distância de 1 metro, portanto a resolução de leitura é de 1 metro. Se você selecionar 2 km / div para a escala horizontal, o cursor deslocará 80 metros para cada movimento do cursor. Pode ser visto que quanto maior a faixa de medição selecionada durante o teste, maior o desvio dos resultados do teste.
(3) Seleção imprópria da largura de pulso
Sob a condição da mesma amplitude de pulso, quanto maior a largura do pulso, maior a energia do pulso. Neste momento, o intervalo dinâmico do OTDR também é maior, e a área cega correspondente também é grande.
(4) Seleção indevida do tempo médio
A curva de teste do OTDR faz a amostragem do sinal refletido após cada pulso de saída e calcula a média de várias amostras para eliminar alguns eventos aleatórios. Quanto maior o tempo de média, mais próximo o nível de ruído está do valor mínimo e maior é o intervalo dinâmico. Quanto maior o tempo médio, maior a precisão do teste, mas a precisão não aumentará quando atingir um determinado nível. Para melhorar a velocidade do teste e encurtar o tempo total do teste, o tempo geral do teste pode ser selecionado dentro de 0,5 a 3 minutos.
(5) Posicionamento inadequado do cursor
Quebras nos conectores de fibra ótica, emendas mecânicas e fibras podem causar perda e reflexos, e a face da extremidade quebrada da extremidade da fibra pode produzir vários picos de reflexão de Fresnel ou nenhuma reflexão de Fresnel devido à irregularidade da face final. Se as configurações do cursor não forem precisas o suficiente, haverá alguns erros.