El OTDR es un sofisticado instrumento de integración electro-óptica hecho de dispersión de Rayleigh y retrodispersión de reflexión de Fresnel cuando la luz se transmite a través de una fibra óptica. Es ampliamente utilizado en el mantenimiento y construcción de cables de fibra óptica. Realice la medición de la longitud de la fibra, la atenuación de la fibra, la atenuación de la junta y la medición de la ubicación de la falla.
La prueba OTDR se realiza emitiendo pulsos de luz en la fibra y luego recibiendo la información devuelta en el puerto OTDR. Cuando los pulsos de luz se propagan dentro de la fibra, se produce dispersión o reflejo debido a la naturaleza de la fibra, los conectores, las uniones, las curvas u otros eventos similares. Parte de la dispersión y las reflexiones se devuelven al OTDR. La información útil devuelta se mide con los detectores del OTDR, que sirven como segmentos de tiempo o curva en diferentes ubicaciones dentro de la fibra.
La distancia se puede calcular a partir del tiempo que tarda la señal en la señal de retorno para determinar la velocidad de la luz en el material de vidrio. La siguiente fórmula explica cómo el OTDR mide la distancia. d = (c × t) / 2 (IOR) En esta fórmula, c es la velocidad de la luz en el vacío, y t es el tiempo total después de que la señal se transmite hasta que se recibe la señal (bidireccional) (los dos los valores se multiplican por 2 después de una distancia unidireccional). Debido a que la luz es más lenta en el vidrio que en el vacío, para medir con precisión la distancia, la fibra bajo prueba debe especificar el índice de refracción (IOR). IOR está marcado por el fabricante de fibra.
El OTDR utiliza la dispersión de Rayleigh y la reflexión de Fresnel para caracterizar la fibra. La dispersión de Rayleigh resulta de la dispersión irregular de señales ópticas a lo largo de la fibra. El OTDR mide una parte de la luz dispersa de vuelta al puerto OTDR. Estas señales de retrodispersión indican el grado de atenuación (pérdida / distancia) causado por la fibra. La trayectoria resultante es una curva descendente, que indica que la potencia de retrodispersión está disminuyendo, lo que se debe a la pérdida de las señales transmitidas y retrodispersadas después de la transmisión a una cierta distancia.
Dados los parámetros de la fibra, se puede especificar la potencia de dispersión de Rayleigh. Si se conoce la longitud de onda, es proporcional al ancho de pulso de la señal: cuanto mayor es el ancho del pulso, más fuerte es el poder de retrodispersión. La potencia de dispersión de Rayleigh también está relacionada con la longitud de onda de la señal transmitida, y las longitudes de onda más cortas son más potentes. Es decir, la trayectoria generada por la señal de 1310 nm será más alta que la retrodispersión de Rayleigh de la trayectoria generada por la señal de 1550 nm.
En la región de alta longitud de onda (más de 1500 nm), la dispersión de Rayleigh continúa disminuyendo, pero ocurre otro fenómeno llamado atenuación (o absorción) infrarroja, que aumenta y da como resultado un aumento en el valor de atenuación global. Por lo tanto, 1550 nm es la longitud de onda de atenuación más baja; esto también explica por qué es la longitud de onda de la comunicación a larga distancia. Naturalmente, estos fenómenos también afectan el OTDR. Como un OTDR con una longitud de onda de 1550 nm, también tiene un bajo rendimiento de atenuación, por lo que puede probarse a largas distancias. Como una longitud de onda altamente atenuada de 1310nm o 1625nm, la distancia de prueba del OTDR está destinada a ser limitada debido a que el equipo de prueba necesita detectar un pico agudo en el trazado OTDR, y la punta de este pico caerá rápidamente en el ruido.
Las reflexiones de Fresnel, por otro lado, son reflexiones discretas causadas por puntos individuales en toda la fibra. Estos puntos están formados por factores que causan un cambio en el coeficiente de refracción, como la brecha entre el vidrio y el aire. En estos puntos, habrá una fuerte luz retrodispersada reflejada hacia atrás. Por lo tanto, OTDR utilizará la información de reflexión de Fresnel para localizar el punto de conexión, la terminación de la fibra o el punto de interrupción.
Los OTDR grandes tienen la capacidad de identificar completa y automáticamente el alcance de la fibra. Esta nueva capacidad proviene principalmente del uso de software de análisis avanzado que revisa el muestreo OTDR y crea una tabla de eventos. Esta tabla de eventos muestra todos los datos relacionados con la trayectoria, como el tipo de falla, la distancia hasta la falla, la atenuación, la pérdida de retorno y la pérdida de empalme.
Principio OTDR
1.1 Retrodispersión de Rayleigh
Debido al defecto de la propia fibra óptica y la falta de homogeneidad de los componentes dopantes, la dispersión de Rayleigh se produce en los pulsos ópticos propagados en la fibra óptica. Una parte de la luz (aproximadamente 0.0001% [1]) se dispersa hacia atrás en la dirección opuesta al pulso y, por lo tanto, se denomina dispersión retrospectiva de Rayleigh, que proporciona detalles de atenuación dependientes de la longitud.
Las reflexiones de Fresnel ocurren en los límites de dos medios de transmisión de índice de refracción diferentes (como conectores, empalmes mecánicos, fracturas o terminaciones de fibra). Este fenómeno es utilizado por el OTDR para determinar con precisión la posición a lo largo de una longitud de discontinuidad en la longitud de la fibra. El tamaño de la reflexión depende de la planitud de la superficie límite y la diferencia en el índice de refracción. La reflexión de Fresnel puede reducirse utilizando el líquido de ajuste del índice de refracción.
Índice de rendimiento principal OTDR
Comprender los parámetros de rendimiento del OTDR contribuye a la medición de fibra real del OTDR. Los parámetros de rendimiento OTDR incluyen principalmente rango dinámico, área ciega, resolución y precisión.
2.1 Rango dinámico
El rango dinámico es uno de los principales indicadores de rendimiento del OTDR, que determina la longitud máxima medible de la fibra. Cuanto mayor sea el rango dinámico, mejor será el tipo de línea curva y más larga será la distancia medible. Rango dinámico Actualmente no hay un método de cálculo estándar uniforme [1]. Las definiciones de rango dinámico comúnmente utilizadas incluyen principalmente las siguientes cuatro:
1 Definición de IEC (Bellcore): una de las definiciones de rango dinámico comúnmente utilizadas. Se toma la diferencia de dB entre el nivel de retrodispersión al principio y el nivel de pico de ruido. La condición de medición es el ancho de pulso máximo del OTDR y el tiempo de medición de 180 segundos.
2RMS Definición: la definición de rango dinámico más comúnmente utilizada. Tome la diferencia en dB entre el nivel inicial de retrodispersión y el nivel de ruido RMS. Si el nivel de ruido es gaussiano, el valor definido de RMS es aproximadamente 1.56 dB más alto que el valor definido por IEC.
3N = 0.1dB Definición: El método de definición más práctico. Tome el valor máximo de atenuación permitido que puede medir la pérdida del evento de 0.1dB. El valor definido N = 0.1dB es aproximadamente 6.6dB menor que la relación señal-ruido definida RMS SNR = 1, lo que significa que si el OTDR tiene un rango dinámico de 30dB RMS, el N = 0.1dB define un rango dinámico de solo 23.4dB, lo que significa solo pérdidas con pérdida de 0.1 dB medida en un rango de atenuación de 23.4dB.
Detección de fin: la diferencia de dB entre la reflexión Fresnel al 4% al comienzo de la fibra y el nivel de ruido RMS, que es aproximadamente 12 dB más alto que la definición IEC.
2.2 Zona muerta
La "zona ciega" también se denomina "zona muerta" y se refiere a la parte donde la curva OTDR no puede reflejar el estado de la línea de fibra óptica dentro de un cierto rango de distancia bajo la influencia de la reflexión de Fresnel. Este fenómeno se produce principalmente porque la señal de reflexión Fresnel en el enlace de fibra satura el fotodetector, lo que requiere un cierto tiempo de recuperación. La zona muerta puede ocurrir en la parte delantera del panel OTDR, o en otras reflexiones de Fresnel en el enlace de fibra óptica.
Bellcore define dos zonas muertas [2]: zona ciega de atenuación (ADZ) y zona ciega de evento (EDZ). La zona ciega de atenuación se refiere a la distancia mínima entre dos eventos de reflexión cuando la pérdida respectiva se puede medir respectivamente. Generalmente, la zona ciega de atenuación es de 5-6 veces el ancho del pulso (indicado por la distancia); la zona ciega del evento significa que dos eventos de reflexión son aún distinguibles. A la distancia mínima, la distancia a cada evento es mensurable, pero la pérdida individual de cada evento es inconmensurable.
2.3 Resolución
El OTDR tiene cuatro indicadores principales de resolución: resolución de muestra, resolución de pantalla (también llamada resolución de lectura), resolución de eventos y resolución de distancia. La resolución de muestreo es la distancia mínima entre los dos puntos de muestreo, que determina la capacidad del OTDR para localizar eventos. La resolución de muestreo está relacionada con la elección del ancho de pulso y el tamaño del rango de distancia. La resolución de visualización es el valor mínimo que el instrumento puede mostrar. El OTDR subdivide cada intervalo de muestreo por el sistema de microprocesamiento para que el cursor pueda moverse dentro del intervalo de muestreo. La distancia más corta a la que se mueve el cursor es la resolución de visualización horizontal y la resolución de visualización visual de atenuación mínima mostrada.
La resolución del evento se refiere al umbral del OTDR para identificar el punto de evento en el enlace bajo prueba, es decir, el valor del campo de evento (umbral de detección). El OTDR trata los cambios de eventos más pequeños que este umbral como el punto de cambio de pendiente uniforme en la curva. La resolución del evento está determinada por el umbral de resolución del fotodiodo, que especifica la atenuación mínima que se puede medir en función de dos niveles de potencia cercanos. La resolución de distancia se refiere a la distancia más corta entre dos puntos de eventos adyacentes que el instrumento puede resolver. Este índice es similar al punto ciego del evento y está relacionado con el ancho del pulso y los parámetros del índice de refracción.
Uso de OTDR
El OTDR puede realizar las siguientes mediciones:
* Para cada evento: distancia, pérdida, reflexión
* Para cada segmento de fibra: longitud de segmento, pérdida de segmento dB o dB / Km, pérdida de retorno de segmento (ORL)
* Para todo el sistema terminal: longitud de cadena, pérdida de cadena dB, cadena ORL
La medición de fibra con OTDR se puede dividir en tres pasos: configuración de parámetros, adquisición de datos y análisis de curvas.
3.1 Configuración de parámetros
La mayoría de las fibras de prueba OTDR seleccionan automáticamente los mejores parámetros de adquisición mediante la transmisión de pulsos de prueba. El usuario solo necesita seleccionar la longitud de onda, el tiempo de adquisición y los parámetros de fibra necesarios (como el índice de refracción, el coeficiente de dispersión, etc.). Lleva cierto tiempo adquirir los parámetros automáticamente, de modo que el operador pueda seleccionar manualmente los parámetros de medición en condiciones de medición conocidas.
3.1.1 Selección de longitud de onda
El comportamiento del sistema óptico está directamente relacionado con la longitud de onda de transmisión. Las diferentes longitudes de onda tienen diferentes características de atenuación de fibras ópticas y diferentes comportamientos en la conexión de fibra óptica: en la misma fibra óptica, 1550 nm es más sensible a la flexión que la fibra óptica de 1310 nm y la atenuación de 1550 nm es menor que la unidad de 1310 nm. Las pérdidas de soldadura o conector son más altas a 1310 nm que a 1550 nm. Por esta razón, la prueba de fibra óptica debe ser la misma que la longitud de onda transmitida por el sistema, lo que significa que el sistema óptico de 1550 nm necesita seleccionar la longitud de onda de 1550 nm.
3.1.2 Ancho de pulso
El ancho de pulso controla la potencia óptica inyectada en la fibra por el OTDR. Cuanto mayor sea el ancho del pulso, mayor será el rango de medición dinámico. Se puede usar para medir una fibra de mayor distancia, pero el pulso largo también generará una zona ciega más grande en la forma de onda de curva OTDR; nivel de luz de inyección de pulso corto Bajo pero puede reducir los puntos ciegos. El período de ancho de pulso generalmente se expresa en ns, y también se puede expresar en unidades de longitud (m) de acuerdo con la fórmula (4). Por ejemplo, un pulso de 100 ns puede interpretarse como un pulso de "10 m".
3.1.3 Rango de medición
El rango de medición OTDR se refiere a la distancia máxima que el OTDR adquiere muestras de datos. La elección de este parámetro determina el tamaño de la resolución de muestreo. El rango de medición generalmente se establece a una distancia de 1 a 2 veces la longitud de la fibra que se va a medir.
3.1.4 Tiempo promedio
Dado que la señal de luz retrodispersada es extremadamente débil, el método de promedio estadístico generalmente se usa para mejorar la relación señal / ruido. Cuanto mayor sea el tiempo promedio, mayor será la relación señal / ruido. Por ejemplo, la adquisición de 3 min será 0.8 dB más dinámica que la adquisición de 1 min. Sin embargo, el tiempo de adquisición de más de 10 minutos no mejora la relación señal / ruido. El tiempo promedio no excede los 3 minutos.
3.1.5 Parámetros de fibra
La configuración de los parámetros de fibra incluye la configuración del índice de refracción ny el coeficiente de retrodifusión η. El parámetro del índice de refracción está relacionado con la medición de la distancia, y el coeficiente de retrodispersión afecta el resultado de la medición de la reflexión y la pérdida de retorno. Estos dos parámetros generalmente son dados por el fabricante de la fibra óptica. Para la mayoría de los tipos de fibra óptica, el índice de refracción y el coeficiente de retrodispersión dados en la Tabla 2 pueden obtener mediciones más precisas de distancia y pérdida de retorno.
Experiencia y habilidades
(1) Identificación simple de la calidad de la fibra:
En circunstancias normales, la pendiente del cuerpo principal de la curva de rayos OTDR (uno o varios cables de fibra óptica) es básicamente la misma, si una cierta sección de la pendiente es más grande, muestra que la atenuación de esta sección es mayor; si el cuerpo de la curva es de forma irregular, la pendiente fluctúa, si está doblada o arqueada, indica que la calidad de la fibra óptica está gravemente degradada y no cumple con los requisitos de comunicación.
(2) Selección de longitud de onda y prueba bidireccional única:
La longitud de onda 1550 está más lejos de la prueba. El 1550 nm es más sensible a la flexión que el 1310 nm. El 1550 nm es más pequeño que la unidad de 1310 nm, y el 1310 nm es más alto que el 1550 nm o el conector. En el trabajo real de mantenimiento del cable óptico, ambas longitudes de onda generalmente se prueban y se comparan. Para los fenómenos de ganancia positiva y las distancias fuera de rango, se debe realizar un análisis de prueba bidireccional para obtener buenas conclusiones de la prueba.
(3) limpieza conjunta:
Antes de conectar el conector de fibra óptica al OTDR, debe limpiarse cuidadosamente, incluido el conector de salida del OTDR y el conector activo bajo prueba. De lo contrario, la pérdida de inserción es demasiado grande, la medición no es confiable, la curva es ruidosa o incluso la medición no se puede realizar, y también puede dañar el OTDR. Evite los agentes de limpieza que no sean alcohol o fluidos de comparación de índice de refracción, ya que pueden disolver el aglutinante en el conector de fibra óptica.
(4) Corrección del índice de refracción y coeficiente de dispersión: para la medición de la longitud de la fibra óptica, una desviación de 0,01 del índice de refracción causaría errores de hasta 7 m / km. Para segmentos de luz más largos, se debe usar el índice de refracción proporcionado por el fabricante del cable. valor.
(5) Reconocimiento y procesamiento de fantasmas:
El pico en la curva OTDR a veces se debe a ecos causados por reflexiones cercanas y fuertes desde el extremo incidente. Este pico se llama fantasma. Reconocimiento de fantasmas: los fantasmas en las curvas no causaron pérdidas significativas; la distancia entre el fantasma y el comienzo de la curva era un múltiplo de la distancia entre el evento de reflexión fuerte y el comienzo, haciéndose simétrico. Eliminar fantasmas: seleccione un ancho de pulso corto y agregue atenuación al extremo frontal de reflexión fuerte (como la salida OTDR). Si el evento que causó el efecto fantasma está en el extremo de la fibra, se puede hacer una "pequeña curva" para atenuar la luz reflejada al principio.
(6) Procesamiento del fenómeno de ganancia positiva:
La ganancia positiva puede ocurrir en la traza de OTDR. La ganancia positiva se debe al hecho de que la fibra después del punto de empalme produce un astigmatismo más hacia atrás que la fibra antes del punto de empalme. De hecho, la fibra es la pérdida de empalme en este punto de empalme. A menudo ocurre en el proceso de soldadura de fibras con diferentes diámetros de campo de modo o diferentes coeficientes de retrodispersión. Por lo tanto, es necesario medir en ambas direcciones y promediar los resultados como la pérdida de empalme. En el mantenimiento real del cable óptico, ≤0.08dB también se puede utilizar como un principio simple de aceptación.
(7) Uso de fibra óptica adicional:
La fibra adicional es una pieza de fibra utilizada para conectar el OTDR con la fibra que se va a medir y tiene una longitud de 300-2000 m. Sus principales funciones son: procesamiento de zona ciega frontal y medición de inserción de conector terminal.
En general, la zona muerta causada por el conector entre el OTDR y la fibra bajo prueba es la más grande. En la medición real de la fibra óptica, se agrega una fibra óptica de transición entre el OTDR y la fibra óptica que se probará de modo que la zona muerta del frente se encuentre dentro de la fibra óptica de transición y el comienzo de la fibra óptica que se probará cae en la región estable lineal de la curva OTDR. La pérdida de inserción del conector al comienzo del sistema de fibra puede medirse agregando una fibra de transición al OTDR. Si desea medir la pérdida de inserción de los conectores en ambos extremos, puede agregar una fibra de transición en cada extremo.
Los principales factores de error de prueba
1) Desviaciones inherentes de los instrumentos de prueba OTDR
De acuerdo con el principio de prueba de OTDR, transmite pulsos ópticos a la fibra óptica probada de acuerdo con un cierto período, y luego muestrea, cuantifica, codifica y almacena las señales retrodispersadas de las fibras ópticas a una velocidad determinada. El instrumento OTDR en sí tiene errores debido al intervalo de muestreo, que se refleja principalmente en la resolución de la distancia. La resolución de distancia del OTDR es proporcional a la frecuencia de muestreo.
2) Errores debidos a la operación incorrecta de los instrumentos de prueba
En la prueba de localización de fallas del cable, la exactitud del uso del medidor OTDR está directamente relacionada con la precisión de la prueba de obstáculos. La configuración y precisión de los parámetros del instrumento, la selección incorrecta del rango del medidor o la configuración incorrecta del cursor generarán errores en los resultados de la prueba.
(1) Establezca el error causado por la desviación del índice de refracción del medidor
El índice de refracción de diferentes tipos y fabricantes de fibras ópticas es diferente. Cuando se usa el OTDR para probar la longitud de la fibra, los parámetros del instrumento se deben establecer primero, y la configuración del índice de refracción es uno de ellos. Cuando el índice de refracción de varios segmentos de cable es diferente, se puede usar un método de segmentación para reducir el error de prueba causado por el error de ajuste del índice de refracción.
(2) Selección incorrecta del rango de medición
Cuando la resolución de la distancia de prueba del medidor OTDR es de 1 metro, significa que la cifra solo se puede ampliar cuando la escala horizontal es de 25 metros por cuadrícula. El diseño del medidor es una celda completa con 25 pasos por cursor. En este caso, cada movimiento del cursor significa una distancia de 1 metro, por lo que la resolución de lectura es de 1 metro. Si selecciona 2 km / div para la escala horizontal, el cursor se desplazará 80 metros para cada movimiento del cursor. Se puede observar que cuanto mayor sea el rango de medición seleccionado durante la prueba, mayor será la desviación de los resultados de la prueba.
(3) Selección incorrecta de ancho de pulso
Bajo la condición de la misma amplitud de pulso, cuanto mayor es el ancho del pulso, mayor es la energía del pulso. En este momento, el rango dinámico del OTDR también es mayor, y el área ciega correspondiente también es grande.
(4) Selección inadecuada del tiempo promedio
La curva de prueba OTDR muestrea la señal reflejada después de cada impulso de salida y promedia múltiples muestras para eliminar algunos eventos aleatorios. Cuanto mayor sea el tiempo de promediación, más cercano estará el nivel de ruido al valor mínimo y mayor será el rango dinámico. Cuanto mayor sea el tiempo promedio, mayor será la precisión de la prueba, pero la precisión no aumentará cuando alcance un cierto nivel. Para mejorar la velocidad de prueba y acortar el tiempo de prueba general, el tiempo de prueba general se puede seleccionar en 0,5 a 3 minutos.
(5) Colocación incorrecta del cursor
Las roturas en los conectores de fibra óptica, empalmes mecánicos y fibras pueden causar pérdida y reflejos, y la cara final quebrada del extremo de la fibra puede producir varios picos de reflexión de Fresnel o ninguna reflexión de Fresnel debido a la irregularidad de la cara del extremo. Si la configuración del cursor no es lo suficientemente precisa, habrá algunos errores.
