De OTDR is een geavanceerd elektro-optisch integratie-instrument gemaakt van Rayleigh-verstrooiing en Fresnel-reflectie-terugverstrooiing wanneer licht wordt uitgezonden door een optische vezel. Het wordt veel gebruikt bij het onderhoud en de constructie van glasvezelkabels. Voer metingen van de vezellengte, vezelverzwakking, gewrichtsverzwakking en foutlocatiemetingen uit.
De OTDR-test wordt uitgevoerd door lichtpulsen in de vezel uit te zenden en vervolgens de geretourneerde informatie op de OTDR-poort te ontvangen. Wanneer lichtpulsen zich binnen de vezel voortplanten, vindt verstrooiing of reflectie plaats vanwege de aard van de vezel, connectoren, gewrichten, bochten of andere soortgelijke gebeurtenissen. Sommige verstrooiing en reflecties worden teruggestuurd naar de OTDR. De nuttige informatie die wordt geretourneerd, wordt gemeten door de detectors van de OTDR, die op verschillende locaties in de vezel als tijds- of curvensegmenten dienen.
De afstand kan worden berekend vanaf de tijd die nodig is voor het signaal naar het retoursignaal om de snelheid van het licht in het glasmateriaal te bepalen. De volgende formule legt uit hoe de OTDR afstand meet. d = (c × t) / 2 (IOR) In deze formule is c de lichtsnelheid in een vacuüm en t is de totale tijd nadat het signaal is verzonden totdat het signaal wordt ontvangen (twee richtingen) (de twee waarden worden vermenigvuldigd met 2 Na een eenrichtingsafstand). Omdat licht langzamer is in glas dan in vacuüm, moet de te testen vezel de brekingsindex (IOR) specificeren om de afstand nauwkeurig te kunnen meten. IOR wordt gemarkeerd door de vezelfabrikant.
De OTDR gebruikt Rayleigh-verstrooiing en Fresnel-reflectie om de vezel te karakteriseren. Rayleigh-verstrooiing is het gevolg van de onregelmatige verstrooiing van optische signalen langs de vezel. De OTDR meet een deel van het verstrooide licht terug naar de OTDR-poort. Deze terugverstrooiing signalen geven de mate van verzwakking (verlies / afstand) veroorzaakt door de vezel. Het resulterende traject is een neerwaartse curve, die aangeeft dat het terugverstrooiingsvermogen afneemt, wat te wijten is aan het verlies van zowel de verzonden als de terugverstrooide signalen na transmissie over een bepaalde afstand.
Gegeven de vezelparameters kan de Rayleigh-strooikracht worden gespecificeerd. Als de golflengte bekend is, is deze evenredig met de pulsbreedte van het signaal: hoe langer de pulsbreedte, hoe sterker het terugverstrooiingsvermogen. Rayleigh-strooikracht is ook gerelateerd aan de golflengte van het uitgezonden signaal en kortere golflengten zijn krachtiger. Dat wil zeggen dat het traject dat wordt gegenereerd door het 1310 nm-signaal hoger zal zijn dan de Rayleigh-terugverstrooiing van het traject dat wordt gegenereerd door het 1550 nm-signaal.
In het hooggolflengtegebied (meer dan 1500 nm) blijft de Rayleigh-verstrooiing verminderen, maar er treedt een ander verschijnsel op dat infrarooddempte (of absorptie) wordt genoemd, en dit neemt toe en resulteert in een toename van de totale dempingswaarde. Daarom is 1550 nm de laagste verzwakkingsgolflengte; dit verklaart ook waarom het de golflengte is van langeafstandscommunicatie. Uiteraard hebben deze verschijnselen ook invloed op de OTDR. Als een OTDR met een golflengte van 1550 nm heeft het ook een lage dempingsprestatie, zodat het over lange afstanden kan worden getest. Als een zeer verzwakte golflengte van 1310 nm of 1625 nm zal de testafstand van OTDR beperkt zijn, omdat de testapparatuur een scherpe piek in het OTDR-spoor moet detecteren en de punt van deze piek snel in de ruis zal vallen.
Fresnel-reflecties daarentegen zijn discrete reflecties die worden veroorzaakt door individuele punten in de hele vezel. Deze punten bestaan uit factoren die een verandering in de brekingscoëfficiënt veroorzaken, zoals de opening tussen glas en lucht. Op deze punten zal er sterk terugverstrooid licht worden teruggekaatst. Daarom moet OTDR Fresnel-reflectie-informatie gebruiken om het aansluitpunt, de vezelafsluiting of het breekpunt te vinden.
Grote OTDR's hebben de mogelijkheid om de reikwijdte van de vezel volledig en automatisch te identificeren. Deze nieuwe mogelijkheid vloeit grotendeels voort uit het gebruik van geavanceerde analysesoftware die de OTDR-sampling beoordeelt en een evenemententabel creëert. Deze gebeurtenistabel toont alle trajectgerelateerde gegevens zoals het type fout, afstand tot de fout, verzwakking, retourverlies en verbindingsverlies.
OTDR-principe
1.1 Rayleigh-terugverstrooiing
Vanwege het defect van de optische vezel zelf en de inhomogeniteit van de doteringscomponenten vindt Rayleigh-verstrooiing plaats in de optische pulsen die in de optische vezel worden gepropageerd. Een deel van het licht (ongeveer 0,0001% [1]) wordt in de tegengestelde richting van de puls terugverstrooid en wordt daarom Rayleigh-terugverstrooiing genoemd, die lengteafhankelijke verzwakkingsdetails verschaft.
Fresnel-reflecties treden op aan de grenzen van twee verschillende brekingsindex transmissiemedia (zoals connectoren, mechanische splitsingen, breuken of vezelafsluitingen). Dit fenomeen wordt door de OTDR gebruikt om de positie langs een lengte van discontinuïteit in de lengte van de vezel nauwkeurig te bepalen. De grootte van de reflectie hangt af van de vlakheid van het grensoppervlak en het verschil in brekingsindex. De Fresnel-reflectie kan worden verminderd door de brekingsindex passende vloeistof te gebruiken.
OTDR belangrijkste prestatie-index
Het begrijpen van de prestatieparameters van de OTDR draagt bij aan de feitelijke vezelmeting van de OTDR. De OTDR-prestatieparameters omvatten hoofdzakelijk dynamisch bereik, blind gebied, resolutie en nauwkeurigheid.
2.1 Dynamisch bereik
Dynamisch bereik is een van de belangrijkste prestatie-indicatoren van de OTDR, die de maximaal meetbare lengte van de vezel bepaalt. Hoe groter het dynamisch bereik, hoe beter het type curve en hoe langer de meetbare afstand. Dynamisch bereik Er bestaat momenteel geen uniforme standaardberekeningsmethode [1]. De veelgebruikte definities van het dynamische bereik omvatten voornamelijk de volgende vier:
1 IEC-definitie (Bellcore): een van de vaak gebruikte dynamische bereikdefinities. Het dB-verschil tussen het backscatter-niveau aan het begin en het ruispiekniveau wordt genomen. De meetconditie is de maximale pulsbreedte van de OTDR en de meettijd van 180 seconden.
2RMS-definitie: de meest gebruikte dynamische bereikdefinitie. Neem het verschil in dB tussen het start terugverstrooiingsniveau en het RMS-ruisniveau. Als het ruisniveau Gaussiaans is, is de gedefinieerde waarde van RMS ongeveer 1,56 dB hoger dan de IEC-gedefinieerde waarde.
3N = 0.1dB Definitie: de meest praktische definitiemethode. Neem de maximaal toegestane dempingswaarde die het verlies van 0,1 dB-gebeurtenis kan meten. De N = 0.1dB gedefinieerde waarde is ongeveer 6.6dB kleiner dan de RMS gedefinieerde signaal-ruisverhouding SNR = 1, wat betekent dat als de OTDR een dynamisch bereik van 30dB RMS heeft, de N = 0.1dB een dynamisch bereik van slechts 23,4dB, dat wil zeggen alleen verliezen met 0,1 dB verlies gemeten over een verzwakkingsbereik van 23,4 dB.
Einddetectie: het dB-verschil tussen de 4% Fresnel-reflectie aan het begin van de vezel en het RMS-geluidsniveau, dat ongeveer 12 dB hoger is dan de IEC-definitie.
2.2 Deadzone
"Blinde zone" wordt ook "dode zone" genoemd en verwijst naar het gedeelte waar de OTDR-curve de toestand van de optische-vezellijn niet binnen een bepaald afstandsbereik kan weerkaatsen onder invloed van Fresnel-reflectie. Dit verschijnsel doet zich voornamelijk voor omdat het Fresnel-reflectiesignaal op de glasvezelverbinding de fotodetector verzadigd maakt, wat een bepaalde hersteltijd vereist. De dode zone kan optreden aan de voorkant van het OTDR-paneel of aan andere Fresnel-reflecties in de glasvezelverbinding.
Bellcore definieert twee dode zones [2]: Verzwakking blinde zone (ADZ) en Gebeurtenis blinde zone (EDZ). Verzwakking blinde zone verwijst naar de minimale afstand tussen twee reflectiegebeurtenissen wanneer het respectievelijke verlies respectievelijk kan worden gemeten. Over het algemeen is de verzwakking van de blinde zone 5-6 maal de pulsbreedte (aangegeven door de afstand); de blinde zone van het evenement betekent dat twee reflectiegebeurtenissen nog steeds te onderscheiden zijn. Op de minimumafstand is de afstand tot elke gebeurtenis meetbaar, maar het individuele verlies van elke gebeurtenis is onmeetbaar.
2.3 Resolutie
De OTDR heeft vier hoofdresolutie-indicatoren: voorbeeldresolutie, beeldschermresolutie (ook wel uitleesresolutie genoemd), gebeurtenisresolutie en afstandresolutie. De bemonsteringsresolutie is de minimumafstand tussen de twee bemonsteringspunten, wat het vermogen van de OTDR bepaalt om gebeurtenissen te lokaliseren. De samplingresolutie is gerelateerd aan de keuze van de pulsbreedte en de afstandsbereikgrootte. De schermresolutie is de minimumwaarde die het instrument kan weergeven. De OTDR verdeelt elk bemonsteringsinterval door het microprocessingsysteem, zodat de cursor binnen het bemonsteringsinterval kan bewegen. De kortste afstand die de cursor verplaatst, is de horizontale schermresolutie en de weergegeven minimale verticale verzwakkingsresolutie.
De resolutie van de gebeurtenis verwijst naar de drempelwaarde van de OTDR om het gebeurtenispunt in de te testen koppeling te identificeren, dat wil zeggen de waarde van het gebeurtenisveld (detectiedrempel). De OTDR behandelt wijzigingen in gebeurtenissen die kleiner zijn dan deze drempelwaarde als het punt van uniforme hellingsverandering in de curve. De resolutie van de gebeurtenis wordt bepaald door de resolutiedrempel van de fotodiode, die de minimale verzwakking aangeeft die kan worden gemeten op basis van twee niveaus van dicht vermogen. Afstandresolutie verwijst naar de kortste afstand tussen twee aangrenzende gebeurtenissenpunten die het instrument kan oplossen. Deze index is vergelijkbaar met de dode hoek van de gebeurtenis en heeft betrekking op parameters voor pulsbreedte en brekingsindex.
Gebruik van OTDR
De OTDR kan de volgende metingen uitvoeren:
* Voor elke gebeurtenis: afstand, verlies, reflectie
* Voor elk vezelsegment: segmentlengte, segmentverlies dB of dB / Km, verlies van segmentrendement (ORL)
* Voor het volledige terminalsysteem: ketenlengte, kettingverlies dB, ketting-ORL
Vezelmeting met OTDR kan in drie stappen worden verdeeld: parameterinstelling, data-acquisitie en curve-analyse.
3.1 Parameterinstellingen
De meeste OTDR-testvezels selecteren automatisch de beste acquisitieparameters door testpulsen te verzenden. De gebruiker hoeft alleen de golflengte, acquisitietijd en noodzakelijke vezelparameters te selecteren (zoals brekingsindex, verstrooiingscoëfficiënt, enz.). Het duurt een bepaalde hoeveelheid tijd om de parameters automatisch te verkrijgen, zodat de operator handmatig de meetparameters kan selecteren onder bekende meetomstandigheden.
3.1.1 Selectie van golflengtes
Het gedrag van het optische systeem is direct gerelateerd aan de transmissiegolflengte. Verschillende golflengten hebben verschillende verzwakkingseigenschappen van optische vezels en verschillende gedragingen in de optische vezelverbinding: in dezelfde optische vezel is de 1550 nm gevoeliger voor buiging dan de 1310 nm optische vezel en is de verzwakking van 1550 nm kleiner dan de lengte van de eenheid van 1310 nm. Soldeer- of connectorverliezen zijn hoger bij 1310 nm dan bij 1550 nm. Om deze reden moet de test op optische vezels hetzelfde zijn als de golflengte die door het systeem wordt uitgezonden, wat betekent dat het optische systeem van 1550 nm de golflengte van 1550 nm moet selecteren.
3.1.2 Pulsduur
De pulsbreedte regelt de optische kracht die door de OTDR in de vezel wordt geïnjecteerd. Hoe langer de pulsbreedte, hoe groter het dynamische meetbereik. Het kan worden gebruikt om een vezel met een grotere afstand te meten, maar de lange puls zal ook een grotere blinde zone genereren in de OTDR-curve-golfvorm; kort puls injectie lichtniveau Laag maar kan blinde vlekken verminderen. De pulsbreedteperiode wordt gewoonlijk uitgedrukt in ns, en kan ook worden uitgedrukt in eenheden van lengte (m) volgens formule (4). Een puls van 100 ns kan bijvoorbeeld worden geïnterpreteerd als een puls van "10 m".
3.1.3 Meetbereik
Het OTDR-meetbereik verwijst naar de maximale afstand waarover de OTDR gegevenssamples verwerft. De keuze van deze parameter bepaalt de grootte van de samplingresolutie. Het meetbereik wordt meestal ingesteld op een afstand van 1 tot 2 keer de lengte van de te meten vezel.
3.1.4 Gemiddelde tijd
Omdat het terugverstrooide lichtsignaal extreem zwak is, wordt de statistische gemiddelde methode in het algemeen gebruikt om de signaal-ruisverhouding te verbeteren. Hoe langer de gemiddelde tijd, hoe hoger de signaal / ruis-verhouding. De acquisitie van 3 minuten zal bijvoorbeeld 0,8 dB dynamischer zijn dan de acquisitie van 1 minuut. De acquisitietijd van meer dan 10 minuten verbetert echter niet de signaal-ruisverhouding. De gemiddelde tijd is niet langer dan 3 minuten.
3.1.5 Vezelparameters
De instelling van de vezelparameters omvat de instelling van de brekingsindex n en de terugverstrooiingscoëfficiënt η. De brekingsindexparameter is gerelateerd aan de afstandsmeting en de terugverstrooiingscoëfficiënt beïnvloedt het meetresultaat van de reflectie en het retourverlies. Deze twee parameters worden meestal gegeven door de fabrikant van de optische vezel. Voor de meeste typen optische vezels kunnen de brekingsindex en de terugverstrooiingscoëfficiënt in tabel 2 nauwkeuriger afstands- en retourverliesmetingen verkrijgen.
Ervaring en vaardigheden
(1) Eenvoudige identificatie van de vezelkwaliteit:
Onder normale omstandigheden is het OTDR-hoofdgedeelte van de teststraal (enkele of meerdere optische vezelkabel) in principe hetzelfde, als een bepaald deel van de helling groter is, laat dit zien dat de verzwakking van deze sectie groter is; als het curve-lichaam een onregelmatige vorm heeft, fluctueert de helling. Als deze gebogen of gebogen is, geeft dit aan dat de kwaliteit van de optische vezel ernstig achteruitgaat en niet voldoet aan de communicatie-eisen.
(2) Golflengteselectie en enkele bidirectionele test:
De 1550-golflengte is verder weg van de test. De 1550 nm is gevoeliger voor buigen dan de 1310 nm. De 1550 nm is kleiner dan de 1310 nm-eenheid en de 1310 nm is hoger dan de 1550 nm of de connector. Bij werkelijke onderhoudswerkzaamheden aan de optische kabel worden beide golflengten over het algemeen getest en vergeleken. Voor positieve verschuivingsverschijnselen en overbereikafstanden, moet bi-directionele testanalyse worden uitgevoerd om goede testconclusies te verkrijgen.
(3) gezamenlijke reiniging:
Voordat de optische vezelconnector op de OTDR wordt aangesloten, moet deze zorgvuldig worden gereinigd, inclusief de uitvoerconnector van de OTDR en de actieve connector die wordt getest. Anders is het invoegverlies te groot, is de meting onbetrouwbaar, is de curve luidruchtig of kan zelfs de meting niet worden uitgevoerd en kan deze ook de OTDR beschadigen. Gebruik geen andere schoonmaakmiddelen dan alcohol of vloeistoffen die op een brekingsindex zijn afgestemd, omdat ze het bindmiddel in de glasvezelconnector kunnen oplossen.
(4) Correctie van brekingsindex en verstrooiingscoëfficiënt: voor de meting van de lengte van de optische vezel zou een afwijking van 0,01 ten opzichte van de brekingsindex fouten tot 7 m / km veroorzaken. Voor langere lichtsegmenten moet de door de kabelfabrikant geleverde brekingsindex worden gebruikt. waarde.
(5) Herkenning en verwerking van spoken:
De piek op de OTDR-curve is soms te wijten aan echo's veroorzaakt door nabije en sterke reflecties van het incidenteind. Deze piek wordt ghosting genoemd. Herkenning van geesten: de geesten op de bochten veroorzaakten geen significant verlies; de afstand tussen de geest en het begin van de curve was een veelvoud van de afstand tussen de sterke reflectiegebeurtenis en het begin, en werd symmetrisch. Ghosting elimineren: selecteer een korte pulsbreedte en voeg verzwakking toe aan de voorkant van de sterke reflectie (zoals de OTDR-uitvoer). Als de gebeurtenis die de nevenbeelden veroorzaakte aan het eind van de vezel is, kan een "kleine bocht" worden gemaakt om het naar het begin gereflecteerde licht te verzwakken.
(6) Verwerking van positieve winstverschijnselen:
Positieve winst kan optreden op het OTDR-spoor. De positieve winst is te wijten aan het feit dat de vezel na het koppelpunt meer achterwaarts astigmatisme produceert dan de vezel vóór het koppelingspunt. In feite is de vezel splice-loss op dit splitspunt. Het komt vaak voor in het lasproces van vezels met verschillende veldvelddiameters of verschillende terugverstrooiingscoëfficiënten. Daarom is het noodzakelijk om in beide richtingen te meten en de resultaten te berekenen als het lasverlies. In het eigenlijke onderhoud van optische kabels, kan ≤0.08dB ook worden gebruikt als een eenvoudig acceptatiebeginsel.
(7) Gebruik van extra optische vezels:
De extra vezel is een stuk vezel dat wordt gebruikt om de OTDR te verbinden met de te meten vezel en heeft een lengte van 300-2000 m. De belangrijkste functies zijn: verwerking van de front-end blinde zone en meting van de aansluiting van de connector.
Over het algemeen is de dode zone veroorzaakt door de connector tussen de OTDR en de te testen vezel de grootste. Bij de feitelijke meting van de optische vezel wordt een optische overgangsvezel tussen de OTDR en de te testen optische vezel toegevoegd, zodat de dode zone aan de voorzijde valt binnen de optische overgangsvezel en het begin van de optische vezel die moet worden getest valt in het lineaire stabiele gebied van de OTDR-curve. Het invoegverlies van de connector aan het begin van het vezelsysteem kan worden gemeten door een overgangsvezel aan de OTDR toe te voegen. Als u het invoegverlies van connectoren aan beide uiteinden wilt meten, kunt u aan elk uiteinde een overgangsvezels toevoegen.
De belangrijkste factoren van testfouten
1) Inherente afwijkingen van OTDR-testinstrumenten
Volgens het testprincipe van OTDR verzendt het optische pulsen naar de geteste optische vezel volgens een bepaalde periode en vervolgens bemonstert, kwantiseert, codeert en slaat de terugverstrooide signalen van de optische vezels met een bepaalde snelheid op. Het OTDR-instrument zelf heeft fouten als gevolg van het bemonsteringsinterval, hetgeen voornamelijk wordt weerspiegeld in de afstandresolutie. De afstandresolutie van de OTDR is evenredig met de bemonsteringsfrequentie.
2) Fouten als gevolg van onjuiste bediening van testinstrumenten
In de kabelfoutlocatietest is de juistheid van het gebruik van de OTDR-meter direct gerelateerd aan de nauwkeurigheid van de obstakeldest. De parameterinstelling en nauwkeurigheid van het instrument, onjuiste selectie van het bereik van de meter of onnauwkeurige cursorinstellingen leiden tot fouten in de testresultaten.
(1) Stel de fout in die wordt veroorzaakt door de brekingsindexafwijking van de meter
De brekingsindex van verschillende typen en fabrikanten van optische vezels is anders. Wanneer u de OTDR gebruikt om de lengte van de vezel te testen, moeten eerst de parameters van het instrument worden ingesteld en de instelling van de brekingsindex is er een van. Wanneer de brekingsindex van verschillende kabelsegmenten verschillend is, kan een segmenteringsmethode worden gebruikt om de testfout te verminderen die wordt veroorzaakt door de instelfout van de brekingsindex.
(2) Onjuiste selectie van meetbereik
Wanneer de OTDR-meter testafstandsresolutie 1 meter is, betekent dit dat het cijfer alleen kan worden vergroot als de horizontale schaal 25 meter per raster is. Het ontwerp van de meter is een volledige cel met 25 stappen per cursor. In dit geval betekent elke verplaatsing van de cursor een afstand van 1 meter, dus de leesresolutie is 1 meter. Als u 2 km / div selecteert voor de horizontale schaal, verschuift de cursor 80 meter voor elke beweging van de cursor. Het is duidelijk dat hoe groter het meetbereik dat tijdens de test is geselecteerd, hoe groter de afwijking van de testresultaten is.
(3) Onjuiste selectie van pulsbreedte
Onder de conditie van dezelfde pulsamplitude, hoe groter de pulsbreedte is, des te groter is de pulsenergie. Op dit moment is het dynamische bereik van de OTDR ook groter en is het bijbehorende blinde gebied ook groot.
(4) Onjuiste selectie van middelingstijd
De OTDR-testcurve bemonstert het gereflecteerde signaal na elke uitvoerpuls en middelt meerdere monsters om enkele willekeurige gebeurtenissen te elimineren. Hoe langer de middelingstijd, hoe dichter het ruisniveau bij de minimumwaarde ligt en hoe groter het dynamische bereik. Hoe langer de gemiddelde tijd, hoe hoger de testnauwkeurigheid, maar de nauwkeurigheid neemt niet toe wanneer deze een bepaald niveau bereikt. Om de testsnelheid te verbeteren en de algehele testtijd te verkorten, kan de algemene testtijd binnen 0,5 tot 3 minuten worden gekozen.
(5) Onjuiste plaatsing van de cursor
Breuken in vezeloptische connectoren, mechanische koppelingen en vezels kunnen verlies en reflecties veroorzaken, en het gebroken eindvlak van het vezeluiteinde kan verschillende Fresnel-reflectiepieken produceren of geen Fresnel-reflectie als gevolg van de onregelmatigheid van het eindvlak. Als de cursorinstellingen niet nauwkeurig genoeg zijn, zijn er enkele fouten.
