Измерение Оптика

Оптический рефлектометр

Оптический рефлектометр (OTDR) — это, как правило, компьютеризированный измерительный прибор, работа которого основана на посылании в оптическую линию импульсов и анализе того, что отражается обратно благодаря обратному рассеянию волокна и отражению от неоднородностей. Рефлектометры бывают и для медных кабелей.

Рефлектограмма — это маленький файлик формата .sor, .trc или других, содержащий в себе график — информацию об измеренной трассе.
Затухание — это характеристика, показывающая, сколько мощности (дБ или дБм) теряется в данном месте (затухание на сварке, кроссе) или на данном участке трассы.
Километрическое затухание — это затухание, приведённое к расстоянию. Если промеряли и у нас получилось затухание всей линии 0,66 дБ и длина нашей линии 3 км, то километрическое будет 0,66/3=0,22 дБ/км.

Рефлектограмма рождается так: рефлектометр посылает в линию короткий импульс света (его продолжительность задаётся в настройках), а потом слушает, что отражается обратно. Само волокно за счёт рэлеевского рассеяния немного отражает обратно, и, анализируя мощность обратного отражения и время, в которое данная мгновенная мощность пришла, рефлектометр ставит точки на координатной плоскости, соединяя их в график. Если где-то есть неотражающая неоднородность (сварка, загиб), то до неё уровень отражённого сигнала будет выше, чем после неё — на графике образуется ступенька. Если есть отражающая неоднородность (мех.соединение, трещинка, конец волокна), то рефлектометр видит в этом месте мощное отражение, намного выше, чем приходящий от рэлеевского рассеяния свет — мы видим на графике пик. Так как 1 импульс возвращается очень примерно, очень шумный, для качественной рефлектограммы в линию посылается раз за разом много импульсов (тысячи и десятки тысяч), и результирующая рефлектограмма является их усреднением. Чем больше импульсов — тем точнее и ровнее рефлектограмма, но тем дольше нужно ждать окончания измерения.
Рефлектограмма состоит из мёртвой зоны в начале, рабочего участка и области шумов в конце трассы. На рисунке — самая типичная рефлектограмма:

компенсационная катушка.

По сути это длинный кусок волокна, обычно ровно 1 километр, компактно намотанный в катушку и оконеченный двумя коннекторами.
Нужна она для того, чтобы лучше увидеть начало трассы. Точнее — чтобы оценить затухание на патч-корде, розетке и кроссе «ближнего» конца трассы.
Увидеть начало трассы нам мешает мёртвая зона. Но мы можем подключить между трассой и рефлектометром компенсационную катушку, тогда участок волокна, прежде закрытый мёртвой зоной, будет располагаться где-то посередине трассы, а мёртвая зона теперь будет на километре нашей катушки.

Мертвые зоны оптических рефлектометров (OTDR)

В ходе диагностики оптической линии не все ее участки отчетливо видны на рефлектограмме. Это обусловлено принципом работы рефлектометра. Сигнал, отраженный от коннектора или трещины имеет большую мощность, и возвращаясь к рефлектометру на некоторое время “ослепляет” его (так же как свет встречного автомобиля ослепляет водителя). Вследствие этого, расстояние, которое проходит зондирующий импульс пока приемник “ослеплен” будет невидимо инженеру. Эти “невидимые” участки волокна принято называть “мертвыми зонами”. Мертвые зоны бывают двух типов:

• Мертвая зона по событию – расстояние, на котором невозможно различить два находящиеся рядом отражающие события (например коннекторы).
• Мертвая зона рефлектометра

Принято считать, что мертвая зона по событию равна расстоянию от начала импульса до момента, когда произошел его спад на 1,5 дБ.

Мертвая зона напрямую зависит от ширины зондирующего импульса, выбранного для диагностики линии. Причем чем больше ширина зондирующего импульса – тем больше мертвая зона. В зависимости от минимального значения ширины импульса в рефлектометре, будут отличаться и его мертвые зоны.

Как видно из рисунка, на рефлектограмме с наименьшим зондирующим импульсом можно понять, где заканчивается метровый патчкорд, которым подключен рефлектометр к линии. На остальных рефлектограммах – отражение от начала линии (коннектора ODF) маскируется отражением от коннектора, вставленного в рефлектометр. Для того, чтобы увидеть начало линии, вне зависимости от выбранной ширины импульса, вместо патчкорда применяют компенсационные катушки.

Существует заблуждение, что компенсационная катушка способна убрать мертвую зону рефлектометра. К сожалению это не так.

Мертвая зона по затуханию – расстояние после отражающего события, на котором можно измерить потери на этом событии. Мертвая зона по затуханию измеряется как расстояние от начала отражающего события до точки на его склоне, находящейся на уровне 0,5 дБ от уровня обратного рассеяния (прямолинейной части рефлектограммы).

Если сварные соединения находятся вблизи коннекторов, они попадут в мертвую зону и не будут видны на рефлектограме. Для определения потерь на таких сварках, необходимо измерить линию с другой стороны.

Естественно, чем меньше мертвая зона – тем лучше. Однако ее уменьшение в большинстве случаев влечет за собой и повышение стоимости прибора, потому как поэтому при выборе рефлектометра стоит соизмерять необходимые технические характеристики и выделенный бюджет.

В характеристиках рефлектометров отображается мертвая зона, измеренная при минимальной ширине импульса. Поэтому сравнивать мертвые зоны различных рефлектометров будет корректно с привязкой к минимальной ширине зондирующего импульса приборов.

P.S

Чтобы уменьшить мертвую зону рефлектометра, производителю необходимо уменьшить ширину зондирующего импульса, повысить мощность лазера и и увеличить разрешение прибора (поставить АЦП с лучшими характеристиками). В связи с тем, что последние два пункта приводят к удорожанию решения, у производителей появляется соблазн уменьшения ширины импульса без изменения остальных параметров. В этом случае мертвая зона уменьшается (напомним, что она измеряется используя самый короткий импульс), но практической пользы пользователю от этого нет, потому как высокий уровень шумов (из-за малой мощности источника) и низкая разрешающая способность не позволяют детально проанализировать линию. К сожалению и такие решения представлены на рынке.

Оптические тестеры

Оптический тестер — это электронный цифровой прибор для измерений на оптике. Он в общем случае дешевле и проще рефлектометра, хотя качественный тестер признанной фирмы может быть намного дороже простенького рефлектометра.
Тестер нужен в первую очередь, чтобы показывать мощность принимаемого сигнала (в дБ, в дБм или в Вт), а также самому работать передатчиком для другого тестера на дальнем конце трассы. Хотя есть сравнительно дешёвые источники оптического излучения на 1310/1550 нм, если нужен только тупой источник, а не полноценный тестер (пример источника — Связьприбор Люкс S).
Некоторые тестеры могут помимо основного назначения иметь дополнительные фичи: цветной экран, возможность подключения камеры-микроскопа для контроля торцов коннекторов у патч-кордов и пиг-тейлов, наличие встроенного примитивного рефлектометра, наличие разных видов модуляции излучаемого сигнала. Некоторые тестеры умеют только длины волн 1310 и 1550 нм, другие позволяют установить длину волны плавно, с точностью до единиц нм, измерив затухание линии на длинах волн вне окон прозрачности стекла.
По документам трассу (или кабель при входном контроле) необходимо измерять как рефлектометром, так и тестерами, но заказчик может удовлетвориться только рефлектограммами, и обычно их действительно вполне достаточно.
Тестера должно быть два: один посылает в линию сигнал, другой на дальнем конце смотрит, какой уровень приходит. Но так как часто рефлектометры имеют функции тестера, можно с одной стороны поставить рефлектометр в качестве передатчика, а принимать тестером. Или наоборот. Так обычно и делают.
Тестером можно искать перепутанные волокна, кресты и вообще «вызвонить», какой порт на кроссе А на какой порт кросса Б приходит. Если расстояние небольшое — это можно сделать визуально красным VHL-лазером. Но километров 5-6 и больше красный свет уже не проходит, затухает (потому что длина волны его не попадает в «окна прозрачности» волокна) — и тогда тестер становится незаменимым.

Как измерить линию тестерами?

Один тестер будет передатчиком, другой приёмником. Соединяем их чистыми патч-кордами через чистую розетку (то есть по цепи «порт передатчика — патч-корд 1 — розетка — патч-корд 2 — порт приёмника»), включаем, настраиваем на одинаковую модуляцию, одинаковые единицы измерения и одинаковую длину волны, и смотрим, что покажет приёмный тестер. Это — наш «опорный ноль», можно даже сбросить показания приёмника таким образом, чтобы это показание и считалось опорным нулём. Тогда при отключении передатчика приёмник покажет сильный «минус». Далее мы выключаем тестеры, рассоединяем два патч-корда на розетке, не забываем закрыть коннекторы патч-кордов чистыми колпачками, и, не откручивая другую сторону патч-кордов от приборов (чтоб не вносить лишнюю погрешность — при откручивании/закручивании патч-корда затухание может немного гулять от раза к разу!) везём передатчик на один конец трассы, приёмник — на другой, подключаем к линии (почистив предварительно розетки и пиг-тейлы в кроссах) и проводим измерение. Приёмник покажет некоторое отрицательное значение (в децибелах). Когда приёмники были рядом и 100% мощности попадало из передатчика в приёмник — мы выставили, что это опорный ноль. Теперь же часть мощности теряется в нашей линии, и отрицательное значение на приёмнике и есть затухание всей нашей трассы. Делим на оптическую длину нашей трассы — получаем километрическое затухание (в дБ/км). Меряем на обеих длинах волн, 1310 и 1550 нм, и записываем результаты в блокнот. Потом повторяем для следующих волокон. Для особых любителей точности можно поменять приборы местами (или тестер-передатчик переключить на приём, а приёмник — на передачу), снова померить и взять среднее значение. Этот способ измерения затухания линии тестерами — самый точный, но очень неудобный и длительный. Обычно ответственные магистральные линии измеряют раз в год и тестерами, и по рефлектометру в обе стороны, а для простых линий с тестером обычно не заморачиваются и смотрят только по рефлектометру с одной стороны, а то и вовсе меряют что-то только когда пропадает связь.