9.2.4. Оптические рефлектометры временных интервалов

Наиболее часто использующимся и наиболее признанным способом анализа состояния волоконно-оптической линии связи является проверка ее с помощью оптического рефлектометра временных интервалов (optical time domain reflectometer - OTDR). Рефлектометр посылает вдоль волокна короткий импульс света и измеряет и записывает отраженную волокном световую энергию. Отражение может быть вызвано коннектором, соединением, трещиной, примесями или обломом волокна. Измерив время, необходимое для возвращения отраженного света источнику, и зная показатель преломления волокна, можно вычислить расстояние до места отражения.

Примеси стекла вызывают постоянное отражение низкой мощности по мере прохождения света по стеклянному волокну. Это называется обратным рассеянием (backscatter). Правильным техническим термином для него является рассеяние Релея, что обсуждалось в главе 3. Сила обратно рассеянного сигнала, получаемого источником, постепенно падает по мере удаления импульса от источника. Это видно в рефлектометре как постепенное линейное уменьшение полученного отраженного сигнала, а уклон этого линейного снижения является затуханием волокна (дБ на км). Рис. 9.5 показывает типичную кривую отражения OTDR и указывает обратное рассеяние.

Обычно OTDR не предоставляет точных данных о неровностях и потерях волокна для первых 15 м кабеля. Это происходит потому, что длительность и время нарастания импульса OTDR сравнительно велики по сравнению с временем, необходимым импульсу для преодоления короткого расстояния до точки отражения в пределах этих 15 м и обратно. Для решения этой проблемы между рефлектометром и тестируемой линией связи вставляют катушку, с кабелем. При чтении данных с экрана OTDR длина первого кабеля игнорируется и называется мертвой зоной (deadband).

На диаграмме OTDR на рис. 9.5 по оси Y отложены относительные амплитуды отраженного светового сигнала, ось X представляет время. Ось времени непосредственно 4 переводится и отображается OTDR как расстояние.

Рис. 9.5. Запись OTDR

Острые пики, возникающие вдоль ската, являются точками, в которых возникает отражение, и отражаемый свет сильнее обратного рассеяния. На рис. 9.5 показаны пять плавных точек отражения. В порядке уменьшения величины это:

• отражение от нетерминированного конца волокна;
• отражение от коннектора;
• отражение от соединения;
• отражение от волосной трещины волокна;
• обратное рассеяние.

После каждого из отражений скат кривой затухания скачком снижается. Это падение представляет потерю, привнесенную коннектором, со единением или дефектом волокна.

Отмеченная на рис. 9.5 точка (6) иллюстрирует соединение, в котором сердечники волокон хорошо подходят для света, идущего в сторону от источника. В этом соединении 1ет отражения, есть только потери. Тип падения в точке (6) на кривой затухания может также быть вызван резким изгибом, через который свет выходит из волокна и не отражается обратно. Некоторые виды дефектов волокна также дают такой же результат.

Отмеченная на рис. 9.5 точка (7) показывает уровень шума прибора. Это самый низкий уровень полученного сигнала, который может принять устройство. Измерения, сделанные вблизи этого уровня, не очень точны.

Тестирование OTDR может дать очень точный анализ дефектов для почти любой длины волокна. Важно, что перед производством измерений между OTDR и линией связи всегда вставляется моток кабеля для мертвой зоны. С приборами лучшего качества может быть получено разрешение 1 м для местонахождения дефекта и 0,01 дБ для потерь на линии. Некоторые приборы могут работать с диапазоном до 400 км.

Страницы сайта с примерами и описанием оптоволоконных рефлектограмм: Измерения оптоволоконного кабеля (ВОЛС) в процессе монтажа и Виды измерений ВОЛС. Измерения оптоволокна

В общем, рефлектометры OTDR сравнительно просто использовать, а для загрузки полученных результатов проверки и проведения при необходимости их подробного анализа можно загрузить и использовать специальные программные пакеты. Печальным недостатком технологии OTDR является то, что она обычно очень дорога. Даже небольшие приборы с урезанными возможностями могут оказаться непомерно дорогими.

Нужно проявить осторожность при интерпретации результатов, полученных OTDR. В месте объединения различных волокон это соединение может представлять изменение показателя преломления, размера сердечника, модовости и/или свойств материала волокна. Например, после соединения или коннектора OTDR может отобразить график, выглядящий на экране как усиление сигнала. В действительности, возможно, свет вошел в волокно с большим количеством примесей и имело место повышение уровня обратного рассеяния.

Тест OTDR необходимо провести для каждого оптического волокна кабеля, пока он все еще в катушке, еще до установки, чтобы гарантировать, что поврежденные волокна не устанавливаются. Результаты этих тестов необходимо сохранить в электронной памяти или в виде распечатки. Эти предустановочные тесты обычно проводятся при передаче кабеля от одной стороны другой; например, когда кабель передается от покупающей стороны устанавливающему подрядчику.

После установки кабеля для каждого оптического волокна следует снова провести тесты OTDR. Затем результаты тестов сразу после монтажа можно сравнить с результатами тестов до монтажа, чтобы определить, не были ли волокна повреждены или плохо установлены.

Результаты предустановочных и постустановочных тестов должны храниться как часть документации ввода системы в эксплуатацию. Если впоследствии в системе обнаружится повреждение, результаты приемочных испытаний можно использовать для обнаружения-расположения дефектов. Для высоконадежных систем для дальних расстояний через несколько лет эксплуатации стоит проводить аудит системы, снова проводя тест OTDR и сравнивая его результаты с результатами приемочных испытаний, чтобы оценить ухудшения кабельной системы с момента установки.

OTDR можно использовать для получения точных измерений затухания при условии, что используется рефлектометр высокого качества, который регулярно калибруется.

Поскольку OTDR проводит лишь сравнительные измерения, длина волны, на которой он работает, несущественна. На данные расстояний, потерь соединений и коннекторов не влияют небольшие изменения длины волны, связанные с лазерами и светодиодами.

Тест следует проводить в обоих направлениях. Определенные виды дефектов обнаруживаются в одном направлении, но не обнаруживаются в другом. Примером этого является несоответствие диаметров сердечников. В предыдущем разделе было отмечено, что потери коннектора или соединения могут быть различными при измерениях в каждом направлении оптического волокна. Если потери коннектора или соединения в каждом направлении различны, можно взять среднюю величину из двух полученных.

Некоторые волоконно-оптические кабели сконструированы таким образом, что позволяют укладывать их спирально вокруг центра кабеля, В этом случае длина кабеля не будет равна длине волокон. Это различие по существу затрудняет определение расстояния до дефектов. Для решения этой проблемы производитель обычно предоставляет значение отношения длины волокна к длине кабеля. Это отношение затем используется для вычисления точной длины кабеля до дефекта по данным расстояния OTDR. При отсутствии такого отношения измерение OTDR осуществляется для известной длины кабеля (обычно 1 км), а отношение вычисляется следующим образом:

Подробнее тема оптической рефлектометрии раскрыта на страницах книги Листвиных "Рефлектометрия оптических волокон". На сайте из этой книги есть главы:
Принцип действия OTDR • Назначение OTDR • Мертвые зоны для событий • Мертвые зоны по затуханию • Методика измерения длины волокна • Инструментальные ошибки • Типичные ошибки оператора • Методические ошибки • Разрешающая способность при измерении длины • Определение места повреждения волокон • Измерение полных и погонных потерь • Измерение потерь в сростках волокон • Влияние мертвых зон • Ошибки из-за флуктуации диаметра модового пятна • Двухсторонний анализ рефлектограмм • Измерения на двух длинах волн • Метод шлейфа