Рефлектометр оптический что это такое: Оптический рефлектометр — что это и как выбрать

Динамический диапазон оптического рефлектометра (OTDR)

1. Как выбрать оптический рефлектометр – раскрываем секреты

Одним из важнейших параметров оптического рефлектометра (OTDR) является динамический диапазон. Его величина показывает максимальное затухание линии, которую он способен увидеть полностью. Динамический диапазон рефлектометра зависит от мощности его лазера и ширины применяемого зондирующего импульса.

Рисунок 1 – динамический диапазон оптического рефлектометра

Чаще всего динамический диапазон определяется как разница между первоначальным уровнем обратного рассеяния и верхним уровнем шума, как показано на рисунке 1 (IEC Dynamic range). Причем верхним уровнем шума считается вершина диапазона шума, включающая в себя 98% всех шумов (небольшие выбросы шума исключаются). Однако существует понятие и среднеквадратичного динамического диапазона (RMS).

В характеристиках рефлектометров динамический диапазон указан с учетом использования импульса максимальной ширины.

(Хитрость некоторых производителей состоит в том, что для повышения динамического диапазона прибора они не устанавливают более мощный лазер, а увеличивают максимальную ширину импульса. Увеличение ширины зондирующего импульса, как известно, приводит к увеличению мертвой зоны прибора.)

Динамический диапазон рефлектометра следует выбирать на 6-7 дБ больше, чем потери самой протяженной обслуживаемой ВОЛС.  Если рефлектометр приобретается без привязки к конкретной сети, то потери в линии можно узнать расчетным путем, и учитывая это значение выбрать динамический диапазон. Методика расчета бюджета ВОЛС приведена в статье «Оптический бюджет ВОЛС: понятие, расчет, практическое применение».  

Большое значение динамический диапазон имеет в рефлектометрах для обслуживания магистральных ВОЛС и PON. Для обслуживания оптических сетей доступа (не PON) и сетей предприятий (до 20-30 км) зачастую достаточно рефлектометра с самым наименьшим динамическим диапазоном.

К сожалению, даже при одинаковых характеристиках  «на бумаге» – оптические рефлектометры могут быть абсолютно разные. Большую роль тут играют параметры использованного лазера, которые к сожалению нигде не отображаются. Так, если измерить динамический диапазон рефлектометра использовав не максимально широкий импульс, а наименьший, то динамический диапазон может существенно отличаться, даже при одинаковых характеристиках в паспорте прибора. Для примера приводятся рефлектограммы одной и той же линии, снятые разными рефлектометрами, имеющими одинаковые технические характеристики (ширина импульса, время усреднения, динамический диапазон).

Рисунок 2 – динамический диапазон оптического рефлектометра, измеренный с использованием зондирующего импульса минимальной ширины.

Как видно из рисунка 2, динамический диапазон одного из исследуемых рефлектометров (Dmin 2) на минимальном импульсе существенно ниже такого же значения другого рефлектометра (Dmin 1). Поэтому длина линии, которую можно детально проанализировать рефлектометром 2 – намного меньше. Для уменьшения шумов при измерении этим рефлектометром нужно использовать зондирующий импульс большей ширины, что приведет в свою очередь к повышению мертвой зоны.

СМ. ТАКЖЕ:

Подписаться на рассылку статей

Статьи — Оптические рефлектометры. Основные характеристики и принципы работы. Часть 1

1.1. Волоконно-оптическая связь

Принцип волоконно-оптической связи крайне прост: электрический сигнал преобразуется в световой‚ который передается по оптическому волокну на удаленный приемник‚ где он опять преобразуется – в первоначальный электрический сигнал. У волоконно-оптической связи имеется много преимуществ перед другими способами связи. Сигнал может посылаться без усиления на более длинные расстояния; не возникает никаких проблем с помехами от электрических полей; пропускная способность – намного выше‚ чем у сетей с парными или коаксиальными кабелями; само волокно намного легче и меньше по размеру‚ чем медная жила.

Рисунок 1. Типичная волоконно-оптическая линия связи

Основным ограничением для передачи информации по волоконно-оптической линии связи является затухание оптического сигнала по мере его распространения по волокну. Информация‚ содержащаяся в световом сигнале‚ посланном по волокну‚ должна быть получена и преобразована в свою исходную форму. По мере распространения по волокну оптический сигнал затухает из-за релеевского рассеяния (объяснение этого явления приводится ниже). Некоторая часть световой энергии поглощается‚ а часть этой энергии уходит из волокна наружу на дефектах‚ возникающих в стекле при чрезмерных изгибах волокна. Если световой энергии потеряно (т.е. ушло на затухание) очень много‚ то сигнал может оказаться слишком слабым‚ чтобы приемник на дальнем конце мог различить в этом сигнале отдельные импульсы. Если сигнал у приемника слишком слабый‚ тогда нам‚ для того чтобы компенсировать чрезмерное затухание‚ придется увеличить выходную мощность передатчика‚ повысить чувствительность приемника или уменьшить расстояние между передатчиком и приемником. Крайне важно знать‚ сколько именно световой энергии теряется в каком-либо отрезке волокна прежде‚ чем использовать его в сети связи. Если полное затухание слишком велико‚ то необходимо принимать определенные меры по исправлению положения.

1.2. Определение потерь в оптическом волокне

Лучший способ измерить полное затухание в оптическом волокне – это подать световой сигнал определенного уровня в один конец волокна‚ а затем измерить уровень этого сигнала‚ когда он выйдет на другом конце. Разница между этими двумя уровнями – измеренная в децибелах (дБ) – будет представлять собой полное затухание (иногда его называют «вносимыми потерями»). Для наиболее точного измерения такого рода надо использовать калиброванный источник света и оптический ваттметр. Но при измерении с помощью источника света и оптического ваттметра нельзя определить‚ является ли затухание сильным по всей длине волокна или же оно локализовано в каком-либо одном «слабом» месте; неизвестно‚ в какой части волокна возникает эта проблема.
С другой стороны‚ при работе с оптическим рефлектометром получается график «уровень сигнала в зависимости от расстояния», крайне полезный при определении места возникновения в волокне каких-либо неполадок.

1.3. Другие виды тестирования волокна

Самым важным видом тестирования для большинства видов волокна является точное измерение характеристик затухания. Но для работающих с большой скоростью или очень длинных волоконно-оптических сетей могут понадобиться и другие виды тестирования. При измерении дисперсии определяется‚ какое влияние на информационную емкость волокна может оказать наличие разных скоростей распространения света в волокне (т.е. тот факт‚ что некоторые компоненты светового излучения, несущие информацию‚ могут распространяться быстрее‚ чем другие). В многомодовом волокне это называется измерением ширины полосы пропускания. Измерения дисперсии и ширины полосы пропускания при работе с оптическим рефлектометром не проводятся.

1.4. Оптический рефлектометр

Оптический рефлектометр (OpticalTimeDomainReflectometer, OTDR) – это электронно-оптический измерительный прибор‚ используемый для определения характеристик оптических волокон. Он определяет местонахождение дефектов и повреждений‚ измеряет уровень потерь сигнала в любой точке оптического волокна. Все‚ что нужно для работы с оптическим рефлектометром‚ – это доступ к одному концу волокна.
Оптический рефлектометр производит тысячи измерений по всей длине волокна. Точки с результатами измерений находятся друг от друга на расстоянии от 0‚5м до 16м. Эти точки выводятся на экран и образуют наклонную линию‚ идущую слева направо и сверху вниз. При этом по горизонтальной оси графика откладывается расстояние‚ а по вертикальной – уровень сигнала. Выбрав с помощью подвижных курсоров две любые точки с результатами измерений‚ можно определить расстояние между ними и разницу между уровнями сигнала в этих точках.

1.5. Способы применения оптических рефлектометров

Оптические рефлектометры широко применяются на всех этапах создания и эксплуатации волоконно-оптической сети – от сооружения до технического обслуживания‚ определения мест повреждений и их исправления. Оптический рефлектометр применяется для того‚ чтобы:

• Измерять полные потери в волокне для приемки сети и ее ввода в строй‚ для проверки волокна на барабанах и подтверждения его технических характеристик.
• Измерять потери как в механических‚ так и в сварных соединениях (оптоволоконных стыках) во время монтажа‚ строительства и ремонтных работ.
• Измерять отражение‚ или оптические потери на отражение на оптических разъемах и механических соединениях (оптоволоконных стыках) для CATV (сетей кабельного телевидения)‚ SDH (СЦИ) и других аналоговых или высокоскоростных линий цифровой связи‚ в которых отражение должно поддерживаться на низком уровне.
• Определять место обрывов и дефектов волокон.
• Проверять‚ оптимальна ли оптическая соосность волокон при операциях по их сращиванию.
• Обнаруживать постепенное или внезапное ухудшение качества волокна путем сравнения его характеристики с зафиксированными результатами ранее проведенного тестирования.
  

2. Как работает оптический рефлектометр

Для измерения характеристик оптического волокна оптический рефлектометр использует явления релеевского рассеяния и френелевского отражения. Посылая в волокно световой импульс и измеряя время его распространения и интенсивность его отражения от точек‚ находящихся внутри волокна‚ рефлектометр выводит на экран дисплея рефлектограмму «уровень отраженного сигнала в зависимости от расстояния».
Рефлектограмму можно проанализировать на месте‚ немедленно распечатать для создания документации о сети или сохранить на диске компьютера для более позднего анализа и сопоставлений. По такой рефлектограмме опытный оператор может точно определить конец волокна‚ местонахождение оптоволоконных стыков и потери в них‚ а также полные потери в волокне. В большинстве последних моделей рефлектометров предусмотрена возможность автоматического анализа полученных рефлектограмм‚ что упрощает обучение операторов.

2.1. Релеевское рассеяние

При посылке светового импульса по волокну часть импульса натыкается на имеющиеся в стекле микроскопические частицы (которые называются «примесью») и рассеивается во всех направлениях. Это явление называется релеевским рассеянием. Часть световой энергии – около 0‚0001% – рассеивается назад‚ в направлении‚ противоположном направлению распространения импульса; это называется обратным рассеянием.
Поскольку в процессе изготовления волокна примеси распределяются равномерно по всему волокну‚ это явление рассеяния возникает по всей его длине.

Рисунок 2. Релеевское рассеяние

Релеевское рассеяние– это основная причина потерь‚ имеющих место в волокне. На более длинных световых волнах рассеяние меньше‚ чем на более коротких. Так например‚ свет на 1550 нм теряет из-за релеевского рассеяния от 0‚2 до 0‚3 дБ на километр (дБ/км)‚ в то время как на 850 нм – от 4‚0 до 6‚0 дБ/км. Имеющие более высокую плотность примеси также увеличивают рассеяние и‚ следовательно‚ повышают уровень удельного затухания. Оптический рефлектометр может измерять уровни обратного рассеяния с большой точностью‚ используя эту способность для выявления незначительных изменений характеристик волокна в любой его точке.
Релеевское рассеяние похоже на рассеивание частицами влаги луча света от карманного фонарика в ночном тумане. В густом тумане рассеивание будет сильнее‚ так как в воздухе больше частиц влаги. Туман вы видите потому‚ что частицы влаги рассеивают небольшое количество света по направлению к вам. Если туман не очень густой‚ то луч света может распространяться на большое расстояние‚ но в густом тумане свет из-за эффекта рассеяния затухает довольно быстро. Частицы примесей в волокне действуют как частицы влаги в тумане‚ отражая‚ при попадании на них света‚ небольшое количество световой энергии назад‚ к ее источнику.

2.2. Френелевское отражение

Всегда‚ когда свет‚ распространяющийся в каком-нибудь материале (например‚ в оптическом волокне)‚ попадает в материал с другой плотностью (например‚ в воздух)‚ часть световой энергии (до 4%) отражается назад‚ к источнику света‚ в то время как остальная световая энергия продолжает распространяться дальше. Резкие изменения плотности материала имеют место на концах волокна‚ у обрывов волокна и‚ иногда‚ у оптоволоконных стыков. Количество отраженного света зависит от величины изменения плотности материала (которая характеризуется показателем преломления – более высокий показатель преломления означает большую плотность)‚ а также от того угла‚ под которым свет падает на поверхность раздела между двумя материалами. Это явление называется френелевским отражением. Оно используется в оптическом рефлектометре для точного определения мест обрывов волокна.
Френелевское отражение напоминает ситуацию со светом карманного фонарика‚ падающим на оконное стекло. Большая часть света проходит через стекло‚ но какая-то его часть отражается назад‚ к вам. От угла‚ под которым луч света падает на оконное стекло‚ зависит‚ куда попадет отраженный свет: назад в фонарик или же к вам в глаза.

Рисунок 3. Френелевское отражение

2.3. Сопоставление уровня обратного рассеяния с потерями при передаче

Хотя оптический рефлектометр измеряет только уровень обратного рассеяния‚ а НЕ уровень передаваемой световой энергии‚ имеется весьма определенное соотношение между уровнем обратного рассеяния и уровнем переданного импульса: обратное рассеяние составляет определенный процент переданной световой энергии. Соотношение между световой энергией обратного рассеяния и переданной световой энергией называется коэффициентом обратного рассеяния. Если – из-за сильного изгиба‚ соединения двух волокон (оптоволоконного стыка) или какого-нибудь дефекта – количество передаваемой световой энергии между точками А и Б резко падает‚ то и соответствующее обратное рассеяние между точками А и Б уменьшится в той же пропорции. Те же самые вызывающие потери факторы‚ которые приводят к понижению уровней передаваемых импульсов‚ приведут к понижению уровня обратного рассеяния этих импульсов.

Статьи — Оптические рефлектометры. Основные характеристики и принципы работы. Часть 3

2. Шаг точек измерений.

Показатель преломления – это соотношение между скоростью света в вакууме и скоростью света в каком-нибудь определенном волокне. Поскольку быстрее всего свет распространяется в вакууме (например‚ в безвоздушном пространстве)‚ а в плотных материалах (таких‚ как атмосфера или стекло) распространяется медленнее‚ то значение этого показателя всегда больше единицы. Для стекла оно равно примерно 1‚5. Скорость света меняется в зависимости от плотности того материала‚ в котором он распространяется. Плотность волокна определяется количеством и видом примесей‚ применяемых в процессе изготовления; их распределение может быть не абсолютно одинаковым в различных частях волокна и в различных волокнах. Таким образом‚ значение показателя преломления изменяется как в различных волокнах‚ так и в пределах одного волокна. Показатель преломления является «калибровочным» коэффициентом‚ который «сообщает» рефлектометру‚ с какой скоростью распространяется свет‚ и тем самым предоставляет ему возможность точно измерять расстояния.

В большинстве случаев нужно использовать значения показателя‚ рекомендованные изготовителем для различных видов тестируемых волокон и для различных длин волн. С любыми вопросами‚ касающимися показателя преломления‚ обращайтесь к изготовителю волокна. Изменения в процессе изготовления волокна повлекут за собой и изменения значений показателя преломления.

Оптическое волокно обычно используется и тестируется только на трех диапазонах длин волны: 850 нм‚ 1300 нм и 1550 нм. Многомодовые волокна работают в диапазонах 850 нм и 1300 нм. Одномодовые волокна – только в диапазонах 1300 нм и 1550 нм.

Рисунок 10. Разница между рефлектограммами, снятыми на различных длинах волн

Для оптических рефлектометров надо использовать действительно хорошие разъемы‚ даже если для волокна использованы разъемы другого типа. Для соединения оптического рефлектометра с волокном почти всегда используют патчкорд‚ или перемычку – короткий отрезок одножильного волоконно-оптического кабеля‚ снабженный разъемами на обоих концах (см. следующий раздел о конфигурировании оптического рефлектометра).

Выбор конфигурации оптического рефлектометра зависит от того‚ какое волокно будет тестироваться. Одновременно оптический рефлектометр может тестировать только один тип волокна – одномодовое или многомодовое. Для каждого типа волокна можно выбрать одну или две длины волны. Таким образом‚ на рынке имеются рефлектометры пригодные для тестирования многомодового волокна на 850 нм и/или 1300 нм или же одномодового волокна на 1300 нм и/или 1550 нм. Большинство обычных рефлектометров имеют модульную конструкцию‚ так что лазерный блок можно видоизменять таким образом‚ чтобы он стал соответствовать типу тестируемого волокна. Оптические минирефлектометры‚ как правило‚ не являются модульными.

Базовый блок и оптический модуль. Базовый блок рефлектометров модульной конструкции состоит из контроллера‚ дисплея‚ органов управления и дополнительного оборудования‚ поставляемого по желанию заказчика (такого‚ как принтер/графопостроитель‚ интерфейсы для внешнего сопряжения‚ модем‚ дисковод и т.п.). Оптический модуль‚ состоящий из блоков лазерного источника света и оптического измерителя‚ подсоединяется к базовому блоку с помощью разъема; его можно заменять на другие модули‚ чтобы сделать возможным тестирование при различных сочетаниях длин волн и типов волокна.

Тип волокна. Оптический модуль обычно может работать только с одномодовым или только с многомодовым волокном.

Рисунок 11. Типы оптических волокон

Основное различие между этими двумя типами волокна заключается в том‚ что диаметр светопроводящего сердечника многомодового волокна по меньшей мере в пять раз больше‚ чем у одномодового. Поскольку оптический рефлектометр должен и посылать и получать световую энергию‚ то оптический модуль не может эффективно работать с обоими типами волокна. Так например‚ модуль‚ предназначенный для одномодового волокна‚ без труда направит световые импульсы и в одномодовое и в многомодовое волокно‚ но при возвращении отраженной световой энергии из многомодового волокна большая часть обратного рассеяния будет потеряна при попытке войти в более узкий сердечник одномодового волокна‚ идущего к детектору.

Все сердечники одномодового волокна примерно одного и того же размера: от 8 до 10 микрон в диаметре. Оптический модуль для одномодового волокна оптимизирован для посылки световых импульсов в волокно такого диаметра.

Диаметры многомодового волокна могут быть равными 50; 62‚5 и 100 микронам. Конструкция оптического модуля для многомодового волокна обеспечивает его оптимальную работу только с каким-либо одним из этих размеров сердечника‚ хотя он без труда может проводить измерения и в сердечниках двух других размерах.

Длина волны. Длина волны для тестирования – это одна из важных характеристик оптического рефлектометра. Крайне важно тестировать сеть волоконно-оптической связи на той же длине волны‚ на которой она будет работать. Но может оказаться полезным тестирование и на других длинах волн. Хотя вы можете отконфигурировать рефлектометр таким образом‚ что он будет работать только на одной длине волны‚ все же лучше всего предусмотреть тестирование на обеих длинах волн‚ выделенных для данного типа волокна (850 нм и 1300 нм для мультимодового волокна и 1310 нм и 1550 нм для одномодового). Полное тестирование волокна должно производиться на обеих длинах волн‚ так чтобы стали известными его полные характеристики – на тот случай‚ если сеть в будущем будет модернизирована и перейдет на другую длину волны.

В некоторых случаях Вы‚ возможно‚ захотите протестировать волокно на других длинах волн‚ не входящих в рабочие диапазоны. Такие длины волн называются «внеполосными» и включают в себя 1244 нм и 1625 нм. Волна длиной 1244 нм используется для измерения в области сильного затухания кривой спектрального затухания в волокне‚ называемой «водяным максимумом». Если это затухание в области «водяного максимума» возрастает вследствие необычной химической активности в волокне‚ то оно может затронуть вскоре и рабочий диапазон 1310 нм. Диапазон 1625 нм обычно используется для мониторинга волокна (при применении волокна большой длины в диапазоне 1550 нм). Потери на 1625 нм аналогичны потерям на 1550 нм‚ так что и на этом диапазоне можно измерять всю длину волокна. В этом диапазоне также выше чувствительность к потерям на изгибы‚ так что проблемы такого рода можно обнаружить до того‚ как они начнут влиять на работу сети. Тестирование на длине волны 1625 нм обычно проводится на работающем волокне посредством ввода и вывода тестирующего светового излучения в волокно при помощи WDM-устройства (светоделительного мультиплексора).

При использовании более коротких волн затухание в волокне усиливается из-за их повышенной чувствительности к релеевскому рассеянию. Но на более длинных волнах увеличивается чувствительность к потерям на изгибы; кроме того‚ при работе на них наружу из волокна «просачивается» больше света‚ чем при работе на коротких волнах. Это означает‚ что в волокне‚ в котором из-за изгиба появилось механическое напряжение‚ при тестировании на 1550 нм будут обнаружены более высокие потери в месте изгиба‚ чем при тестировании на 1300 нм; хотя общее‚ полное затухание на 1550 нм будет меньше‚ чем на 1300 нм. Чувствительность различных длин световых волн к различным механизмам потерь в волокне может стать крайне важным орудием при отыскании неисправностей в волоконно-оптическом кабеле.

Разъем. Волоконно-оптические сети перед вводом в строй всегда снабжают разъемами. Разъемы либо устанавливаются на волокне на месте работы‚ либо к концу волокна присоединяется заранее снабженный разъемом отрезок кабеля («пигтейл»). Для обеспечения наилучших результатов разъем на рефлектометре должен соответствовать разъему‚ установленному в волоконно-оптической сети. На некоторых рефлектометрах используются разъемы универсального типа‚ допускающие их оперативную замену на месте. У других рефлектометров имеются только фиксированные‚ незаменяемые разъемы.

В тех случаях‚ когда рефлектометр применяется для тестирования многих неодинаковых волоконно-оптических сетей‚ использующих различные разъемы‚ нужно использовать волоконно-оптическую кабельную «перемычку» (или «патчкорд»). На обоих концах кабельной перемычки установлено по разъему‚ один из которых присоединен к рефлектометру‚ а другой – к волоконно-оптической сети. Для того чтобы разъемы на концах перемычки подходили‚ соответственно‚ к рефлектометру и к волоконно-оптической сети‚ они могут быть разного типа. Кабельные перемычки часто применяются даже тогда‚ когда разъем рефлектометра соответствует разъему сети‚ это делается для предотвращения износа оптического волокна сети. В волоконно-оптической сети могут использоваться несколько типов разъемов‚ так что понадобится столько патчкордов‚ сколько имеется типов разъемов. У каждого патчкорда на одном конце будет разъем того типа‚ который использован на рефлектометре‚ а на другом – того типа‚ который применен в сети.

При подключении к неоконцованному (без разъема) оптическому волокну Вам потребуется применить пигтейл. Он такой же‚ как и перемычка‚ но снабжен разъемом лишь на одном конце. На другом конце – неоконцованное волокно‚ так что можно выполнить временное сращение с неоконцованным концом волокна‚ которое предстоит тестировать.

5.2. Параметры измерений

После того как рефлектометр был должным образом отконфигурирован с учетом той волоконно-оптической сети‚ в которой предстоит производить измерения‚ он готов к проведению тестирования. Для обеспечения наилучших результатов надо настроить прибор. Многие из параметров измерения надо настроить лишь один раз‚ затем они будут сохранены в памяти прибора. Если данные о рефлектограмме можно хранить в памяти рефлектометра или на дискете‚ то при выведении рефлектограммы на экран можно вывести и информацию о настройке.

Диапазон измеряемых расстояний. Диапазон измеряемых расстояний называют также диапазоном длин‚ выводимых на дисплей. Он ограничивает длину волокна‚ которую можно вывести на экран дисплея. Диапазон измеряемых расстояний должен быть больше длины тестируемого волокна. Этот диапазон влияет на точность тестирования и на время‚ нужное для его проведения.

Поскольку оптический рефлектометр должен одновременно посылать только один импульс‚ а затем‚ прежде чем послать следующий импульс‚ ждать‚ пока в детектор не вернутся все отражения первого импульса‚ то диапазон измеряемых расстояний определяет время‚ через которое посылаются импульсы. Этот параметр называется частотой повторения импульсов (ЧПИ). Чем больше эта частота‚ тем короче время усреднения при данном числе средних значений. Чем длиннее волокно‚ тем больше время прохождения импульса по нему; поэтому‚ чем больше диапазон измерения расстояний‚ тем большее время занимает полное усреднение – так как ЧПИ меньше. При тестировании длинного волокна с использованием более короткого диапазона измеряемых расстояний появляется возможность того‚ что новый тестирующий импульс будет послан в волокно до того‚ как все отраженные сигналы от предыдущего импульса будут восприняты детектором рефлектометра. Полученные в результате этого несколько уровней отраженных сигналов могут привести к появлению на дисплее непредсказуемых результатов и оказать воздействие на результаты измерения уровней. Это может привести также к появлению на рефлектограмме волокна паразитных отраженных сигналов.

Разрешающая способность. При некоторых конфигурациях рефлектометра имеется возможность выбирать разрешающую способность измерений – расстояние (шаг) между точками с результатами измерений. Более высокая разрешающая способность (меньший шаг точек) обеспечит получение большего числа сведений о волокне‚ но тестирование в этом случае‚ как правило‚ займет больше времени‚ чем при более низкой разрешающей способности. Самая лучшая разрешающая способность‚ предлагаемая большинством рефлектометров‚ составляет 0‚5 м (между точками с результатами измерений). Обычно разрешающая способность составляет 8 м.

Более высокая разрешающая способность обеспечивает более точное определение местонахождения события (неоднородности) на рефлектограмме. Так‚ например‚ допустим‚ что рефлектометр снимает показания через каждые 8м волокна‚ но может оказаться так‚ что обрыв волокна произойдет через 7 м после точки с результатами измерений. Возникшее в результате этого френелевское отражение будет казаться исходящим от точки с результатами измерений‚ находящейся за 7 м до места действительного обрыва‚ поскольку следующая точка (через 1м после места обрыва) окажется на уровне френелевского отражения. Измерения покажут‚ что обрыв находится за 7 м до места действительного обрыва‚ так как расстояние до места обрыва всегда определяется как расстояние до последней точки обратного рассеяния перед френелевским отражением. Действительное место обрыва (отражение) будет на расстоянии 7 м. от полученного в результате измерений. Если же разрешающую способность точек с результатами измерений сократить до 0‚5 м‚ то местонахождение обрыва будет установлено более точно – с точностью примерно до 30 см (см. Рис.9).

Разрешающую способность не надо путать с масштабом дисплея по горизонтали. Да и разрешающая способность курсора (то‚ на какое минимальное расстояние можно переместить курсор на экране) не имеет никакого отношения к шагу точек с результатами измерений. Большинство курсоров можно поместить между этими точками‚ создав тем самым впечатление‚ что они обеспечивают лучшую разрешающую способность.

Длительность импульса. Длительность лазерных импульсов можно изменять. Выбирая большую или меньшую длительность импульса‚ можно регулировать уровень отраженного обратного рассеяния‚ а также размер мертвой зоны. Более длительный импульс означает посылку в волокно большего количества световой энергии‚ которая поэтому пройдет по волокну на большее расстояние и приведет к более высоким уровням обратного рассеяния. Но это приведет также к большей длительности мертвых зон. И наоборот‚ импульс меньшей длительности приведет к тому‚ что мертвые зоны будут минимальной длительности‚ но обратное рассеяние окажется слабее.

Импульсы большой длительности обеспечивают рефлектометру максимальный динамический диапазон; они применяются для быстрого обнаружения дефектов и обрывов волокна. Поскольку при более длинных импульсах уровни обратного рассеяния повышаются‚ то для получения «чистой» рефлектограммы потребуется меньшее время усреднения.

Импульсы меньшей длительности применяются для тестирования той части волокна‚ которая примыкает к рефлектометру. Они используются и для того‚ чтобы отличить друг от друга две (или более) неоднородности‚ близко расположенные друг к другу. Вследствие меньшей длительности мертвой зоны такие импульсы дают возможность обнаруживать более мелкие подробности в обратном рассеянии‚ идущем сразу же за френелевским отражением. Но из-за более низкого уровня обратного рассеяния требуется большее время усреднения.

Эмпирическое правило‚ применяемое для определения длительности импульса гласит: «Длинный импульс – чтобы видеть далеко; короткий импульс – чтобы видеть вблизи».

Усреднение. Смежные точки с результатами измерений‚ полученные от одного измерительного импульса‚ могут отличаться друг от друга‚ хотя в самом импульсе изменения произошли весьма небольшие. Полученная в результате этого рефлектограмма выглядит «зашумленной» или размытой. Чтобы получить более надежную и гладкую рефлектограмму‚ рефлектометр каждую секунду посылает тысячи измерительных импульсов. Каждый импульс обеспечивает набор точек измерений‚ которые затем усредняются с последующими наборами точек‚ для того чтобы улучшить отношение «сигнал – шум» рефлектограммы. Усреднение занимает некоторое время. Обычно длительное усреднение требуется при тестировании длинного волокна‚ а также при посылке импульсов малой длительности. Можно заранее установить объем усреднения‚ необходимый для получения согласующихся между собой результатов тестирования.

Если тестирование проводится в реальном масштабе времени‚ то усреднения не производится вообще или производится очень мало. При выведении данных на дисплей в реальном масштабе времени можно видеть изменения‚ имеющие место в волокне‚ в то время‚ когда они происходят. Тестирование в реальном масштабе времени обычно производится во время осуществления операций по сращиванию волокна. Такое тестирование направлено на идентификацию волокна и на измерение параметров выполняемого оптоволоконного стыка. Такое тестирование используется также для быстрого измерения волоконно-оптического кабеля на барабане в ходе приемочного тестирования.

как это работает? :: Ангстрем

Пожалуй, можно констатировать, что импульсный, он же рефлектометрический или локационный, метод определения расстояния до места повреждения электрических силовых кабелей сегодня самый востребованный. Метод легко реализуем, не требует дорогого и громоздкого оборудования, предоставляет большие возможности, обладает отличной точностью и достоверностью.

Ограничения, накладываемые некоторыми свойствами исследуемых повреждений, сейчас успешно преодолеваются с помощью дополнительного специализированного оборудования, расширяющего возможности метода.

Широкое применение метода требует и соответствующего освещения – информирования реальных и потенциальных пользователей о его возможностях и особенностях. Нельзя пожаловаться на отсутствие публикаций, посвященных импульсному методу, но короткие, как правило, поверхностны, а объемные и содержательные – нередко требуют достаточно глубоких специальных знаний для понимания излагаемых вопросов.

Такая ситуация мотивировала нас написать краткое, доступное по изложению и в то же время содержательное пособие по основам метода. Без избыточного углубления в физические и теоретические аспекты, с простым и достаточно подробным изложением ключевых моментов, обеспечивающих его успешное практическое применение. Цель – предоставить начинающим пользователям необходимую и полезную в реальной практике информацию.

Область применения по предлагаемой теме – силовые электрические кабели.

Принцип действия

Термин «рефлектометрия» содержит в себе суть метода. Он происходит от латинского reflecto — отражаю и греческого metreo — измеряю. Рефлектометрия – это измеряется отражение, то есть, что отражается и как измеряется. Это и будет предметом нашего рассмотрения.

Существует три условия:

1. Если генератор одиночных электрических импульсов подключен к одному из концов двухпроводной или коаксиальной электрической линии, импульсы от генератора будут распространяться вдоль электрической линии.
2. Если физические свойства линии постоянны на всем ее протяжении, импульс будет распространяться вдоль линии в одном направлении. Такую линию можно считать физически однородной.
3. Если в каких-то точках линии имеют место отклонения физических свойств (т.е. присутствуют неоднородности), часть энергии (а в некоторых случаях – вся энергия) импульса будет отражаться от них и распространяться вдоль линии в обратном направлении.

Последнее – необходимое условие, позволяющее, при наличии специального оборудования и программного обеспечения, выявлять и анализировать неоднородности линии. Цель этого анализа – определение физических проявлений неоднородности, ее параметров и расстояния до нее. Возникающие в процессе эксплуатации локальные дефекты и повреждения кабельной линии, неизбежно ведут к появлению неоднородностей. Такие неоднородности, фактические дефекты, являются объектом поиска и анализа для последующего их устранения. Для решения задач отыскания и идентификации дефектов кабельных линий и предназначен рефлектометр.

Функционально рефлектометр, – это аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий выполнение перечисленных выше задач. Главной из них практической задачей является определение расстояния до неоднородности – дефекта или повреждения – для последующего поиска места повреждения на местности и проведения работ по его устранению.

Рефлектометр, как электронный прибор, – это приемопередатчик, с помощью которого можно отправлять в электрическую линию одиночные зондирующие электрические импульсы и принимать импульсы, отраженные от имеющихся в ней неоднородностей. Принцип действия такой же, как и у всем известного радиолокатора. Разница в том, что радиоимпульсы локатора распространяются в пространстве прямолинейно, в определенном направлении, благодаря направленным свойствам излучателя (антенны), а электрические импульсы рефлектометра распространяются вдоль электрического кабеля, как по направляющей, независимо от его криволинейности. У локатора импульсы, отраженные от препятствия, так же прямолинейно возвращаются обратно. К рефлектометру, подключенному к кабелю, импульсы возвращаются, повторяя траекторию коммуникации, по которой он распространяется. Таким образом, сначала зондирующий, а затем отраженный от неоднородности импульсы «пробегают» линию по всей длине независимо от ее конфигурации. Скорость распространения электрического импульса вдоль линии постоянна и сравнима со скоростью света (300 000 км/с). Школьная задача. Если можно каким-либо способом измерить время распространения импульса между двумя точками, то, зная скорость, легко посчитать расстояние между этими точками.

При этом надо учесть, что фактически зондирующий, а затем отраженный импульсы проходят двойное расстояние («туда и обратно»), соответственно, затрачивая на это в два раза больше времени. Умножив скорость распространения импульса на половину времени прохождения «туда и обратно» получим расстояние от начала кабеля до неоднородности (дефекта). Упрощенная функциональная схема рефлектометра изображена на Рис.1

Рис. 1. Упрощенная функциональная схема рефлектометра

Пд – Передающий тракт. Пд осуществляет генерирование и передачу в исследуемую линию одиночных зондирующих импульсов с заданными параметрами.
Пм – приемный тракт. Пм осуществляет усиление и формирование принятых отраженных сигналов.
УО – устройство обработки. УО осуществляет общее управление работой рефлектометра, преобразование, запоминание и отображение информации.

СУ – согласующее устройство. СУ осуществляет согласование Пд и Пм с объектом исследования.

Рис. 2.

В состав УО входит дисплей, на котором графически отображаются зондирующий (переданный Пд) и отраженные (принятые Пм) импульсы (Рис. 2). Горизонтальная ось графика отградуирована непосредственно в единицах длины, и оператор видит расстояние между зондирующим и отраженным импульсами, т. е. расстояние до дефекта. По вертикальной оси графика отсчитывается амплитуда импульсов. График, отображающий все приходящие на вход рефлектометра сигналы, называется рефлектограммой. На Рис. 2 импульс отраженный на расстоянии 217 м – неоднородность (дефект) линии. Импульс на расстоянии 362 м отражен от ненагруженного конца линии. Характер рефлектограммы зависит как от физических свойств линии, так и от вида и параметров дефектов (неоднородностей).

Кроме графической информации, на дисплей выводится необходимая для работы текстовая и цифровая информация о режимах и параметрах. Эта информация может получаться при обработке параметров сигналов посредством УО рефлектометра, устанавливаться оператором или вводиться из памяти прибора.

Основные параметры рефлектометра, определяющие его функциональность

1. Максимальная дальность. Затухание распространяющегося вдоль линии сигнала тем больше, чем больше длина линии. Расстояние, на котором еще возможно выделить на дисплее рефлектометра на фоне шумов и сигналов помехи сигнал, отраженный от искомого дефекта, определяет максимальную дальность действия рефлектометра. Максимальная дальность в общем случае – достаточно условный параметр, поскольку затухание сигнала в линии зависит от ее диэлектрических свойств и конструктивных характеристик. Это означает, что параметр «максимальная дальность» будет различным для конкретного рефлектометра, например, на кабелях различного типа.
2. Минимальное измеряемое расстояние определяется минимальной длительностью зондирующего импульса.
3. Перекрываемое затухание (ПЗ). Параметр, обобщенно характеризующий приемо-передающую часть рефлектометра. Измеряется в децибелах. Устанавливает предельное затухание распространяющегося сигнала (зондирующего и отраженного), при котором на дисплее уверенно различается принятый сигнал, т.е. уровень полезного сигнала в 2 раза превышает уровень собственных шумов приемного тракта. Чем больше значение ПЗ, тем больше возможности прибора для работы на длинных линиях и линиях с большим затуханием. Параметр ПЗ связан с максимальной дальностью, но является более объективной характеристикой, определяющей возможности работы рефлектометра на длинных линиях, не зависящей от свойств исследуемой линии.
4. Разрешающая способность – это способность различать (наблюдать раздельно) близко расположенные повреждения. Определяется двумя параметрами рефлектометра – минимальной длительностью зондирующего импульса и частотой дискретизации приемного тракта. Чем меньше длительность импульса и больше частота дискретизации, тем лучше разрешающая способность. Разрешающая способность – функция от расстояния до места повреждения. Чем дальше от начала линии, тем она хуже. Это связано с «расплыванием» формы сигнала по мере удаления от источника сигнала.
   Некоторые производители рефлектометров определяют разрешающую способность как минимальное значение расстояния, которое можно наблюдать на дисплее при максимальной растяжке изображения. Такой подход принципиально не верен.
5. Частота дискретизации. Параметр, определяющий разрешающую способность приемного тракта рефлектометра. С этой частотой принимаемый аналоговый сигнал «дробится» на временны́е интервалы (дискреты), чтобы представить принимаемый сигнал в цифровой форме для последующей обработки и сохранения в памяти. Уровень сигнала внутри каждого интервала фиксирован. Непрерывно меняющийся аналоговый сигнал превращается в ступенчато меняющийся. Такая дискретизация сигнала позволяет представлять его в табличном виде, где каждому моменту времени соответствует фиксированная величина сигнала. Понятно, что чем больше частота дискретизации, тем меньше длительность одного дискрета и с тем большей точностью оцифрованный, ступенчатый сигнал будет воспроизводить аналоговый, т. е. тем больше разрешающая способность. Например, при частоте 1 ГГц разрешающая способность 0,1 м, а при частоте 200 МГц – 0,5 м.
   Имея в электронной памяти оцифрованный сигнал, можно в дальнейшем производить с ним различные действия: складывать, вычитать, проводить статистическую обработку и т.д. Это предоставляет большие возможности для анализа структуры исследуемой линии.
6. Длительность зондирующего импульса. Минимальная длительность определяет разрешающую способность и минимальное измеряемое расстояние. Максимальная длительность зондирующего импульса – один из факторов, определяющих максимальную дальность обнаружения неоднородности.
7. Амплитуда зондирующего импульса. Прямо определяет максимальную дальность действия рефлектометра поскольку амплитуда отраженного сигнала при прочих неизменных условиях пропорциональна амплитуде зондирующего импульса.
8. Диапазон выходных сопротивлений рефлектометра определяет возможности согласования рефлектометра с исследуемой линией – необходимое условие, обеспечивающее достоверность получаемых данных.
9. Инструментальная погрешность измерения расстояния. Типовое значение: (0,2…0,4)%. Погрешность измерения, определяемая только внутренними техническими характеристиками рефлектометра. Практическая погрешность измерения в большей степени определяется свойствами исследуемой линии (точностью коэффициента укорочения, топологией прокладки и др.), многократно снижающими практическую погрешность измерения относительно инструментальной.

Характеристики электрической линии

Ключевой параметр, характеризующий электрическую линию при прохождении по ней переменного или импульсного электрического сигнала – волновое сопротивление W. Оно определяется как отношение напряжения в любой точке линии к току в этой точке. Однородная электрическая линия имеет одинаковую величину W в любой ее точке. Неизменность W вдоль линии может служить мерой однородности линии. Это значение W можно назвать характеристическим волновым сопротивлением. Величина характеристического W определяется только конструкцией, геометрией и электрическими свойствами материалов составляющих линию. Наличие неоднородности в какой-либо точке линии влечет изменение волнового сопротивления в этой точке. Чем больше значение волнового сопротивления в месте нахождения неоднородности отличается от характеристического W, тем больше энергии отражается от нее и, соответственно, тем больше амплитуда отраженного от неоднородности сигнала.

Для практического применения, связанного с поиском дефектов в электрических кабелях, все дефекты и связанное с их наличием изменение волнового сопротивления можно разделить на три группы:

1. утечки по изоляции – наиболее часто встречаются на практике. Они эквивалентны включению в определенной точке кабеля шунтирующего сопротивления Rш . Диапазон возможных сопротивлений – от короткого замыкания до десятков мегом (МОм).
2. увеличение продольного (последовательного) сопротивления кабеля – Rп. В основном встречается в виде своего предельного проявления – обрыва кабеля, когда продольное сопротивление равно бесконечности.
3. неоднородности, возникающие из-за изменения геометрии кабеля – растяжки, увеличение расстояния между жилами и т.п.. Как правило, эта группа носит комбинированный характер, поскольку изменение геометрии сопровождается появлением продольного и шунтирующего сопротивлений и изменением диэлектрических свойств. Типичным примером таких неоднородностей служат монтажные или ремонтные муфты.

Для оценки «отражательной способности» дефектов линии используется коэффициент отражения, который определяется как отношение амплитуды отраженного сигнала к амплитуде зондирующего:

К_отр = U_отр/U,

(1)

где К_отр – коэффициент отражения;
U_отр – амплитуда отраженного импульса;
U – амплитуда зондирующего импульса;

Значение коэффициента отражения связано с характеристическим волновым сопротивлением линии и значениями внесенных сопротивлений в месте повреждения следующими соотношениями:

(2)

К_отр = −W/(W+2Rш), для повреждений вида «утечка»

(3)

К_ОТР = 1/(1 + 2W/Rп), для повреждений вида «последовательное сопротивление»

где W – волновое сопротивление линии;
Rш – сопротивление утечки;
Rп – продольное (последовательное) сопротивление в линии.

Появление продольного сопротивления в месте повреждения увеличивает волновое сопротивление в этой точке. Появление утечки (шунтирующего сопротивления) в месте повреждения уменьшает волновое сопротивление в этой точке.

Знак «минус» в выражении (2) – означает, что полярность отраженного сигнала для утечек противоположна полярности зондирующего.

Зависимость Котр от величины Rш и Rп для линий с различными значениями W представлены на графиках Рис. 3.

Рис. 3.

На Рис. 3 приведены по три графика, для линий с W – 20, 50 и 100 Ом для утечек и последовательных сопротивлений. Можно отметить, что для силовых электрических кабелей значение W не превышает 50 Ом.

Анализ приведенных графиков позволяет оценить реальную возможность использования импульсного метода в зависимости от величины сопротивления утечки или продольного сопротивления в месте повреждения.

Из графика видно, что при стремлении сопротивления утечки Rш к бесконечности Котр стремится к нулю и уже при сопротивлениях утечки измеряющихся килоомами отраженный сигнал может быть настолько мал, что будет теряться на фоне помех. Тоже самое будет происходить и в случае, когда последовательное сопротивление меньше десятков Ом. Хотя такие рассуждения несколько условны, поскольку для увеличения уровня отраженного сигнала достаточно увеличить амплитуду зондирующего импульса или его длительность. Этого может оказаться достаточно для выделения полезного сигнала на фоне помех. Тем не менее ориентировочно можно принять в качестве рабочего для импульсного метода диапазон сопротивлений утечки от короткого замыкания до сотен Ом и продольных сопротивлений от десятков Ом до бесконечности (обрыв). Для рефлектометров, отличающихся по техническим характеристикам, эти пределы могут смещаться в большую или меньшую сторону.

Использование импульсного метода для очень больших сопротивлений утечки и слишком малых значений продольных сопротивлений может быть возможным только с применением специальных методов обработки результатов (сигналов) или специального оборудования.

Максимальные значения Котр принимает при Rш = 0 (короткое замыкание) и Rп = ∞ (обрыв линии). Теоретически, при отсутствии потерь в линии максимальный Котр = 1. На практике амплитуда отраженного импульса всегда меньше амплитуды зондирующего.

Соотношение амплитуды отраженного и зондирующего импульсов определяется несколькими факторами:

• электрическими характеристиками линии;
• длиной линии;
• соотношением сопротивления в месте дефекта и W линии.

Электрические характеристики, влияющие на затухание распространяющихся зондирующего и отраженного сигналов, – это погонная электрическая емкость и сопротивление линии, диэлектрические свойства изоляции.

Искажается и форма импульса – он «расплывается» за счет влияния электрической емкости кабеля – чем длиннее кабель, тем больше его емкость и искажение формы отраженного импульса.

Из этих же графиков видно, что КОТР также зависит и от W линии. Для дефектов вида утечек линия с меньшим W при прочих равных условиях будет иметь и меньший КОТР. Напротив, для дефектов вида «последовательное сопротивление» КОТР будет больше для меньших W. Например, при утечке с сопротивлением 100 Ом на линии с W = 50 Ом КОТР = -0,2, а на линии с W = 20 Ом КОТР = -0,09. Разница более, чем двукратная. Напротив, при последовательном сопротивлении 10 Ом на линии с W = 50 Ом КОТР = 0,09, а на линии с W = 20 Ом КОТР = 0,2. Знание этих обстоятельств может иметь определенное значение для успешности реализации рефлектометрического метода.

Амплитуда отраженного сигнала тем больше, чем меньше сопротивление утечки Rш и, соответственно, волновое сопротивление Wd в месте дефекта. Рефлектограмма для неоднородностей с волновым сопротивлением дефекта Wd меньше характеристического W линии изображена на Рис. 4. Здесь отраженный импульс отрицательной полярности на расстоянии 217 м – дефект. Отраженный импульс, однополярный с зондирующим, на расстоянии 362 м – конец не нагруженной кабельной линии.

Рис. 4.

Для дефектов вида «продольное сопротивление» полярность отраженного импульса такая же, как и у зондирующего, а амплитуда отраженного импульса возрастает с увеличением Rп и, соответственно, Wd – Рис. 2.

Третья группа повреждений, как уже упоминалось, носит комбинированный характер. Соответственно, изменяется и волновое сопротивление и форма отраженного сигнала, что наглядно демонстрируется рефлектограммой Рис. 5.

Рис. 5.

Оптические рефлектометры (OTDR) и их возможности

Выберите страну

Выберите регион

Выберите город

Несмотря на оригинальность и возможности приборов для проведения измерений на волоконно-оптических линиях связи, оптические рефлектометры (OTDR) превосходят их по сложности, диагностическим возможностям и, разумеется, по цене. Они существенно упрощают локализацию неисправностей — на рефлектограмме видны все неоднородности оптического волокна (сростки, точки коммутации и т. п.). В ряде случаев эти работы без рефлектометра вообще невозможно выполнить (например, в случае бронированных, уложенных в каналы или грунт оптических кабелей). С помощью рефлектометра можно измерить такие параметры, как погонное затухание, возвратные потери, величину отраженного сигнала. А сравнение текущей рефлектограммы с полученной ранее и сохраненной эталонной позволяет мгновенно выявить возникшие с течением времени отклонения в параметрах линии. Можно сказать, что рефлектометр — незаменимый прибор.

Однако принцип определения потерь рефлектометром отличается от того, как осуществляются измерения с помощью источника излучения и измерителя мощности. Поскольку величина потерь устанавливается косвенно, то, будучи прекрасным средством поиска точек с высокими потерями, этот прибор не обеспечивает требуемой точности при измерении затухания. Он не позволяет тестировать установленные на концах линии соединители. Ошибки диагностики, связанные с этими фактами, весьма распространены. Поэтому, справедливости ради, стоит отметить, что при всей незаменимости рефлектометра его одного явно недостаточно для проведения всего комплекса измерений на волоконно-оптической линии. Таким образом, при тестировании линии можно ограничиться измерением потерь и обойтись без рефлектометра, но недостаточно снять только рефлектограмму без измерения потерь. Для повышения точности и достоверности результатов тестирования диагностику линии лучше с помощью рефлектометра провести с обоих ее концов.

У оптических рефлектометров есть и другие слабые стороны. Они полностью повторяют перечень недостатков рефлектометров для металлических кабелей. Во-первых, это высокая стоимость приборов и их обслуживания (калибровки). Во-вторых, наличие мертвых зон (которые могут составлять десятки метров). И в-третьих, высокие требования к квалификации оператора (неопытному специалисту читать рефлектограммы чрезвычайно сложно).

Роль оптического рефлектометра в комплексе измерений на волоконно-оптической линии достаточно высока, что заставляет присмотреться к описываемым приборам повнимательнее. Этого требует и существенный разброс по ценам и функциональному набору представленных на рынке моделей.

Принцип действия всех рефлектометров прост: они посылают в линию импульсы излучения и регистрируют поток обратного рассеивания. В результате обнаруживаются все неоднородности на пути распространения света, определяются их величина и место расположения. Разница между приборами заключается в используемом методе измерения, средствах обработки и отображения результатов, наборе сервисных функций и конструктивном исполнении.

Самым примитивным устройством является рефлектометр с цифровым отображением информации, возможности которого ограничены измерением дальности на сравнительно небольших расстояниях (до 30 км) до неоднородности. Его чаще всего называют оптическим локатором или локатором неисправностей. Более развитые оптические локаторы могут измерять и поочередно отображать расстояния до нескольких (до 100) неоднородностей, потери в каждой из них, общее количество неоднородностей и т. п.

Наиболее мощными рефлектометрами, где функциональные возможности реализованы в полной мере, считаются модульные рефлектометры. А близкие к ним по мощности лабораторные рефлектометры мало пригодны для полевых измерений в силу своих массогабаритных показателей и питания от сети. Модульные же рефлектометры обеспечивают высокую мобильность, поскольку изготовлены на основе специализированных портативных персональных компьютеров. Пользовательский интерфейс обычно представлен в виде раскрывающихся диалоговых меню, а управление осуществляется с помощью сенсорного экрана. Часто предусматривается возможность применения широкого набора периферийных устройств (клавиатуры для ввода текстовой описательной информации, модема или сетевого адаптера для обмена данными, накопителя для дисков 3,5″, мини-принтера для распечатки результатов и т. п.), часть из которых может быть выполнена как сменные модули. Точно так же сделаны и измерительные блоки для различных длин волн. Кроме того, рефлектометр может иметь сменные модули, реализующие дополнительные функции (оптического тестера, телефона, анализатора спектра излучения и т. п.), обычно выполняемые другими приборами. Приобретать такое оборудование можно частями, начиная с самого необходимого, расширяя набор модулей в соответствии с возникающими задачами.

Ряд модульных рефлектометров выпускается в виде приставки, сопрягаемой с обычным ноутбуком по последовательному интерфейсу или через слот PCMCIA. Некоторые из этих приборов не могут работать без ноутбука, другие же предоставляют пользователю компромисс: автономно они могут только проводить измерения и отображать ограниченный набор параметров на встроенном цифровом дисплее (т. е. работать как оптические локаторы), а после подключения к ноутбуку превращаются в полнофункциональный рефлектометр.

Более экономичны функционально полные мини-рефлектометры. Хотя они и не обеспечивают такой гибкости, как модульные рефлектометры, но самодостаточны и обладают всеми необходимыми функциями для проведения измерений на оптическом кабеле. Главное при выборе прибора — заранее учесть все виды измерений и сервисных функций, которые могут потребоваться при его эксплуатации, так как расширить имеющийся набор в дальнейшем невозможно. Выбирая рефлектометр, следует изучить и все важнейшие характеристики рассматриваемых образцов.

Среди полезных функций рефлектометров нужно отметить масштабирование по обеим осям, автоматический выбор диапазона по дальности и зондирующего импульса, ввод текстовой пояснительной информации, хранение результатов и обмен с компьютером, режим сравнения рефлектограмм.

Важнейший параметр — динамический диапазон рефлектометра, который зависит от энергии зондирующего импульса и чувствительности приемника. Именно он и определяет максимальную длину исследуемого рефлектометром оптического волокна. От его значения (обычно — 20–46 дБ) зависит стоимость прибора. При сопоставлении устройств по этому параметру нужно быть крайне осторожным, так как его иногда представляют в различных величинах.

Особое внимание следует обратить и на разрешающую способность по уровню оптического сигнала и дальности (или пространственную разрешающую способность). Последний параметр связан с длительностью используемого зондирующего импульса и, наряду с точностью измерения по дальности, определяет точность локализации неисправности. Рефлектометр должен обеспечивать возможность автоматического или ручного выбора длительности импульса для достижения компромисса между необходимой дальностью и разрешающей способностью: чем выше энергия импульса (т. е. чем больше его длительность), тем больше дальность, но и хуже разрешающая способность. Отметим, что точность измерений по дальности и линейность зависят от стабильности внутренних тактовых генераторов. Точность по дальности зависит также от точности определения коэффициента преломления исследуемого оптического волокна (его значение применяется для расчета расстояния).

Еще один параметр рефлектометра — величина мертвых зон, в пределах которых фиксация потока обратного рассеяния невозможна. Мертвые зоны зависят от длительности светового импульса (до его окончания приемник не в состоянии зарегистрировать излучение) и динамического диапазона (импульс, отраженный от неоднородностей с высоким коэффициентом отражения, вызывает насыщение приемника, и ему требуется время на восстановление). Для устранения эффекта мертвой зоны используется внешняя или встроенная в рефлектометр удлинительная катушка.

Для получения качественной рефлектограммы необходимы удлинительная катушка в месте подключения рефлектометра (иначе соединитель окажется в мертвой зоне) и коммутационный кабель на другом конце (чтобы измерить потери в дальнем соединителе). Оба кабеля должны быть того же типа, что и используемый оптический кабель. При тестировании линии протяженностью до 2 км, и тот и другой должны иметь длину 75–100 м. Учитывая, что такой отрезок кабеля хранить непросто, удлинительные катушки для удобства эксплуатации поставляются смонтированными в защитных корпусах различного вида.

Во время проведения пусконаладочных работ могут потребоваться аттенюаторы. Для работ предлагается чрезвычайно широкая гамма этих устройств самой различной конструкции. Фиксированного затухания добиваются за счет применения шнуров с нормированным затуханием. Того же результата можно достичь с помощью колец, которые устанавливаются на соединитель и обеспечивают воздушный зазор между сердечниками оптических соединителей.

Регулируемый уровень затухания получают, используя ступенчатый аттенюатор, уровень затухания в котором пропорционален числу уложенных в пазы витков шнура. Свои решения имеются и для случаев, когда требуется плавная регулировка затухания, вносимого аттенюатором в тракт. Такую возможность обеспечивают соединители (вилки со шнуром или розетки) с регулируемым зазором. Еще одна разновидность аттенюаторов, регулируемые, выполняется в виде приборного блока.

Оптическая рефлектометрия

Что такое OTDR?

Основные понятия

Оптический Рефлектометр (OTDR) сочетает в себе лазерный источник и детектор, которые позволяют получить информацию о состоянии волокна. Лазерный источник отправляет сигнал в волокно, а детектор принимает излучение, отраженное от различных элементов линии. В соответствии с полученным сигналом строится график и после проведения анализа создается таблица событий (дефектов, неоднородностей и т.п.), которая содержит полную информацию о каждом компоненте линии. Отправляемый сигнал представляет собой короткий импульс определенной мощности. После отправки сигнала таймер точно отсчитывает время прохождения импульса, зная свойства волокна, время затем пересчитывается в расстояние. По мере прохождения импульса в волокне небольшая часть энергии возвращается назад к детектору. Это происходит из-за отражения на соединениях и рассеяний в самом волокне. После того как импульс полностью вернулся к детектору, в волокно отправляется другой импульс и так далее до истечения установленного времени накопления данных. Таким образом, за секунды проводится множество измерений, которые затем усредняются и позволяют получить ясное представлению о составе линии. После завершения процесса накопления данных также происходит обработка сигнала для расчета расстояния, общих потерь в линии, оптических возвратных потерь (ORL) и затухания в волокне. Главным преимуществом использования рефлектометра является проведение измерения с одной стороны линии, что требует наличия только одного оператора и одного прибора для оценки состояния линии или нахождения неисправности в сети. На рисунке 1 показана блок-схема рефлектометра.

 

Рисунок 1. Блок-схема OTDR

Ключевой параметр — Отражение

Как это было описано в предыдущем разделе, рефлектометр позволяет получить графическое представление линии, измеряя уровень излучения, которое вернулось после отправления импульса. Заметьте, что излучение имеет два типа: постоянный низкий уровень, возникающий в волокне, который называется Рэллеевским рассеянием и пиковое отражение высокой мощности в точках соединения, которое называется Френелевским отражением. Рэлеевское рассеяние используется для расчета уровня затухания в волокне в виде функции от расстояния (выражается в дБ/км). Это затухание показано прямой наклонной линией на рефлектограмме. Это явление возникает по причине естественного отражения и поглощения излучения на неоднородностях волокна. При попадании в неоднородность происходит перенаправление излучения в различных направлениях, что создает затухание сигнала и обратное рассеяние. Короткие длины волн затухают больше чем длинные, которые могут распространяться на большие расстояния в стандартном волокне. На рисунке 2 показано Рэлеевское рассеяние.

Рисунок 2. Релеевское рассеяние

Второй тип отражения, используемый в измерениях рефлектометра — это Френелевское отражение, которое позволяет обнаружить физические дефекты в линии. Когда свет наталкивается на резкое изменение показателя преломления (например: переход стекло — воздух), большое количество излучения отражается обратно, создавая Френелевское отражение, которое может быть в тысячи раз больше Рэлеевского рассеяния. Такое отражение отображается пиковым изменением уровня мощности на рефлектограмме линии. Примерами подобных отражений могут послужить коннекторы, механические соединители, оптические розетки, обрывы волокон или открытые коннекторы. На рисунке 3 показаны различные соединения, которые создают Френелевские отражения.

Рисунок 3. Френелевские отражения, созданные (1) механическим соединителем (2) оптической розеткой (3) открытым коннектором

Что такое мертвые зоны?

Значение Френелевских отражений в полной степени раскрывается в важной характеристике рефлектометра, называемой мертвой зоной. Существует два типа мертвых зон: по отражениям (event) и по затуханиям (attenuation). Обе зоны проистекают из явления Френелевского отражения и выражаются в единицах расстояния (метрах). Эти зоны меняются в зависимости от мощности отражений. Мертвая зона определяется как время на протяжении, которого детектор временно ослеплен большим уровнем отраженного излучения, до момента восстановления возможности измерять излучение. В качестве примера можно привести ситуацию, когда вы ведете машину ночью, и навстречу вам едет другая машина – ваши глаза ослепляются на короткий период времени. В рефлектометрии время преобразуется в расстояние, поэтому большой уровень отражений приводит к более длительному времени восстановления и в свою очередь к более протяженной мертвой зоне. Большинство производителей указывают мертвые зоны для самого короткого доступного импульса и для отражения -45 дБ в случае одномодового волокна или -35 дБ для многомодового волокна. По этой причине при чтении технических характеристик важно ознакомится и со сносками, поскольку производители могут использовать разные условия тестирования для измерения мертвых зон, обратите особенное внимание на длительность импульса (ширину) и значение отражения. Например, отражение -55 дБ для одномодовых волокон обеспечивает более оптимистичные значения (более короткую мертвую зону), чем при использовании отражения -45 дБ. Объяснение этому очень простое, т.к. отражение -55 дБ меньше чем -45 дБ, то детектор восстанавливается быстрее. Также использование различных методик для расчета расстояния может также повлиять на получение еще более короткой мертвой зоны, чем на самом деле.

Мертвая зона для отражений

Мертвая зона для отражений представляет собой минимальное расстояние после Френелевского отражения, на котором рефлектометр сможет обнаружить другое отражение (событие). Другими словами – это минимальное расстояние между двумя отражающими событиями в волокне. Продолжая автомобильную аналогию, использованную выше, когда ваши глаза ослеплены, после нескольких секунд вы сможете заметить объект на дороге, но не сможете правильно его идентифицировать. В случае рефлектометра, последующее событие будет обнаружено, но потери не будут измерены (показано на Рисунке 4). Рефлектометр объединяет рядом стоящие события и отображает общее отражение и общие потери для всех слившихся событий. Для определения характеристик наиболее часто используемым в отрасли методом является измерение расстояние на -1.5 дБ с каждой стороны пика отражения (см. рисунок 5). Также используется другой метод, который измеряет расстояние от начала события до того момента пока уровень отражений не упадет на -1. 5 дБ от этого пика. Мертвые зоны, получаемые с помощью этого метода, более протяженные и поэтому этот метод не часто используется производителями.

Рисунок 4. Слившиеся события для длинной мертвой зоны

Рисунок 5. Измерение мертвой зоны для отражений

Важность наличия наименьшей возможной мертвой зоны для отражений заключается в возможности рефлектометра обнаруживать близко расположенные события в волокне. Например, тестирование внутриобъектовых сетей требует применения рефлектометра с самыми короткими мертвыми зонами, поскольку патч-корды, которые соединяют различные передающие системы очень короткие. Если мертвые зоны слишком протяженные, некоторые коннекторы могут быть пропущены и не будут обнаружены техническим персоналом, что только усложняет нахождение потенциальных проблем.

Мертвые зоны для затуханий

Мертвая зона для затуханий представляет собой минимальное расстояние после Френелевского отражения, где рефлектометр сможет точно измерить потери следующего за отражением события. Продолжая использовать автомобильный пример ситуация выглядит примерно так: после истечения некоторого времени после ослепления, ваши глаза восстановятся достаточно для того, чтобы идентифицировать и проанализировать природу этого объекта на дороге. Как показано на рисунке 6 детектор будет иметь достаточно времени для восстановления и таким образом сможет обнаружить и измерить потери на данном событии. Минимальное необходимое расстояние измеряется от начала отражающего события до момента падения уровня отражения до 0,5 дБ выше уровня обратного рассеяния (см. к рисунку 7).

Рисунок 6. Мертвая зона по затуханию

Рисунок 7. Измерение мертвой зоны для затуханий

Важность мертвых зон

Короткие мертвые зоны позволяют рефлектометру не только обнаруживать событие, следующее за отражением, но и также получать информацию о потерях близко расположенных событий. Например, потери короткого патч-корда в сети теперь могут быть измерены, что позволит техническому персоналу иметь более ясное представление о том, что происходит внутри.

Мертвые зоны также подвержены влиянию другого фактора, а именно зависят от ширины импульса. В технических спецификациях используется наименьшая ширина импульса, что позволяет указать наименьшую мертвую зону. Однако, мертвые зоны не всегда имеют одинаковое значение, они увеличиваются вместе с увеличением длины импульса. Использование наиболее длинного импульса приводит к получению очень длинных мертвых зон, однако у таких импульсов есть свое предназначение, которое будет рассмотрено далее.

Динамический диапазон

Одним из наиболее важных параметров рефлектометра является динамический диапазон. Этот параметр показывает, какой максимальный уровень потерь рефлектометр может проанализировать на своем порте от уровня обратного рассеяния до указанного уровня шумов. Другими словами динамический диапазон представляет собой максимальную длину волокна, которую можно измерить с максимальным импульсом. Следовательно, чем больше динамический диапазон (в дБ), тем большее расстояние может быть измерено. Очевидно, что максимальное расстояние зависит от конкретного применения, поскольку потери в тестируемой линии отличаются. Коннекторы, соединения волокон (сварки) и разветвители являются теми основными факторами, которые уменьшают максимальную длину в рефлектометрических измерениях. Поэтому проведение более длительного усреднения и использование правильно выбранного диапазона расстояний являются ключевыми параметрами для увеличения максимального измеряемого расстояния. Большинство технических характеристик динамического диапазона приводятся для наиболее длительного импульса с трехминутным периодом усреднения и соотношением сигнал/шум (SNR)=1 (усредненный уровень среднеквадратичного значения шума). Опять необходимо отметить, что важно прочитать все примечания в технических спецификациях для получения подробной информации об условиях измерения.

Хорошим правилом является выбор рефлектометра, который имеет динамический диапазон на 5-8 дБ выше, чем максимальные ожидаемые потери. Например, одномодовый рефлектометр с динамическим диапазоном 35 дБ имеет полезный динамический диапазон около 30 дБ. Предполагая, что типичное затухание в волокне равно 0,20 дБ/км на длине волны 1550 нм, а соединения волокон располагаются каждые 2 км (с потерями 0,1 дБ на соединение), то такой прибор сможет точно измерить расстояние до 120 км. Максимальное расстояние может быть приблизительно рассчитано разделив динамический диапазон рефлектометра на затухание в волокне. Это поможет определить какой динамический диапазон позволит прибору достичь конца волокна. Обратите внимание, что чем больший уровень потерь присутствует в линии, тем больший динамический диапазон потребуется для успешного измерения. Также необходимо отметить, что большой динамический диапазон, указываемый для импульса 20 мкс не гарантирует большого динамического диапазона при коротких импульсах. Чрезмерная фильтрация рефлектограммы помогает искусственно увеличить динамический диапазон для всех импульсов, но за это придется заплатить в виде ухудшения разрешения и ухудшения возможности обнаружения дефектов (подробное объяснение этого явления будет рассмотрено ниже).

Ширина импульса

Что такое ширина импульса?

Ширина импульса представляет собой время, на протяжении которого, лазерный источник излучает (включен). Как мы знаем, время пересчитывается в расстояние и, таким образом, импульс имеет длину. В рефлектометрии импульс переносит энергию необходимую для создания в линии обратного рассеяния, по которому проводится оценка параметров линии. Чем короче импульс, тем меньше энергии он переносит и, тем на меньшее расстояние он распространяется из-за потерь, присутствующих в тестируемом волокне (т.е. затухания, коннекторов, сварок и т.п.). Длительный импульс позволяет переносить больше энергии и используется для измерений волокон большой протяженности. На рисунке 8 показана ширина импульса как функция времени.

 

Рисунок 8. Короткий и длинный импульсы

Если импульс слишком короткий он, теряет свою энергию не достигнув конца волокна, приводя к тому, что уровень обратного рассеяния становится слишком низким и информация теряется на фоне шума. Это приводит к невозможности измерения всей длины волокна. В связи с этим полностью линию измерить невозможно, поскольку измеренное расстояние до конца волокна будет намного короче, чем реальная длина волокна. Рефлектометр не может далее обрабатывать полученный сигнал, и результат измерения может быть некорректным.

Практическое использование импульсов различной длительности

В случаях, когда рефлектограмма становится чрезмерно зашумленной имеется два легких способа, позволяющих получить более чистую рефлектограмму. В первом случае возможно увеличить время измерения, что приведет к значительному улучшению (увеличению) SNR, и при этом будет сохранено хорошее разрешение, т.к. импульс по-прежнему остался коротким. Однако, увеличение времени измерения имеет свои ограничения и не позволяет до бесконечности увеличивать соотношение сигнал/шум. Если рефлектограмма все еще остается зашумленной, тогда можно переходить ко второму методу, при котором используется следующий доступный больший по длительности импульс (больше энергии). Однако необходимо заметить, что мертвые зоны также увеличиваются вместе с увеличением импульса. К счастью большинство рефлектометров на рынке оснащены автоматическим режимом работы, который выбирает подходящую длительность импульса для тестируемого волокна. Эта функция может быть очень удобна, когда потери в линии или длина линии не известны.

При оценке сети или волокна обязательным условием является выбор правильной длительности (ширины) импульса для тестируемой линии. Короткие импульсы, короткие мертвые зоны и низкая мощность используются для тестирования коротких линий, где события расположены близко. Длинные импульсы, длинные мертвые зоны и высокая мощность используются для тестирования протяженных линий или при высоком уровне потерь в сети.

Разрешение и точки выборки

Способность рефлектометра правильно определять расстояние до неоднородности зависит от комбинации различных параметров, среди которых разрешение и точки выборки. Разрешение может быть описано как «минимальное расстояние между двумя последовательно расположенными точками выборки, которые были измерены прибором». Этот параметр имеет критически важное значение, поскольку от него зависит точность определения расстояния и способность рефлектометра указывать положение неоднородностей. В зависимости от выбранной ширины импульса и диапазона расстояний это значение может меняться от 4 см до нескольких метров. Следовательно, для поддержания наилучшего возможного разрешения необходимо взять большое количество точек. На рисунках 9а и 9б проиллюстрирована роль, которую играет высокое разрешение для нахождения дефектов.

 

Рисунок 9: Разрешение и эффективность нахождения дефектов: (a) разрешение 5 метров (более высокое разрешение). (б) разрешение 15 метров (низкое разрешение)

Как было рассмотрено выше, наличие большого количества точек выборки позволяет получить более высокое разрешение (расстояние между точками короче), что является наилучшим условием для обнаружения неоднородностей в линии.

Заключение

В настоящее время на рынке доступно множество моделей рефлектометров, которые позволяют решать различные задачи по тестированию и измерениям – от простых локаторов обрывов до профессиональных, насыщенных функциями инструментов. Для того чтобы сделать осознанный выбор при покупке рефлектометра, необходимо принимать во внимание фундаментальные параметры, поскольку выбор оборудования основанный только на обобщенных параметрах и стоимости приведет к проблемам в случае если выбранная модель не будет соответствовать применению для которого она предназначалась. Рефлектометр имеет ряд сложных характеристик, и большинство их предполагает принятие компромиссных решений. Понимание этих параметров и знание, каким образом их можно проверить поможет покупателям сделать правильный выбор, удовлетворяющий предъявляемым требованиям и позволяющий увеличить производительность и сохранить средства.

Источник: http://www.exforussia.ru

Оптический рефлектометр

, работа, технические характеристики и использование

В конце 1990-х годов представители администрации OTDR и сообщество клиентов представили эксклюзивную методику хранения данных и анализа информации о волокне OTDR. Основное намерение этого развития было действительно универсальным. Но они выявили несколько неточностей в формате. После решения всех проблем со связью и обеспечения перекрестного использования между различными производителями, устройство было создано в 2011 году.В этой статье представлена ​​подробная информация о работе оптического рефлектометра во временной области, его характеристиках, преимуществах и недостатках.

Что такое OTDR (оптический рефлектометр)?

Аббревиатура оптического рефлектометра во временной области — OTDR. Это оптоэлектронное устройство, используемое для распознавания оптического волокна. Это устройство, которое оптически похоже на электронный рефлектометр во временной области. Основное назначение этого прибора — обнаружение или наблюдение рассеянного или отраженного назад света через оптическое волокно, которое происходит из-за любых дефектов и корок в волокне.OTDR обычно наблюдает за распространением оптоволоконного сигнала.

Кроме того, OTDR используется для анализа некоторых факторов, таких как потери в стыках, затухание в волокне и угол отражения сигнала. Когда сигнал передается по оптоволокну, в сигнале будет некоторое отражение. Это приводит к ослаблению сигнала, которое, по сути, происходит из-за неисправности кабеля. Таким образом, OTDR также используется для оценки инструментов в системах оптической связи, чтобы узнать уровень потери сигнала.

Работа рефлектометра OTDR

Оптический рефлектометр — это испытательное оборудование, которое используется для оценки потерь сигнала внутри волокна путем посылки импульсов в волокно и вычисления уровня рассеянного сигнала. На приведенном ниже рисунке можно легко понять принцип работы оптического рефлектометра во временной области.

Устройство поставляется с источником света, который называется лазером, приемником, который подключается либо к циркулятору, либо к соединителю.Подключение оптоволокна и ответвителя выполняется при проверке с помощью разъема на передней панели. Лазер генерирует небольшой и сильно усиленный световой луч, и эти импульсы передаются в оптоволоконную линию с помощью оптического соединителя. Поскольку из-за этого не будет передачи всех сигналов в волокно.

Тем не менее, несмотря на использование ответвителя, при использовании циркулятора потери при передаче сигнала могут быть устранены. Поскольку циркулятор считается крайне направленным инструментом, он направляет весь сигнал в волокно.Также циркуляторы посылают рассеянный сигнал внутрь детектора. Использование циркулятора в оптическом рефлектометре во временной области увеличивает динамический диапазон устройства.

Работа оптического рефлектометра во временной области

Но установка циркуляторов увеличивает стоимость устройства по сравнению со вставкой ответвителя. В результате во время распространения света в волокне из-за поглощения и рэлеевской дисперсии в передаваемых сигналах происходит небольшое количество потерь. В дополнение к этому, небольшие потери вносятся из-за сварочных аппаратов.В некоторых случаях разница в показателе преломления также вызывает отражение света. Этот отраженный свет движется в сторону OTDR и определяет характеристики волоконно-оптического канала.

Характеристики оптического рефлектометра во временной области

Некоторые из характеристик рефлектометра OTDR обсуждаются ниже:

Мертвая зона

Это основной фактор, который необходимо учитывать в устройстве OTDR. Это считается мертвой зоной, потому что на таком расстоянии кабель не может точно обнаруживать дефекты.Но может возникнуть вопрос, почему в OTDR будет возникновение мертвой зоны?

В ситуации, когда отражается большее количество переданной волны, тогда мощность, передаваемая на фотодетектор, больше, чем мощность, рассеянная обратно. Это пропитывает устройство светом, поэтому требуется немного времени, чтобы преобладать над насыщением.

В течение этого периода восстановления прибор не может идентифицировать обратное рассеянное отражение.Из-за этого в оптическом рефлектометре во временной области формируется мертвая зона.

След OTDR

Отраженный свет отслеживается на экране рефлектометра. На рисунке ниже показана мощность отражения в устройстве OTDR:

OTDR Trace

На рисунке ось x показывает расстояние между расчетными точками оптоволоконного соединения. В то время как ось ординат показывает оптический уровень мощности отраженной волны. При представлении оптического рефлектометра во временной области некоторые из наблюдаемых точек указаны следующим образом:

• Положительные точки на рефлектограмме возникают из-за отражения Френеля, которые возникают в соединениях оптоволоконной линии и на дефектах волокна.
• Из-за потерь, которые происходят в оптоволоконных соединениях, на трассе рефлектометра происходят сдвиги.
• Поврежденные участки рефлектометра являются результатом рэлеевского рассеяния. Эта дисперсия является результатом нестабильности показателя преломления волокна. Это основная причина ослабления сигнала в волокне.

Параметры производительности оптического рефлектометра во временной области

Параметры производительности рефлектометра OTDR можно узнать путем измерения в основном двух важнейших параметров, а именно динамического диапазона и диапазона измерения.

Динамический диапазон — В общем, это разница между оптической мощностью, рассеянной сзади, на входном разъеме, и максимальным пиковым уровнем на другом конце волокна. По мере развития динамического диапазона становится известно максимальное количество потерь в оптоволоконной линии.

Диапазон измерения — Этот параметр вычисляет расстояние, на котором оптоволоконные линии могут быть известны OTDR. Это значение основано на ширине передаваемого импульса, а также на затухании.

Таким образом, мы можем заключить, что OTDR является наиболее важным устройством, используемым в оптических сетях связи. Но у оптического рефлектометра есть несколько недостатков , таких как мертвая зона OTDR.

Типы рефлектометров

Некоторые типы рефлектометров — это

Полнофункциональные рефлектометры

Это обычные рефлектометры, обладающие чрезвычайно богатыми функциями, большие размеры и минимальную портативность. Они используются в лабораториях и получают питание от батарей или переменного тока.

Портативные рефлектометры

Они предназначены для анализа и решения проблем в оптоволоконных сетях. Эти рефлектометры просты в эксплуатации и имеют минимальный вес.

Таким образом, реализация идеального рефлектометра OTDR в соответствии с требованиями обеспечит конечные результаты и предоставит ответы на вопросы по устранению неполадок, что гарантирует хорошую производительность устройства. Итак, эта статья четко разъясняет работу оптического рефлектометра во временной области, его характеристики, параметры и принципы, лежащие в основе этого.В дополнение к этому также знаете, каковы преимущества оптического рефлектометра во временной области?

Различные типы оптических датчиков и приложения

Оптический датчик преобразует световые лучи в электронный сигнал. Назначение оптического датчика — измерить физическое количество света и, в зависимости от типа датчика, затем преобразовать его в форму, которая может считываться встроенным измерительным устройством. Оптические датчики используются для бесконтактного обнаружения, подсчета или позиционирования деталей.Оптические датчики могут быть как внутренними, так и внешними. Внешние датчики собирают и передают необходимое количество света, в то время как внутренние датчики чаще всего используются для измерения изгибов и других небольших изменений направления.

Различные оптические датчики могут измерять такие величины, как температура, скорость, уровень жидкости, давление, смещение (положение), вибрации, химические вещества, силовое излучение, значение pH, деформация, акустическое поле и электрическое поле.

Типы оптических датчиков

Существуют различные типы оптических датчиков, наиболее распространенные типы, которые мы использовали в наших реальных приложениях, как указано ниже.

• Фотопроводящие устройства, используемые для измерения сопротивления путем преобразования изменения падающего света в изменение сопротивления.
• Фотоэлектрический элемент (солнечный элемент) преобразует количество падающего света в выходное напряжение.
• Фотодиоды преобразуют падающий свет в выходной ток.

Фототранзисторы — это тип биполярных транзисторов, в которых переход база-коллектор подвергается воздействию света. Это приводит к тому же поведению фотодиода, но с внутренним усилением.

Принцип работы заключается в передаче и приеме света в оптическом датчике, обнаруживаемый объект отражает или прерывает световой луч , излучаемый излучающим диодом . В зависимости от типа устройства оценивается прерывание или отражение светового луча. Это позволяет обнаруживать объекты независимо от материала, из которого они сделаны (дерево, металл, пластик или другой). Специальные устройства даже позволяют обнаруживать прозрачные объекты, объекты разного цвета или контрастности.Различные типы оптических датчиков описаны ниже.

Различные типы оптических датчиков

Датчики на пересечение луча

Система состоит из двух отдельных компонентов: передатчик и приемник расположены напротив друг друга. Передатчик проецирует световой луч на приемник. Прерывание светового луча интерпретируется приемником как сигнал переключения. Неважно, где происходит прерывание.

Преимущество: Могут быть достигнуты большие рабочие расстояния, и распознавание не зависит от структуры поверхности объекта, цвета или отражательной способности.

Чтобы гарантировать высокую эксплуатационную надежность, необходимо убедиться, что объект достаточно большой, чтобы полностью перекрыть световой луч.

Датчики на отражение от рефлектора

Передатчик и приемник находятся в одном доме, через отражатель излучаемый световой луч направляется обратно в приемник. Прерывание светового луча инициирует операцию переключения. Неважно, где происходит прерывание.

Преимущество: Датчики с отражением от рефлектора позволяют работать на больших расстояниях с точками переключения, которые точно воспроизводятся, требуя небольших усилий при установке. Все объекты, прерывающие световой луч, точно обнаруживаются независимо от структуры или цвета их поверхности.

Датчики диффузного отражения

Передатчик и приемник находятся в одном корпусе. Проходящий свет отражается обнаруживаемым объектом.

Преимущество: Интенсивность рассеянного света на приемнике служит условием переключения. Независимо от настройки чувствительности задняя часть всегда отражает лучше, чем передняя. Это приводит к ошибочным операциям переключения.

Различные источники света для оптических датчиков

Есть много типов источников света. Солнце и свет от горящих факелов были первыми источниками света, использованными для изучения оптики. Фактически, свет, исходящий от определенного (возбужденного) вещества (например, ионов йода, хлора и ртути), по-прежнему является опорными точками в оптическом спектре. Одним из ключевых компонентов оптической связи является источник монохроматического света. В оптической связи источники света должны быть монохромными, компактными и долговечными. Вот два разных типа источников света.

1. Светодиод (светоизлучающий диод)

В процессе рекомбинации электронов с дырками на стыках n-легированных и p-легированных полупроводников энергия выделяется в виде света. Возбуждение происходит посредством приложения внешнего напряжения, и может происходить рекомбинация, или она может быть стимулирована как другой фотон. Это облегчает соединение светодиода с оптическим устройством.

Светодиод — это полупроводниковое устройство p-n, которое излучает свет, когда на его два вывода подается напряжение.

2.ЛАЗЕР (усиление света с помощью вынужденного излучения)

Лазер создается, когда электроны атомов в специальных стеклах, кристаллах или газах поглощают энергию электрического тока, который они возбуждают. Возбужденные электроны перемещаются с орбиты с более низкой энергией на орбиту с более высокой энергией вокруг ядра атома. Когда они возвращаются в свое нормальное или основное состояние, это приводит к тому, что электроны испускают фотоны (частицы света). Все эти фотоны имеют одну длину волны и когерентны.Обычный видимый свет состоит из нескольких длин волн и не является когерентным.

LASAR Light Emission Process

Применение оптических датчиков

Применение этих оптических датчиков варьируется от компьютеров до датчиков движения. Чтобы оптические датчики работали эффективно, они должны быть подходящего типа для применения, чтобы сохранять чувствительность к измеряемым свойствам. Оптические датчики являются неотъемлемой частью многих распространенных устройств, включая компьютеры, копировальные аппараты (ксерокопии) и осветительные приборы, которые автоматически включаются в темноте.И некоторые из распространенных приложений включают системы сигнализации, синхронизаторы для фотографических вспышек и системы, которые могут обнаруживать присутствие объектов.

Датчики внешней освещенности

В основном мы видели этот датчик на наших мобильных телефонах. Это продлит срок службы батареи и позволит создавать удобные для просмотра дисплеи, оптимизированные для окружающей среды.

Датчики окружающего света

Биомедицинские приложения

Оптические датчики

находят широкое применение в биомедицине. Некоторые из примеров: Анализ дыхания с использованием настраиваемого диодного лазера. Оптический пульсометр. Оптический пульсометр измеряет частоту пульса с помощью света.Светодиод светит сквозь кожу, а оптический датчик проверяет отраженный свет. Поскольку кровь поглощает больше света, колебания уровня освещенности можно преобразовать в частоту сердечных сокращений. Этот процесс называется фотоплетизмографией.

Индикатор уровня жидкости на основе оптического датчика

Индикатор уровня жидкости на основе оптического датчика состоит из двух основных частей: инфракрасного светодиода, соединенного со световым транзистором, и прозрачного наконечника призмы на передней панели. Светодиод излучает инфракрасный свет наружу, когда наконечник датчика окружен воздухом, свет реагирует, отражаясь назад внутрь наконечника, прежде чем вернуться к транзистору. Когда датчик погружается в жидкость, свет рассеивается по всей поверхности и меньше возвращается в транзистор. Количество отраженного на транзисторе света влияет на выходные уровни, что делает возможным определение точечного уровня.

Оптический датчик уровня

У вас есть основная информация об оптическом датчике? Мы подтверждаем, что приведенная выше информация разъясняет основы концепции оптического датчика со связанными изображениями и различными приложениями в реальном времени. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо проектов на основе датчиков, пожалуйста, дайте свои предложения и комментарии к этой статье, которые вы можете написать в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, каковы разные источники света оптического датчика?

Что такое оптическая сеть? Определение, элементы, топология, категория и преимущества оптической сети

Определение : Оптическая сеть — это в основном сеть связи , используемая для обмена информацией через оптоволоконный кабель между одним концом и концом. Это одна из самых быстрых сетей, используемых для передачи данных.

Как мы уже знаем, сигнал данных по оптоволокну передается в виде световых импульсов.Итак, оптические сети используются для передачи оптического сигнала.

Теперь возникает вопрос, зачем нужна оптическая сеть, когда у нас есть другие сети связи.

Итак, ответ на этот вопрос в основном основан на простоте передачи сигнала в виде световых импульсов . Сегодняшняя эпоха Интернета основана на использовании оптоволоконного кабеля, и по ним могут передаваться только оптические сигналы. Таким образом, возникает потребность в оптической сети.

Как мы знаем, передача по оптоволоконному кабелю является более простой задачей из-за низкой стоимости производства кабеля. Наряду с этим оптоволоконный кабель обеспечивает большую пропускную способность и передачу данных на большие расстояния, чем другие кабели.
Таким образом, мы используем оптоволоконные кабели , и, следовательно, оптическая сеть является важным аспектом системы связи.

Элементы оптической сети

Оптическая сеть в основном состоит из следующих элементов:

1. Станции : Станции в оптической сети служат источником и получателем информации, передаваемой и принимаемой.Станции — это в основном те устройства, которые используются пользователями сети. Например, компьютер или любое другое телекоммуникационное устройство.
2. Магистраль : Магистраль — это в основном линия передачи, то есть оптоволоконный кабель для передачи оптического сигнала. Сеть состоит из одного или нескольких каналов для передачи сигнала на большие расстояния.
3. Узел : Узел — это не что иное, как концентратор для нескольких линий передачи внутри сети. В случае одной линии передачи оптическая сеть не требует узлов, поскольку в этом случае станции на обоих концах могут быть напрямую подключены к оптоволоконным кабелям.
4. Топология : Когда в оптической сети используется несколько оптоволоконных кабелей, они соединяются через узлы. Но способ, которым несколько узлов соединены вместе, обозначает топологию сети.
5. Маршрутизатор : Маршрутизатор обычно размещается внутри оптической сети, которая обеспечивает подходящий путь для передачи сигнала.

Топологии оптических сетей

Как мы уже обсуждали в предыдущем разделе, топология — это расположение нескольких оптоволоконных линий передачи в оптической сети.Итак, давайте теперь перейдем к пониманию различных конфигураций топологии:

Топология шины : В топологии шины различные узлы соединяются через одну магистральную линию с помощью оптических соединителей. Это обеспечивает удобный и экономичный способ передачи сигнала. Однако в шинной топологии сложно определить неисправный узел, а также требуется время для восстановления переданного сигнала от этого конкретного узла.

Кольцевая топология : В кольцевой топологии один единственный узел присоединяется к своему соседнему узлу, тем самым образуя замкнутый путь. Итак, передаваемая информация в виде света отправляется от одного узла к другому. Кроме того, в сети устанавливаются оптические соединители для передачи передаваемого оптического сигнала от одного узла к другому.

Топология «звезда» : При подключении звездой различные узлы сети соединяются вместе с помощью единого центрального концентратора. Этот центральный концентратор может быть активной или пассивной сетью. Затем этот центральный концентратор управляет и направляет передаваемый оптический сигнал внутри оптической сети.

Ячеистая топология : В ячеистой топологии между узлами сети формируется произвольное соединение. Это соединение точка-точка может быть изменено в зависимости от приложения. Это демонстрирует гибкий характер звездообразной топологии, поскольку в случае отказа одного узла другие могут использоваться для передачи сигнала.

В основном, в ячеистом соединении отказ любого канала или узла генерируется, затем сначала обнаруживается конкретный отказ, а затем сигнальный трафик перенаправляется от отказавшего узла к другому каналу внутри соединения.

Категории оптических сетей

Категории оптических сетей основаны на области, к которой подключается пользователь сети. Они классифицируются как:

• Локальная сеть (LAN) : В основном подключение к локальной сети обеспечивает взаимодействие пользователей, которые находятся в локализованных областях, таких как здание, отдел или офис и т. Д.
  Пример сетевой топологии локальной сети — Ethernet. Как и в локальной сети, пользователям разрешено совместно использовать ресурсы, такие как серверы и т. Д.Они лично принадлежат организации. Достаточно недорого.
• Кампусная сеть : Эта категория сети образована объединением нескольких локальных сетей. Это в основном распространяется на большой уровень, но все еще ограничивается определенной областью. Он также управляется единой организацией.
  Примерами сети кампусов являются университетский городок, государственная организация, медицинский центр и т. Д.

• Городская сеть (MAN) : она также известна как городская сеть и охватывает большую площадь, чем сеть кампуса. Он позволяет соединить несколько зданий, находящихся в разных городах.
  В связи с большой площадью присутствия MAN контролируется несколькими организациями связи.

• Глобальная сеть (WAN) : В отличие от MAN, глобальная сеть обеспечивает соединение пользователей из соседних городов, а также из регионов страны. Он используется для установления связи на большом географическом расстоянии и контролируется и поддерживается некоторыми частными организациями или поставщиками телекоммуникационных услуг.

Преимущества оптической сети

Использование оптической сетевой системы очень выгодно. Преимущества следующие:

1. Система оптической передачи поддерживает широкую полосу пропускания .
2. Переданный сигнал может быть передан на дальние расстояния .
3. Эта сетевая система на более гибкая, чем на , чем другие системы передачи.

Итак, мы можем сказать, что оптическая сеть обеспечивает лучшую возможность передачи сигнала на большие расстояния, поэтому в настоящее время широко используется.

Что такое рефлектометр? (с изображением)

Оптический рефлектометр (OTDR) используется в волоконной оптике для измерения времени и интенсивности света, отраженного от оптического волокна. Более того, он используется в качестве устройства для поиска неисправностей, стыков и изгибов оптоволоконных кабелей с целью выявления потерь света. Потери света особенно важны в оптоволоконных кабелях, поскольку они могут мешать передаче данных. OTDR может обнаруживать такие потери света и определять проблемные участки, облегчая ремонт.Чем быстрее будут выявлены и устранены проблемные области, тем меньше будет проблем с передачей данных в вашей оптоволоконной сети.

Оптический рефлектометр (OTDR) используется в качестве устройства для поиска неисправностей, сращиваний и изгибов в оптоволоконных кабелях.

Физическое описание рефлектометра больше всего напоминает карманный сканер цен с подключенными кабелями. Пользователь подключает кабели к оптическому волокну так же, как два водителя соединяют автомобильные аккумуляторы с помощью перемычек, а затем сбрасывают настройки OTDR для любых параметров, используемых в конкретном тесте. Типичный OTDR-тест может занять от десяти секунд до трех минут.

OTDR использует рассеяние света в оптоволокне для проведения измерений.OTDR излучает импульс высокой мощности, который попадает в оптоволокно и возвращается обратно. То, что возвращается, измеряется с учетом времени и расстояния, и в результате появляются «проблемные точки», которые излучают и могут быть устранены. В общем, данные имеют форму волны, где проблемные точки четко видны как аберрации в волне.

Некоторые системы OTDR оснащены возможностью подключения к ПК, поэтому данные, записанные во время тестирования, могут быть загружены на компьютер для анализа и хранения.Естественно, для такого анализа доступны специальные программные приложения.

OTDR, конечно, не идеален. Критики утверждают, что он может давать неточные результаты, если две проблемные точки расположены очень близко друг к другу или если импульс имеет большую длину распространения.Эксперты также призывают к обучению, чтобы правильно интерпретировать данные. Другой фактор — относительно высокая цена устройства, которым можно пользоваться очень экономно. Сторонники, однако, возражают, что возможность точно определять и устранять точки потери света стоит своих денег, как для устройства OTDR, так и для обучения, необходимого для работы и правильного понимания данных, которые записывает OTDR.

Оптический рефлектометр во временной области

Автор Supriyo Dey, Ph.D., MBA 21 июля 2015 г. | Оставить комментарий

Операторы волоконно-оптических сетей считают, что важно контролировать целостность волоконно-оптических линий, чтобы быстро обнаруживать неисправности и таким образом ограничивать простои. Раньше это делалось с помощью специального испытательного оборудования периодически или после того, как возникала проблема. Испытательное оборудование на основе оптического рефлектометра (OTDR) открывает возможность обнаружения и мониторинга состояния оптоволоконного кабеля в режиме реального времени. OTDR — это оптический эквивалент электронного рефлектометра во временной области.Он посылает оптический импульс высокой мощности в тестируемое волокно. С того же конца волокна, используя оптический соединитель, он принимает свет, который рассеивается (обратное рассеяние Рэлея) или отражается обратно от точек вдоль волокна. Рассеянный или отраженный свет собирается обратно в приемник OTDR, измеряется и отображается как функция длины волокна от затухания. На рисунке 1 показан типичный график OTDR. Отражения от разъемов и окончания волокна отображаются в виде пиков. Изгибы, разрезы и трещины проявляются как разрывы в обратном рассеянии Рэлея.

Рис. 1 Типичный источник трассировки OTDR: http://www.edn.com/electronics-news/4384375/Portable-OTDRs-Simplify-Complex-Fibre-Tests

Качество OTDR-прибора определяется тремя факторами:

Точность: Разница между измеренным значением и фактическим значением, например, OTDR сообщил место разрыва волокна и место фактического разрыва волокна.

Диапазон: Максимальное затухание, которое может выдержать OTDR-прибор для сообщения о событии с приемлемой точностью.

Разрешение: Минимальное расстояние между двумя событиями, которые OTDR может распознать как два отдельных события.

Благодаря отличным диагностическим возможностям OTDR является предпочтительным инструментом отладки и мониторинга для всех поставщиков телекоммуникационных услуг как для сетей Fiber to Home (FTTH), так и для транспортных сетей DWDM, чтобы изолировать точки отказа, которые могут снизить производительность сети. OTDR не только позволяет оператору определить место обрыва волокна, что значительно сокращает время восстановления, но также помогает обнаруживать проблемы по длине канала, которые могут повлиять на долгосрочную надежность, путем мониторинга и сравнения равномерности затухания и скорости затухания с течением времени.

Существует два подхода к реализации подходов к мониторингу OTDR для развернутой сети.

Импульсный рефлектометр (P-OTDR): Автономное отдельное испытательное оборудование, подключаемое через сплиттер или матрицу переключателя, работающее вне диапазона или вне сети. При таком подходе возникают двоякие проблемы. Во-первых, отсутствие интеграции OSS затрудняет сравнение текущих показателей производительности с более ранними измерениями, чтобы обнаружить какое-либо долгое медленное ухудшение качества волокна; и, во-вторых, высокая стоимость специализированного испытательного оборудования делает его недорогое решением для развертывания на каждом узле сети.