Особливості волоконно-оптичних вимірів

Чи дійсно необхідні волоконно-оптичні виміри?

Виконання вимірювань у невеликих оптоволоконних установках перестав бути звичайної практикою. Багато установників, що реалізують простий тип мережі, припускають, що якщо вона працює правильно після підключення активних пристроїв, то навіть виміри загального згасання не потрібні. Однак це не вірне припущення. Існує низка ситуацій, при яких підключені активні пристрої починають працювати справно, проте проблеми виникатимуть через деякий час роботи мережі.

Прикладом такої ситуації є випадок, коли пристрої, що працюють на довжині хвилі 1310 нм, замінюються на пристрої, що використовують довжину хвилі 1550 нм. Буває, що непомічене раніше підвищене згасання (яке, наприклад, наслідком мікро- або макровигину кабелю/волокна, дуже поганого з'єднання, брудного роз'єму або використання неякісного адаптера) призведе до значної втрати сигналу на стороні приймача більшої довжини хвилі.

Інша ситуація зі з'єднаннями, постійно підданими забруднення – робота такої мережі пов'язана з ризиком збільшення загасання всіх роз'ємних з'єднань (роз'ємів в адаптерах) з часом експлуатації та збільшенням кількості операцій з'єднання/вимкнення/комутації, особливо коли спеціальний інструмент для очищення не використовується. У таких установках необхідно перевіряти початкове згасання всього оптичного шляху і стежити, щоб значення не збільшувалися значно. За наведеними прикладами варто робити хоча б базову діагностику оптичних сполук навіть тоді, коли це не потрібно інвестором.

Варто відзначити, що оптичний вимірювач може бути корисним не тільки для перевірки згасання оптичних з'єднань та каналів. Його часто можна використовувати для перевірки правильності роботи активних пристроїв. е. чи генеруються ними сигнали в заявленому діапазоні потужностей.

Чищення з'єднань – забаганка чи необхідність?

Очищення конекторів при прокладці оптоволокна для одних установників очевидне, а для інших непотрібна процедура, яка вважає, що це тільки збільшує витрати на монтаж (інструменти, що чистять картриджі, час, необхідний для прочищення ряду конекторів). Можна припустити, що тут мають рацію обидві сторони, але слід зазначити, що очищення ніколи не погіршить параметри, а в деяких випадках може заощадити час, необхідний для усунення несправностей.

У системах, де ключовим параметром, крім згасання, є коефіцієнт відбиття, тобто. міра того, як роз'єм відображає сигнал, що падає, надзвичайно важлива очищення. Навіть незначне забруднення роз'єму може значно погіршити його відбивну здатність та призвести до значного відображення сигналу у бік передавача, що створить проблеми з його справною роботою.

У невеликих локальних системах, таких як оптоволоконні локальні мережі або системи відеоспостереження на базі оптоволоконних кабелів з SFP-модулями та медіаконвертерами, що працюють на довжині хвилі 1310 нм, значення коефіцієнта відбиття роз'єму не таке критично. Більше того, навіть більше загасання на злегка забрудненому роз'ємі зазвичай не призводить до зникнення сигналу з іншого боку. Причина в тому, що обладнання, яке використовується в установках такого типу, зазвичай пропонує набагато більший бюджет потужності, ніж потрібно. Багато установників, які виконують цей тип установки, не використовують жодних засобів для чищення. Слід припустити, що більшість із них також не зобов'язані проводити будь-які виміри на своїх установках. Основна умова, якій вони повинні відповідати, – «установка працює».

При вимірі оптичних мереж очищення роз'ємів більше не є питанням вибору і повинно виконуватися завжди. Для вимірів установник зазвичай використовує ті ж вимірювальні патч-корди, які, незважаючи на те, що є роз'ємами заводського виготовлення, згодом забруднюються. Нехтування цією дією може призвести до серйозних спотворень результатів вимірювань. Крім того, у разі рефлектометричних вимірювань необхідно щоразу прочищати штекер пускового кабелю, який підключається до гнізда рефлектометра. Багаторазове вставлення та вилучення брудного штекера є найбільш поширеною причиною дефектів рефлектометра , більшість з яких закінчується дорогою заміною вимірювального роз'єму. Пошкодження роз'єму є прямим наслідком його забруднення. Бруд, що накопичився, може, по-перше, подряпати поверхню наконечника конектора рефлектометра (у кращому випадку це призведе до "тільки" неправильних результатів), по-друге, сильно відобразити імпульси, що генеруються приладом. Якщо установник вибере широкий імпульс і великий діапазон вимірів, серйозне пошкодження рефлектометра - лише питання часу.

Цілі вимірювання

Перед покупкою будь-якого вимірювального обладнання установник повинен відповісти на основне питання: з якою метою проводяться заміри, що плануються. Від цього залежатиме вибір приладів та методів вимірювання. По-друге, варто розглянути конкретні функції, які можуть стати в нагоді в роботі.

Всупереч видимому, визначити «мету виміру» не завжди просто. Часто установник, який не має великого досвіду в реалізації оптоволоконних установок, має надати «звіт про виміри» ще менш обізнаному інвестору. Інвестор точно не знає, що вимагати, установник не знає, що потрібно знайти у звіті про виміри.

Є три основні «мети виміру»:

Визначення потужності оптичного сигналу на кінці (кінцях) оптичного волокна (волокон)

Необхідний пристрій: вимірювач оптичної потужності .

У цій ситуації передбачається, що у вході установки чи з одного боку оптичного шляху перебуває активний пристрій, що генерує сигнал певному рівні потужності (тобто. цільовий пристрій, який буде джерелом сигналу в установці). За допомогою вимірювача оптичної потужності установник може визначити рівень сигналу з іншого боку оптичного шляху, тобто. у місці встановлення приймального пристрою. Хорошою аналогією для цього типу вимірювань можуть бути вимірювання, що проводяться в мідних установках антен, де установники перевіряють за допомогою вимірювача рівня сигналу, чи знаходиться сигнал на абонентських розетках в заданому діапазоні.

Прикладом оптичних установок, у яких рівень сигналу приймача є ключовим питанням, є звані пасивні оптичні мережі (PON) . Іншим випадком можуть бути волоконно-оптичні телевізійні антенні системи на основі оптичних передавачів та пасивних компонентів, таких як кабелі, розгалужувачі, атенюатори та оптичні приймачі.

Найважливішим завданням таких мережах є забезпечення того, щоб оптична потужність на вході приймача потрапляла в діапазон, зазначений виробником. Цікаво, що потужність часто виявляється надто високою, а не надто низькою. Це чудовий приклад ситуації, в якій немає особливого сенсу повідомляти про згасання тільки в оптичному тракті, оскільки, незважаючи на чудові пасивні елементи та відповідні виміри, система може не працювати. Єдиним винятком є ситуація, коли прокладається спочатку кабель, а потім монтуються пристрої. У цьому випадку обидва параметри (згасання оптичного тракту та рівень сигналу приймача) слід перевіряти окремо.

У ситуації, коли у звіті про вимірювання багато пунктів, корисною функцією вимірювача може бути можливість зберігати результати у своїй пам'яті, а потім експортувати їх у зовнішній файл. Зверніть увагу на цю функцію при покупці.

Визначення повного згасання оптичних шляхів

Необхідне обладнання: вимірювач оптичної потужності, стабільне джерело випромінювання , вимірювальні патч-корди, проміжний адаптер.

Це, безумовно, найпоширеніший випадок — установник хоче переконатися, що оптичний шлях правильно виконаний з точки зору допустимого загального згасання. Використання вимірювача оптичної потужності та стабільного джерела світла є вимірюванням, що виконується «методом пропускання». Звіт про вимірювання повинен включати загальне згасання в оптоволоконному з'єднанні для вибраних довжин хвиль. Використовуючи метод передачі, установник повинен вибрати відповідну довжину хвилі - залежно від вікна передачі, в якому має працювати лінія, або відповідно до прийнятих стандартів. Без певних вимог найбільш повне тестування має охоплювати всі довжини хвиль, характерні для типу волокна, що використовується, т.е. е. 850 нм та 1300 нм для багатомодових волокон та 1310 нм, 1550 нм та 1625 нм для одномодових волокон.

Цей метод передбачає підключення джерела сигналу постійної та відомої потужності з одного боку та вимірювача оптичної потужності з іншого. Результат виміру - це різниця показань обох приладів. Для вимірів найчастіше використовується логарифмічна шкала. Приклад: рівень потужності джерела –5 дБм, показання лічильника –10 дБм, тому згасання оптичного сигналу становить 5 дБ.

Дивлячись на діаграму вище, видно, що результат вимірювання також враховує загасання патч-кордів , що використовуються . Чим довший і ширший оптичний шлях (тобто. що містить велику кількість зростків і роз'ємних з'єднань), тим менший вплив загасання патч-корду на остаточний результат виміру. Однак при вимірі короткого оптоволоконного каналу, що закінчується з обох боків роз'ємами, може виявитися, що вплив загасання при вимірюванні в шнурі комутації буде значним. У крайньому випадку, коли патч-корди забруднені або пошкоджені, їх згасання може становити більшу частину загального згасання.

Вирішенням цієї проблеми є здійснення так званого калібрування вимірювальної системи (еталонний вимір). Тут варто відзначити, що деякі пристрої можуть не мати такої можливості – зазвичай це стосується вимірювачів, для яких вимірювання оптичної потужності є однією з додаткових функцій (універсальні вимірювачі, вимірювачі потужності, вбудовані в оптоволоконні зварювальні апарати тощо).

Для цієї мети установник може використовувати два патч-корди (з роз'ємами, що відповідають джерелу світла та вимірювачеві потужності, та відповідний проміжний оптичний адаптер). Отримане таким чином значення згасання на лічильнику скидається натисканням певної клавіші (залежить від моделі пристрою) або з використанням інших засобів, що відповідають за цю функцію, тоді нормальний вимірювання оптичного шляху, що тестується, не міститиме компонент, викликаний згасанням вимірювального ділянки патч-корда.

Останнім питанням є інтерпретація отриманих результатів, яку слід порівняти з теоретичними розрахунками згасання даного оптичного шляху. У розрахунках необхідно враховувати згасання оптичного волокна для заданої довжини хвилі, сплавлення або механічні зрощення та роз'ємні з'єднувачі. Для окремих елементів прийнято такі значення:

• Довжини хвиль:
• 850 nm – 3 dB/km,
• 1300 nm – 1 dB/km,
• 1310 nm – 0.35 dB/km,
• 1550 nm – 0.25 dB/km
• зварювання: 0,1 дБ (макс. 0,15 дБ)
• роз'ємне з'єднання: 0,25 дБ (макс. 0,3 дБ)
• механічна стиковка – згідно з техпаспортом, проте практика показує, що реальне згасання зазвичай відхиляється від заявлених значень для розрахунків і вище: 0,5–0,8 дБ
• інші пасивні елементи згідно специфікації

• 4 роз'ємні з'єднання: 4 x 0,25 дБ = 1,0 дБ
• 4 зварні з'єднання: 4 x 0,10 дБ = 0,4 дБ
• спліттер із чотирма виходами: 6,7 дБ
• 300 м + 1200 м = 1500 м волокна: 0,35 дБ/км x 1,5 км = 0,52 дБ (при 1310 нм)

Отже, розрахункове загальне згасання становить [дБ]: 1,0+ 0,4 + 6,7 + 0,52 = 8,62.

Результат фактичного виміру має істотно відрізнятися від теоретичних розрахунків. Звичайно, деякі відхилення у цьому відношенні допустимі. Вимірювання, що виконується найдешевшими пристроєм, обтяжене похибкою +/-0,35 дБ або +/-3-5% від вимірюваної величини (ці дані можна знайти в тих. специфікації). У цьому конкретному прикладі вимірювання з використанням вимірювача L5816 матиме похибку +/-3%. Отже, для значень, близьких до 9 дБ, ця помилка становитиме 0,45 дБ. Це означає, що будь-який кінцевий результат в діапазоні 8-9 дБ є цілком прийнятним, як близький до теоретичного значення. Насправді межі визнання результатів задовільними може навіть трохи ширше.

Визначення загасання роз'ємів, відбивна здатність роз'ємів, довжина рядка, відстані між подіями у волоконній лінії, вплив мікро- та макровигинів на параметри передачі

Необхідне обладнання: рефлектометр OTDR , пусковий кабель.

У ситуації, коли від установника потрібно надати детальніший набір параметрів, ніж загальне згасання оптичного шляху, застосування рефлектометра є обов'язковим. Цей передовий пристрій призначений для вимірювання коефіцієнта відображення (відношення відбитої оптичної потужності до оптичної потужності, що падає) роз'ємів і визначення загасання всіх подій (перешкод) на шляху передачі.

Незважаючи на те, що рефлектометри є передовими пристроями, що мають багато діагностичних переваг, загальне згасання на оптичному шляху слід вимірювати методом пропускання, т.е. е. з використанням вимірювача оптичної потужності та стабільного джерела випромінювання.

По-перше, метод гарантує більшу точність (на відміну рефлектометрії вимірює фактичне згасання). Рефлектометри усереднюють та аналізують серію вимірювань. Значення згасання не вимірюються безпосередньо, а розраховуються програмним забезпеченням. Що ще важливіше, вимірювання OTDR не включають загасання останньої події в тестованої оптоволоконної лінії, т.е. е., як правило, підключення вимірювача до лінії, що може мати значний вплив на загальне згасання. Ця мертва зона може бути усунена за допомогою пускового кабелю, що, однак, означає, що вимір враховуватиме вплив цього додаткового з'єднання кабель-лінія.

По-друге, використовуючи метод передачі, систему можна калібрувати, щоб виключити згасання в початковій і кінцевій точках оптичного волокна. Кожен рефлектометр оснащений модулем вимірювача потужності, тому немає потреби купувати два окремі прилади.

Результати рефлектометрических вимірів завжди видаються у двох видах: як рефлектограммы (рисунок вище) і так званої «таблиці подій». Рефлектограма являє собою графік, що показує потужність оптичного сигналу по всій довжині оптоволоконної лінії, що перевіряється. Це дозволяє технічному спеціалісту визначити, які події відбуваються на даному оптичному шляху, та виміряти їх параметри передачі (такі як загасання та коефіцієнт відображення). Ці ж події також перелічені у таблиці. Зображення вище ілюструє типові події, подані рефлектограмою:

А – початок оптоволоконної лінії; пік відображення, викликаний вимірювальним роз'ємом

B – крива, що падає, що представляє загасання сигналу в оптичному волокні.

C – місце зрощування чи вигину волокна

Д – точка з'єднання

E – кінець оптоволоконної лінії

Приклад реального виміру, виконаного рефлектометром Grandway FHO3000 L5828.

Як видно з діаграм, цей тип вимірювання може надати максимальну інформацію про лінії передачі, що тестується. Це також найкращий метод визначення причин та місць збоїв в оптичних лініях.

У даному конкретному прикладі оптоволоконна лінія складається з наступних сегментів та компонентів, які генерують виявлені події:

• 150 м (150 м та 2x 1,5 м комутаційних шнурів, всього: 153 м) пускового волокна (відстань 161 м до першої події обумовлена наявністю мертвої зони – відстань вважається правильно, починаючи з 8-го метра).

• подія на 161 метрі, відзначена рефлектометром як стик із загасанням 0,26 дБ. По суті це з'єднання пускового кабелю з вимірюваною лінією. Це високоякісне з'єднання SC/APC з дуже низьким коефіцієнтом відбиття та згасанням, типове для зрощування, було ідентифіковано саме як зрощення. У таких ситуаціях деякі установники «поліпшують» рефлектограму, спеціально використовуючи брудний роз'єм, щоб вона мала відбиваючий характер і ставала видимою на графіку.
• захід на 333 м (172 метри волокна від попереднього заходу) — роз'ємне з'єднання із загасанням 0,14 дБ та коефіцієнтом відображення 48,36 дБ (у заході також передбачено одне зварювання)
• подія на 363 м (30 метрів волокна від попередньої події) — знімний конектор із загасанням 0,32 дБ та коефіцієнтом відображення 47,85 дБ (подія також включає один стик)
• подія на 404 метрі (41 метр волокна від попередньої події) – кінець оптичної лінії, що аналізується.

Обсяг інформації, що надається цим методом, є найбільшою перевагою. Для його правильної інтерпретації користувач повинен мати відповідні знання та досвід у галузі підготовки до вимірювань (установка відповідних опцій у приладі залежно від типу та довжини вимірюваної лінії), а також у галузі аналізу отриманих результатів. На жаль, автоматичні режими практично не дуже корисні.

Також варто додати, що рефлектометричні виміри необхідно проводити у двох напрямках. Тільки такі перехресні вимірювання гарантують отримання правильних значень загасання подій.

Установники, які починають експерименти з рефлектометричними вимірами, повинні знати, що цей метод також має свої обмеження. Чи не кожна подія буде на рефлектограмі. Послідовні події - наприклад, роз'єм і зрощення або два зрощення, виконані на невеликій відстані один від одного, можуть бути виявлені як одна подія. Це з так званої мертвої зоною – якийсь час після кожної події рефлектометр неспроможний розпізнавати наступні події. Зона розширюється зі зростанням потужності світлового імпульсу, що інжектується у волокно, і залежить від якості рефлектометра.

Наприклад, мертва зона згасання (незалежно від ширини імпульсу) рефлектометра FHO3000 L5828 становить 6 метрів. Мертва зона події залежить від ширини імпульсу і у разі тестування коротких каналів з імпульсами від 3 нс до 20 нс змінюється від 1 до приблизно 6 метрів. Тому теоретично рефлектометр не зможе реєструвати події, розташовані ближче за 7–12 м одна від одної. Однак це теоретичні значення - на практиці відстані можуть бути трохи більше через відхилення від припущень виробника про відбивну здатність події (чим гірша відбивна здатність, тим більше мертва зона після події).

Відсутність подій на рефлектограмі може бути наслідком надзвичайно гарної якості окремих компонентів оптичного шляху. Враховуючи той факт, що рефлектометр реєструє події на основі кількості світла, відбитого від компонентів (коефіцієнта відображення), ідеально виконані з'єднання APC можуть бути непомічені приладом. Мінімальне значення коефіцієнта відбиття цього типу роз'єму становить 55 дБ. Компоненти гарної якості мають значення на рівні 60 дБ або навіть понад 70 дБ. Це означає, що роз'єм відбиває одну мільйонну (60 дБ) падаючого світла, і рефлектометр повинен реєструвати та інтерпретувати цю ситуацію! Навіть обладнання найвищого класу може мати проблеми з виявленням таких малих значень. Аналогічна ситуація і зі зварюванням. Технологія зварювання плавленням сьогодні настільки розвинена, що згасання добре зробленого з'єднання часто близько 0 дБ. Такі невеликі зміни загасання не можуть бути зареєстровані навіть найчутливішими вимірювальними приладами.

У недосвідчених установників можуть виникнути проблеми з інтерпретацією таких випадків. Вони можуть подумати, що відсутність певних подій пов'язана з використанням невідповідного вимірювального обладнання або недостатніх навичок підготовки вимірювання. Хоча такі причини можливі, хоч як це парадоксально, такий «дивний замір» може бути ознакою якісно зробленої установки. Основою судження тут має бути поінформованість про дії, знання параметрів використовуваного обладнання і здатність інтерпретувати отримані результати.