MÁY ĐO CÁP QUANG (OTDR)

OTDR được kết nối với một đầu của bất kỳ hệ thống cáp quang nào có chiều dài lên đến 250 km. Trong vòng vài giây, chúng tôi có thể đo được tổn thất tổng thể, hoặc mất bất kỳ phần nào của hệ thống, tổng chiều dài của sợi và khoảng cách giữa các điểm quan tâm. OTDR là một công cụ thử nghiệm tuyệt vời cho các hệ thống cáp quang.

1. Một sử dụng cho Rayleigh Scatter

Khi ánh sáng truyền dọc theo sợi, một phần nhỏ của nó bị mất bởi tán xạ Rayleigh. Khi ánh sáng rải rác ở mọi hướng, một số nó sẽ quay trở lại theo sợi quang. Ánh sáng quay trở lại này được gọi là backscatter như thể hiện dưới đây.

Công suất phản kháng là một tỷ lệ cố định của công suất vào và khi những tổn thất gây ra cho điện năng đến, điện trở lại cũng giảm như thể hiện trong hình dưới đây.

OTDR có thể liên tục đo mức công suất quay trở lại và do đó suy ra các tổn thất gặp phải trên sợi quang. Bất kỳ tổn thất bổ sung nào như đầu nối và đầu nối hợp nhất có ảnh hưởng đột ngột làm giảm công suất phát trên sợi quang và do đó gây ra sự thay đổi tương ứng trong công suất phản kháng. Vị trí và mức độ tổn thất có thể được xác định chắc chắn.

 

2. Đo khoảng cách

OTDR sử dụng một hệ thống giống như bộ radar. Nó phát ra một tia sáng và lắng nghe tiếng vọng của chất xơ.

Nếu nó biết tốc độ ánh sáng và có thể đo được thời gian để ánh sáng di chuyển dọc theo sợi, đó là một công việc dễ dàng để tính toán độ dài của sợi.

 

3. Tìm tốc độ ánh sáng

Giả sử chỉ số khúc xạ của lõi là 1,5, ánh sáng hồng ngoại di chuyển ở tốc độ

Điều này có nghĩa là nó sẽ mất

Đây là một con số hữu ích để nhớ, 5 nano giây trên mét (5 nsm -1 ).

Nếu OTDR đo thời gian trễ của 1.4us, thì khoảng cách đi bằng ánh sáng là

280 mét là tổng số khoảng cách đi bằng ánh sáng và là khoảng cách 'ở đó và phía sau'. Chiều dài của sợi chỉ khoảng 140m. Điều chỉnh này được thực hiện tự động bởi OTDR - nó chỉ hiển thị kết quả cuối cùng của 140m.

 

4. Bên trong OTDR

A. Timer

Bộ đếm thời gian tạo ra một xung điện áp được sử dụng để bắt đầu quá trình định thời trong màn hình cùng thời điểm khi laser được kích hoạt.

B. Laser pulsed

Laser được bật trong một khoảnh khắc ngắn. Thời gian 'on' nằm giữa 1ns và 10us. Chúng ta sẽ nhìn vào tầm quan trọng của việc chọn thời gian 'on' hoặc pulsewidth một chút sau đó. Bước sóng của laser có thể được chuyển sang phù hợp với hệ thống được điều tra.

C. Chỉ thị Coupler

Bộ chỉ thị cho phép ánh sáng laser đi thẳng vào trong sợi quang được thử. Chất chống ăn mòn từ toàn bộ chiều dài của sợi đến gần bộ chỉ thị từ hướng ngược lại. Trong trường hợp này mặt gương phản ánh ánh sáng thành photodiode tuyết lở (APD). Ánh sáng đã được chuyển thành một tín hiệu điện.

D. gia tăng và gia tăng

Tín hiệu điện từ APD rất yếu và cần khuếch đại trước khi nó có thể được hiển thị. Tính năng trung bình khá thú vị và chúng tôi sẽ xem xét một cách riêng biệt vào cuối hướng dẫn này.

E. Hiển thị

Các tín hiệu khuếch đại được truyền đến trên màn hình. Màn hình hiển thị là CRT như một máy đo oscilloscope, hoặc màn hình LCD như trong máy tính xách tay. Chúng hiển thị các tín hiệu quay trở lại trên một đồ thị XY đơn giản với dải trên dưới và mức công suất ở dB lên trên.

Hình dưới đây cho thấy một màn hình điển hình. Cài đặt tham số hiện tại được hiển thị qua lưới. Chúng có thể được thay đổi để phù hợp với các phép đo được thực hiện. Quy mô phạm vi hiển thị cho thấy một sợi dài 50km. Trong trường hợp này, nó là từ 0 đến 50 km nhưng có thể là bất kỳ mảnh 50 km nào khác, ví dụ, từ 20 đến 70 km. Nó cũng có thể được mở rộng để cho một cái nhìn chi tiết về một chiều dài ngắn hơn của sợi như 0-5m, hoặc 25-30m.

Phạm vi có thể được đọc từ thang ngang, nhưng để có độ chính xác hơn, một điểm đánh dấu phạm vi biến được sử dụng. Đây là một đường di chuyển có thể được bật và vị trí bất cứ nơi nào trên vết. Phạm vi của nó được hiển thị trên màn hình cùng với mức công suất của tín hiệu thu được tại thời điểm đó. Để tìm chiều dài của sợi, điểm đánh dấu chỉ đơn giản là vị trí ở cuối sợi và khoảng cách được đọc trên màn hình. Nó thường cung cấp đến năm điểm đánh dấu để có thể đo được nhiều điểm đồng thời.

F. Xử lý dữ liệu

Bộ nhớ trong hoặc đĩa mềm có thể lưu trữ dữ liệu để phân tích sau. Đầu ra cũng có sẵn thông qua liên kết RS232 để tải xuống máy tính. Ngoài ra, nhiều OTDRs có một máy in trên bo mạch để cung cấp các bản sao của thông tin trên màn hình. Điều này cung cấp hình ảnh 'trước và sau' hữu ích cho sửa chữa lỗi cũng như bản ghi của việc cài đặt ban đầu.

 

5. Một phép đo đơn giản

Nếu chúng ta kết nối chiều dài sợi, nói 300m, với OTDR thì kết quả sẽ như thể hiện trong hình dưới đây.

Bất cứ khi nào ánh sáng đi qua một đầu cuối bị cắt của một miếng sợi, một phản xạ Fresnel xảy ra. Điều này được nhìn thấy ở đầu cuối của sợi và cũng tại đầu khởi động. Thật vậy, nó là khá bình thường để có được một phản xạ Fresnel từ cuối sợi mà không thực sự cleaving nó. Chỉ cần phá vỡ sợi chỉ là đủ.

Fresnel tại đầu nối khởi động xảy ra ở mặt trước của OTDR và, vì sức mạnh laser cao ở điểm này, sự phản xạ cũng cao. Kết quả của việc này là một xung năng lượng tương đối cao đi qua bộ khuếch đại máy thu. Bộ khuếch đại điện áp đầu ra ở trên và dưới mức thực, trong một hiệu ứng được gọi là chuông. Đây là một phản ứng khuếch đại bình thường với sự thay đổi đột ngột của cấp độ đầu vào. Người nhận mất vài nano giây để hồi phục sau sự thay đổi đột ngột của mức tín hiệu.

 

6. Khu chết

Sự phản xạ Fresnel và thời gian phục hồi của bộ khuếch đại sau đó sẽ cho kết quả trong khoảng thời gian ngắn, trong đó bộ khuếch đại không thể phản ứng với bất kỳ tín hiệu đầu vào nào khác. Khoảng thời gian này được gọi là vùng chết. Nó xảy ra ở một mức độ bất cứ khi nào một sự thay đổi đột ngột của biên độ tín hiệu xảy ra. Một trong những điểm bắt đầu của chất xơ nơi mà tín hiệu đang được đưa ra được gọi là vùng chết khởi động và những người khác được gọi là các vùng chết sự kiện hoặc các khu vực chết .

 

7. Vượt qua Khởi động Dead Zone

Khi vùng chết khởi động chiếm khoảng 20 mét hoặc hơn, điều này có nghĩa là, do công việc kiểm tra một sợi 300m, chúng tôi chỉ có thể kiểm tra 280m của nó. Khách hàng sẽ không vui.

Để khắc phục vấn đề này, chúng tôi thêm dây vá riêng của chúng tôi vào đầu của hệ thống. Nếu chúng tôi làm dây vá này khoảng 100m chiều dài, chúng tôi có thể đảm bảo rằng tất cả các vấn đề khởi động vùng chết đã hoàn thành trước khi sợi của khách hàng được đạt tới.

Dây patch được nối với hệ thống chính bằng một đầu nối sẽ hiển thị trên màn hình OTDR như một phản xạ Fresnel nhỏ và mất điện. Mất điện được biểu thị bằng sự giảm đột ngột mức công suất trên dấu OTDR.

 

8. Độ dài và sự suy giảm

Sự kết thúc của sợi dường như ở mức 400m theo chiều ngang nhưng chúng ta phải khấu trừ 100m để tính cho dây vá của chúng tôi. Điều này cho một chiều dài thực tế của 300m cho sợi được thử nghiệm.

Ngay sau khi phản xạ sợi Fresnel, mức năng lượng hiển thị trên thang thẳng đứng khoảng -10.8dB và khi kết thúc giai đoạn 300m, điện đã giảm xuống -11,3 dB. Giảm mức công suất 0.5 dB ở 300 mét cho thấy sự suy giảm của sợi:

Hầu hết các OTDR cung cấp một hệ thống đo lường tổn thất sử dụng hai điểm đánh dấu. Hai nhà sản xuất được bật và đặt trên một chiều dài của sợi mà không bao gồm bất kỳ sự kiện khác như kết nối hoặc bất cứ điều gì như thể hiện trong hình dưới đây.

OTDR sau đó đọc sự khác nhau về mức công suất ở hai vị trí và khoảng cách giữa chúng, thực hiện tính toán ở trên cho chúng ta và hiển thị tổn thất trên một kilômét cho sợi. Điều này cung cấp một kết quả chính xác hơn so với việc đọc các giá trị decibel và phạm vi từ các thang đo trên màn hình và phải tính toán riêng của chúng tôi.

 

9. Một màn hình OTDR của một hệ thống điển hình

OTDR có thể 'nhìn thấy' sự phản chiếu và tổn thất của Fresnel. Với thông tin này, chúng ta có thể suy ra sự xuất hiện của các sự kiện khác nhau trên một dấu vết OTDR như dưới đây.

 

A. Các bộ nối

Một cặp kết nối sẽ làm tăng tổn hao công suất và cũng là phản xạ Fresnel do sự kết thúc của sợi.

B. Fusion Splice

Các kết nối hàn không gây phản xạ Fresnel vì các đầu cắt của sợi đã được hợp nhất thành một miếng sợi duy nhất. Tuy nhiên, họ làm mất quyền lực. Một khớp nối hợp chất chất lượng tốt sẽ thực sự khó nhận ra do những tổn thất thấp. Bất kỳ dấu hiệu của một phản xạ Fresnel là một dấu hiệu chắc chắn của một mối hàn hợp nhất rất nghèo.

C. Cơ Khe Splice

Các kết nối cơ khí xuất hiện tương tự như mối hàn hợp chất lỏng kém. Các sợi đã có đầu cút tắt của khóa học nhưng phản ánh Fresnel là tránh bằng cách sử dụng các marching chỉ số gel trong splice. Những thiệt hại cần phải trông đợi cũng tương tự như những mảnh hàn hợp nhất ít nhất được chấp nhận.

D. mất điểm Bend

Đây chỉ đơn giản là mất điện trong khu vực uốn cong. Nếu mất mát là rất cục bộ, kết quả là không thể phân biệt được từ một khớp nối nhiệt hoặc cơ khí.

 

10. Echoes Ma (Sai ​​Phản ánh)

Trong hình sau, một số năng lượng phóng ra được phản xạ lại từ các đầu nối ở cuối dây vá ở khoảng 100m. Ánh sáng này trả về và đánh vào mặt được đánh bóng của sợi phóng ra trên mặt trước của OTDR. Một số năng lượng này một lần nữa được phản ánh để được đưa ra lại dọc theo sợi và sẽ gây ra một dấu hiệu khác từ cuối dây vá, đưa ra một phản xạ giả hoặc ma quái, phản xạ Fresnel ở khoảng 200m và 'kết thúc' giả đến sợi ở 500m.

Vì có một đầu đánh bóng ở cả hai đầu của dây vá, lý thuyết có thể cho ánh sáng để tung lên và đi dọc theo chiều dài của chất xơ này dẫn đến một loạt các phản xạ ma. Trong hình, một phản xạ thứ hai được hiển thị ở khoảng 300m.

Rất hiếm khi có bất kỳ sự phản chiếu nào được nhìn thấy. Biên độ cực đại của phản xạ Fresnel là 4% của tín hiệu đến và thường ít hơn nhiều. Nhìn vào các tính toán, thậm chí giả định sự phản xạ tồi tệ nhất, năng lượng quay trở lại là 4% hoặc 0,04 của năng lượng phóng. Năng lượng tái phóng, do sự phản xạ khác là 4% của 4% hoặc 0,04 2 = 0,0016 x năng lượng đầu vào. Điều này cho thấy rằng chúng ta cần rất nhiều năng lượng đầu vào để gây ra một sự phản chiếu ma.

Một con ma thứ hai sẽ yêu cầu hai sự phản chiếu khác làm tăng đến một tín hiệu chỉ 0.00000256 năng lượng phóng. Phản xạ sau đó sẽ chết nhanh như chúng ta tưởng tượng.

Các phản xạ ma thuật có thể được nhận ra bằng khoảng cách giữa chúng. Nếu chúng ta có một sự phản chiếu ở 387m và một ở 774 thì chúng ta có một sự trùng hợp ngẫu nhiên hoặc một con ma. Phản xạ ma có phản xạ Fresnel nhưng không thấy mất mát nào. Các tín hiệu mất mát là thực sự của mức năng lượng quá nhỏ để được nhìn thấy trên màn hình. Nếu một sự phản chiếu xuất hiện sau khi kết thúc sợi, nó đã có được một con ma.

 

11. Những ảnh hưởng của việc thay đổi Pulsewidth

Khoảng tối đa có thể đo được được xác định bởi năng lượng chứa trong xung ánh sáng laser. Ánh sáng phải có thể di chuyển chiều dài đầy đủ của sợi, được phản xạ, và trở lại OTDR và ​​vẫn có biên độ lớn hơn so với tiếng ồn nền. Bây giờ, năng lượng chứa trong xung là tỷ lệ với chiều dài của xung để có được phạm vi lớn nhất pulsewidth dài nhất có thể được sử dụng như minh họa trong hình dưới đây.

Đây không phải là toàn bộ câu chuyện, vì OTDRs cung cấp một loạt các pulsewidths.

Chúng ta đã thấy rằng ánh sáng bao phủ một khoảng cách 1 mét mỗi 5 nano giây vì vậy một xung của 100nm sẽ mở rộng khoảng cách 20 mét dọc theo sợi quang (xem hình sau). Khi ánh sáng tới một sự kiện, chẳng hạn như đầu nối, có sự phản xạ và giảm cấp điện đột ngột. Sự phản xạ xảy ra trong toàn bộ 20m của xung đi ra. Trở lại OTDR do đó là một sự phản chiếu 20m. Mỗi sự kiện trên hệ thống sợi cũng sẽ gây ra một xung 20m được phản xạ trở lại đối với OTDR.

Bây giờ hãy tưởng tượng hai sự kiện như vậy cách nhau bởi một khoảng cách 10m hoặc ít hơn như trong hình sau đây. Hai phản xạ này sẽ chồng chéo lên và đi lên trên con đường trở về OTDR. OTDR sẽ chỉ nhận được một đợt ánh sáng duy nhất và sẽ không thể phát hiện ra rằng có hai sự kiện khác nhau đã xảy ra. Các tổn thất sẽ thêm, do đó, hai hàn hợp nhất ví dụ, mỗi mất 0.2dB sẽ được hiển thị như là một mối nối với một mất 0.4dB.

Khoảng cách tối thiểu tách hai sự kiện có thể được hiển thị riêng biệt được gọi là sự phân biệt theo phạm vi của OTDR.

Các pulsewidth ngắn nhất trên một OTDR có thể được theo thứ tự của 10ns vì vậy ở tốc độ 5nsm -1 này sẽ cung cấp một chiều dài xung trong sợi của 2m. Phân loại phạm vi là một nửa con số này để hai sự kiện cách nhau bởi một khoảng cách lớn hơn 1m có thể được hiển thị như các sự kiện riêng biệt. Ở đầu còn lại của quy mô, một pulsewidth tối đa là 10us sẽ dẫn đến một sự phân biệt trong khoảng 1 km.

Một hiệu ứng khác của việc thay đổi pulsewidth là vào các vùng chết. Tăng năng lượng trong xung sẽ gây ra phản xạ Fresnel lớn hơn. Điều này, lần lượt, có nghĩa là bộ khuếch đại sẽ mất nhiều thời gian để phục hồi và do đó các khu vực chết sự kiện sẽ trở nên lớn hơn như thể hiện trong hình tiếp theo.

 

12. Nên chọn Pulsewidth như thế nào?

Hầu hết các OTDRs cho phép chọn ít nhất năm độ dài xung khác nhau để chọn.

Chiều rộng xung thấp có nghĩa là tách tốt các sự kiện nhưng xung có một năng lượng thấp, do đó phạm vi tối đa là rất nghèo. Chiều rộng xung 10ns cũng có thể cung cấp một phạm vi tối đa chỉ có một cây số với khoảng cách từ 1 mét.

Các xung rộng hơn, phạm vi càng dài nhưng tồi tệ hơn phạm vi phân biệt. Chiều rộng xung 1us sẽ có khoảng 40 km nhưng không thể tách các sự kiện gần nhau hơn 100 m.

Như một hướng dẫn chung, sử dụng xung ngắn nhất sẽ cung cấp phạm vi yêu cầu.

 

13. Trung bình

Giá trị tức thời của chất chống ăn mòn quay trở lại từ sợi là rất yếu và chứa một mức độ ồn cao có xu hướng che dấu tín hiệu trở lại.

Khi tiếng ồn là ngẫu nhiên, biên độ của nó nên trung bình ra số không trong một khoảng thời gian. Đây là ý tưởng đằng sau mạch trung bình.

Các tín hiệu đến được lưu trữ và trung bình trước khi được hiển thị. Số lượng tín hiệu trung bình lớn hơn, thì sạch hơn sẽ là kết quả cuối cùng nhưng chậm hơn sẽ là phản hồi cho bất kỳ thay đổi xảy ra trong quá trình kiểm tra. Quá trình toán học được sử dụng để thực hiện hiệu quả được gọi là bình quân bình phương nhỏ nhất hoặc LSA.

Hình dưới đây cho thấy lợi ích to lớn của việc sử dụng trung bình để giảm hiệu ứng tiếng ồn.

Thỉnh thoảng bạn cần phải chuyển đổi trung bình để xem tín hiệu thời gian thực từ sợi quang để xem các hiệu ứng của việc điều chỉnh các đầu nối vv Đây là một cách dễ dàng để tối ưu hóa kết nối, splices cơ khí, uốn khúc ... Đơn giản chỉ cần nắm chặt nó và xem màn hình OTDR.

 

14. Phạm vi động OTDR

Khi một phản xạ tầm gần, như khởi động Fresnel xảy ra, năng lượng phản xạ không được quá cao nếu không nó có thể làm hỏng mạch nhận OTDR. Mức năng lượng giảm xuống khi ánh sáng di chuyển dọc theo sợi và cuối cùng các phản xạ tương tự ở mức độ tiếng ồn và không còn được sử dụng.

Sự khác biệt giữa giá trị an toàn cao nhất của công suất đầu vào và công suất phát hiện tối thiểu được gọi là dải động của OTDR, cùng với độ rộng xung và tổn thất sợi, xác định phạm vi hữu ích của thiết bị.

Nếu một OTDR được cho là có dải động lực là 36 dB, nó có thể đo khoảng cách chạy 18 km với tổn thất 2 dB / km, hoặc khoảng cách dài 72 km với mức tổn thất 0,5 dB / km hoặc bất kỳ sự kết hợp khác mà nhân lên đến 36 dB.

Hiện tại chúng tôi có bán các sản phẩm máy đo cáp quang otdr yokogawa với chất lượng tốt nhất và giá sản phẩm tốt nhất cho khách hàng.

Video hướng dẫn sử dụng :

MAY DO QUANG OTDR AQ1200