OTDR adalah instrumen integrasi elektro-optik canggih yang terbuat dari hamburan Rayleigh dan pantulan Fresnel backscattering ketika cahaya ditularkan melalui serat optik. Ini secara luas digunakan dalam pemeliharaan dan pembangunan kabel serat optik. Lakukan pengukuran panjang serat, redaman serat, atenuasi bersama, dan pengukuran lokasi gangguan.
Tes OTDR dilakukan dengan memancarkan pulsa cahaya ke dalam serat dan kemudian menerima informasi yang dikembalikan di port OTDR. Ketika pulsa cahaya merambat di dalam serat, hamburan atau refleksi terjadi karena sifat serat, konektor, sendi, tikungan, atau kejadian serupa lainnya. Beberapa hamburan dan refleksi dikembalikan ke OTDR. Informasi berguna yang dikembalikan diukur oleh detektor OTDR, yang berfungsi sebagai segmen waktu atau kurva di lokasi yang berbeda dalam serat.
Jarak dapat dihitung dari waktu yang diperlukan untuk sinyal ke sinyal kembali untuk menentukan kecepatan cahaya dalam material kaca. Rumus berikut menjelaskan bagaimana OTDR mengukur jarak. d = (c × t) / 2 (IOR) Dalam rumus ini, c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, dan t adalah total waktu setelah sinyal ditransmisikan sampai sinyal diterima (dua arah) (dua nilai dikalikan dengan 2 Setelah jarak satu arah). Karena cahaya lebih lambat dalam gelas daripada di ruang hampa, untuk mengukur jarak secara akurat, serat yang diuji harus menentukan indeks bias (IOR). IOR ditandai oleh produsen serat.
OTDR menggunakan hamburan Rayleigh dan pantulan Fresnel untuk mengkarakterisasi serat. Rayleigh hasil hamburan dari hamburan yang tidak teratur dari sinyal optik sepanjang serat. OTDR mengukur sebagian cahaya yang tersebar kembali ke port OTDR. Sinyal backscatter ini menunjukkan tingkat atenuasi (kerugian / jarak) yang disebabkan oleh serat. Lintasan yang dihasilkan adalah kurva ke bawah, yang menunjukkan bahwa daya hamburan balik menurun, yang disebabkan oleh hilangnya sinyal yang dikirim dan backscattered setelah transmisi pada jarak tertentu.
Mengingat parameter serat, kekuatan hamburan Rayleigh dapat ditentukan. Jika panjang gelombang diketahui, itu sebanding dengan lebar pulsa sinyal: semakin panjang lebar pulsa, semakin kuat daya hamburan balik. Daya hamburan Rayleigh juga terkait dengan panjang gelombang sinyal yang ditransmisikan, dan panjang gelombang yang lebih pendek lebih kuat. Artinya, lintasan yang dihasilkan oleh sinyal 1310 nm akan lebih tinggi daripada backscatter Rayleigh dari lintasan yang dihasilkan oleh sinyal 1550 nm.
Di wilayah panjang gelombang tinggi (lebih dari 1500 nm), hamburan Rayleigh terus menurun, tetapi fenomena lain yang disebut redaman inframerah (atau absorpsi) terjadi, meningkatkan dan menghasilkan peningkatan nilai atenuasi keseluruhan. Oleh karena itu, 1550 nm adalah panjang gelombang atenuasi terendah; ini juga menjelaskan mengapa itu adalah panjang gelombang komunikasi jarak jauh. Secara alami, fenomena ini juga mempengaruhi OTDR. Sebagai OTDR dengan panjang gelombang 1550 nm, ia juga memiliki kinerja atenuasi rendah, sehingga dapat diuji jarak jauh. Sebagai panjang gelombang 1310nm atau 1625nm yang sangat dilemahkan, jarak uji OTDR dibatasi terbatas karena peralatan uji perlu mendeteksi lonjakan tajam dalam jejak OTDR, dan ujung lonjakan ini akan cepat jatuh ke dalam kebisingan.
Refleksi pantulan, di sisi lain, adalah refleksi diskrit yang disebabkan oleh titik-titik individual di seluruh serat. Titik-titik ini terdiri dari faktor-faktor yang menyebabkan perubahan dalam koefisien refraksi, seperti kesenjangan antara kaca dan udara. Pada titik-titik ini, akan ada cahaya backscattered yang kuat dipantulkan kembali. Oleh karena itu, OTDR menggunakan informasi refleksi Fresnel untuk menemukan titik koneksi, terminasi serat atau breakpoint.
OTDR besar memiliki kemampuan untuk sepenuhnya dan secara otomatis mengidentifikasi lingkup serat. Kemampuan baru ini sebagian besar berasal dari penggunaan perangkat lunak analisis canggih yang meninjau sampel OTDR dan membuat tabel kejadian. Tabel kejadian ini menunjukkan semua data terkait lintasan seperti jenis kesalahan, jarak ke kesalahan, atenuasi, return loss, dan hilangnya sambatan.
Prinsip OTDR
1.1 Rayleigh Backscattering
Karena cacat dari serat optik itu sendiri dan inhomogeneity dari komponen doping, hamburan Rayleigh terjadi pada pulsa optik disebarkan dalam serat optik. Sebagian cahaya (sekitar 0,0001% [1]) tersebar kembali ke arah yang berlawanan dari pulsa dan oleh karena itu disebut sebagai backscattering Rayleigh, yang memberikan rincian redaman tergantung panjang.
Refleksi pantulan terjadi pada batas dua media transmisi indeks bias yang berbeda (seperti konektor, sambungan mekanis, fraktur, atau terminasi serat). Fenomena ini digunakan oleh OTDR untuk secara akurat menentukan posisi sepanjang panjang diskontinuitas dalam panjang serat. Ukuran pantulan bergantung pada kerataan permukaan batas dan perbedaan indeks bias. Refleksi Fresnel dapat dikurangi dengan menggunakan cairan pencocokan indeks bias.
Indeks kinerja utama OTDR
Memahami parameter kinerja OTDR berkontribusi pada pengukuran serat OTDR yang sebenarnya. Parameter kinerja OTDR terutama mencakup rentang dinamis, area buta, resolusi, dan akurasi.
2.1 rentang Dinamis
Rentang dinamis adalah salah satu indikator kinerja utama OTDR, yang menentukan panjang maksimum yang dapat diukur dari serat. Semakin besar rentang dinamis, semakin baik jenis garis kurva dan semakin panjang jarak terukur. Jangkauan Dinamis Saat ini tidak ada metode penghitungan standar yang seragam [1]. Definisi rentang dinamis yang umum digunakan terutama mencakup empat hal berikut:
1 Definisi IEC (Bellcore): Salah satu definisi rentang dinamis yang umum digunakan. Perbedaan dB antara tingkat backscatter di awal dan tingkat puncak kebisingan diambil. Kondisi pengukuran adalah lebar pulsa maksimum OTDR dan waktu pengukuran 180 detik.
2RMS Definisi: Definisi rentang dinamis yang paling umum digunakan. Ambil perbedaan dalam dB antara tingkat backscatter awal dan tingkat kebisingan RMS. Jika tingkat kebisingan adalah Gaussian, nilai RMS yang didefinisikan adalah sekitar 1,56 dB lebih tinggi dari nilai yang ditentukan IEC.
3N = 0.1dB Definisi: Metode definisi yang paling praktis. Ambil nilai atenuasi maksimum yang diijinkan yang dapat mengukur kehilangan event 0.1dB. Nilai N = 0.1dB yang ditentukan kira-kira 6.6dB lebih kecil daripada RMS mendefinisikan rasio sinyal-ke-suara SNR = 1, yang berarti bahwa jika OTDR memiliki rentang dinamis 30dB RMS, N = 0.1dB mendefinisikan rentang dinamis hanya 23.4dB, yang berarti hanya Kerugian dengan 0,1 dB kerugian yang diukur selama rentang redaman 23,4dB.
Deteksi akhir: Perbedaan dB antara pantulan Fresnel 4% pada awal serat dan tingkat kebisingan RMS, yaitu sekitar 12 dB lebih tinggi dari definisi IEC.
2.2 Deadzone
"Blind zone" juga disebut "dead zone" dan mengacu pada bagian di mana kurva OTDR tidak dapat mencerminkan keadaan garis serat optik dalam rentang jarak tertentu di bawah pengaruh pantulan Fresnel. Fenomena ini terutama terjadi karena sinyal pantulan Fresnel pada sambungan serat membuat photodetektor jenuh, yang membutuhkan waktu pemulihan tertentu. Zona mati dapat terjadi di bagian depan panel OTDR, atau pada pantulan Fresnel lainnya pada sambungan serat optik.
Bellcore mendefinisikan dua zona mati [2]: Attenuation blind zone (ADZ) dan Event blind zone (EDZ). Atenuasi blind zone mengacu pada jarak minimum antara dua peristiwa refleksi ketika masing-masing kerugian dapat diukur masing-masing. Umumnya, zona buta atenuasi adalah 5-6 kali lebar pulsa (ditunjukkan oleh jarak); zona buta acara berarti bahwa dua peristiwa refleksi masih dapat dibedakan. Pada jarak minimum, jarak ke masing-masing acara dapat diukur, tetapi kerugian individu dari setiap peristiwa tidak dapat diukur.
2.3 Resolusi
OTDR memiliki empat indikator resolusi utama: resolusi sampel, resolusi layar (juga disebut resolusi pembacaan), resolusi acara, dan resolusi jarak. Resolusi pengambilan sampel adalah jarak minimum antara dua titik pengambilan sampel, yang menentukan kemampuan OTDR untuk menemukan peristiwa. Resolusi pengambilan sampel terkait dengan pilihan lebar pulsa dan ukuran jangkauan jarak. Resolusi layar adalah nilai minimum yang dapat ditampilkan instrumen. OTDR membagi setiap interval sampling dengan sistem mikroprosesing sehingga kursor dapat bergerak dalam interval sampling. Jarak terpendek yang kursornya bergerak adalah resolusi layar horizontal dan resolusi tampilan vertikal atenuasi minimum yang ditampilkan.
Resolusi acara mengacu pada ambang OTDR untuk mengidentifikasi titik kejadian dalam tautan yang sedang diuji, yaitu nilai bidang kejadian (ambang deteksi). OTDR memperlakukan perubahan kejadian lebih kecil dari ambang ini sebagai titik perubahan kemiringan seragam di kurva. Resolusi acara ditentukan oleh ambang resolusi fotodioda, yang menentukan redaman minimum yang dapat diukur berdasarkan dua tingkat daya dekat. Resolusi jarak mengacu pada jarak terpendek antara dua titik peristiwa yang berdekatan yang dapat diselesaikan oleh instrumen. Indeks ini mirip dengan blind spot acara, dan terkait dengan lebar pulsa dan parameter indeks bias.
Penggunaan OTDR
OTDR dapat melakukan pengukuran berikut:
* Untuk setiap peristiwa: jarak, kehilangan, refleksi
* Untuk setiap segmen serat: panjang segmen, kerugian segmen dB atau dB / Km, return loss segmen (ORL)
* Untuk seluruh sistem terminal: panjang rantai, rantai rugi dB, rantai ORL
Pengukuran serat dengan OTDR dapat dibagi menjadi tiga langkah: pengaturan parameter, akuisisi data, dan analisis kurva.
3.1 Pengaturan Parameter
Kebanyakan serat tes OTDR secara otomatis memilih parameter akuisisi terbaik dengan mengirimkan pulsa uji. Pengguna hanya perlu memilih panjang gelombang, waktu akuisisi, dan parameter serat yang diperlukan (seperti indeks bias, koefisien hamburan, dll.). Diperlukan sejumlah waktu tertentu untuk mendapatkan parameter secara otomatis, sehingga operator dapat secara manual memilih parameter pengukuran di bawah kondisi pengukuran yang diketahui.
3.1.1 Pemilihan Panjang Gelombang
Perilaku sistem optik secara langsung berkaitan dengan panjang gelombang transmisi. Panjang gelombang yang berbeda memiliki karakteristik atenuasi yang berbeda dari serat optik dan perilaku yang berbeda dalam koneksi serat optik: Dalam serat optik yang sama, 1550 nm lebih sensitif terhadap lentur daripada serat optik 1310 nm, dan redaman 1550 nm lebih kecil dari panjang unit 1310 nm. Solder atau kehilangan konektor lebih tinggi pada 1310 nm dibandingkan pada 1550 nm. Untuk alasan ini, tes serat optik harus sama dengan panjang gelombang yang ditransmisikan oleh sistem, yang berarti bahwa sistem optik 1550 nm perlu memilih panjang gelombang 1550 nm.
3.1.2 Lebar Pulsa
Lebar pulsa mengontrol daya optik yang disuntikkan ke serat oleh OTDR. Semakin panjang lebar pulsa, semakin besar rentang pengukuran dinamis. Ini dapat digunakan untuk mengukur serat jarak yang lebih jauh, tetapi pulsa yang panjang juga akan menghasilkan zona buta yang lebih besar dalam bentuk gelombang kurva OTDR; tingkat cahaya injeksi pulsa pendek Rendah tetapi dapat mengurangi titik-titik buta. Periode lebar pulsa biasanya dinyatakan dalam ns, dan dapat juga dinyatakan dalam satuan panjang (m) sesuai dengan rumus (4). Sebagai contoh, nadi 100 ns dapat diartikan sebagai pulsa "10 m".
3.1.3 Rentang Pengukuran
Rentang pengukuran OTDR mengacu pada jarak maksimum yang diperoleh OTDR sampel data. Pilihan parameter ini menentukan ukuran resolusi sampling. Rentang pengukuran biasanya diatur ke jarak 1 hingga 2 kali panjang serat yang akan diukur.
3.1.4 Waktu rata-rata
Karena sinyal cahaya backscattered sangat lemah, metode rata-rata statistik umumnya digunakan untuk meningkatkan rasio signal-to-noise. Semakin lama waktu rata-rata, semakin tinggi rasio signal-to-noise. Sebagai contoh, akuisisi 3 menit akan 0.8 dB lebih dinamis daripada perolehan 1 menit. Namun, waktu akuisisi lebih dari 10 menit tidak meningkatkan rasio signal-to-noise. Waktu rata-rata tidak melebihi 3 menit.
3.1.5 Parameter Serat
Pengaturan parameter serat mencakup pengaturan indeks bias n dan koefisien backscatter η. Parameter indeks bias terkait dengan pengukuran jarak, dan koefisien backscatter mempengaruhi hasil pengukuran refleksi dan return loss. Kedua parameter ini biasanya diberikan oleh produsen serat optik. Untuk sebagian besar jenis serat optik, indeks bias dan koefisien backscatter yang diberikan pada Tabel 2 dapat memperoleh pengukuran jarak dan pengembalian kembali yang lebih akurat.
Pengalaman dan keterampilan
(1) Identifikasi sederhana dari kualitas serat:
Dalam keadaan normal, kurva OTDR kurva uji badan utama (satu atau beberapa kabel serat optik) pada dasarnya sama, jika bagian tertentu dari kemiringan lebih besar, itu menunjukkan bahwa pelemahan bagian ini lebih besar; Jika tubuh kurva bentuknya tidak beraturan, kemiringannya berfluktuasi, Jika dibengkokkan atau dilengkung, itu menunjukkan bahwa kualitas serat optik terdegradasi secara serius dan tidak memenuhi persyaratan komunikasi.
(2) pemilihan panjang gelombang dan tes bidirectional tunggal:
Panjang gelombang 1550 lebih jauh dari tes. The 1550 nm lebih sensitif terhadap lentur dari 1310 nm. The 1550 nm lebih kecil dari unit 1310 nm, dan 1310 nm lebih tinggi dari 1550 nm atau konektor. Dalam pekerjaan pemeliharaan kabel optik sebenarnya, kedua panjang gelombang umumnya diuji dan dibandingkan. Untuk fenomena gain positif dan jarak terlalu jauh, analisis uji dua arah harus dilakukan untuk memperoleh kesimpulan uji yang baik.
(3) pembersihan bersama:
Sebelum konektor serat optik terhubung ke OTDR, harus hati-hati dibersihkan, termasuk konektor output OTDR dan konektor hidup yang sedang diuji. Jika tidak, kerugian penyisipan terlalu besar, pengukuran tidak dapat diandalkan, kurva berisik atau bahkan pengukuran tidak dapat dilakukan, dan mungkin juga merusak OTDR. Hindari agen pembersih selain cairan atau cairan pencocokan indeks bias karena mereka dapat melarutkan binder di konektor serat optik.
(4) Koreksi indeks bias dan koefisien hamburan: Untuk pengukuran panjang serat optik, deviasi 0,01 dari indeks bias akan menyebabkan kesalahan sebanyak 7m / km. Untuk segmen cahaya yang lebih panjang, indeks bias yang disediakan oleh produsen kabel harus digunakan. nilai.
(5) Pengakuan dan pengolahan hantu:
Lonjakan pada kurva OTDR terkadang disebabkan oleh gema yang disebabkan oleh refleksi yang dekat dan kuat dari ujung insiden. Lonjakan ini disebut ghosting. Pengakuan hantu: Hantu-hantu di tikungan tidak menyebabkan kerugian yang signifikan; jarak antara hantu dan awal kurva adalah kelipatan jarak antara peristiwa refleksi kuat dan awal, menjadi simetris. Hilangkan ghosting: Pilih lebar pulsa pendek dan tambahkan atenuasi ke ujung depan pantulan yang kuat (seperti output OTDR). Jika peristiwa yang menyebabkan ghosting berada di ujung serat, "tikungan kecil" dapat dibuat untuk menipiskan cahaya yang dipantulkan kembali ke awal.
(6) Pemrosesan fenomena gain positif:
Kenaikan positif dapat terjadi pada jejak OTDR. Kenaikan positif adalah karena fakta bahwa serat setelah titik sambatan menghasilkan lebih banyak astigmatisme belakang daripada serat sebelum titik sambatan. Faktanya, serat adalah sambatan-rugi pada titik sambatan ini. Sering terjadi dalam proses pengelasan serat dengan diameter medan mode yang berbeda atau koefisien backscatter yang berbeda. Oleh karena itu, perlu mengukur dalam dua arah dan rata-rata hasil sebagai hilangnya sambatan. Dalam pemeliharaan kabel optik yang sebenarnya, ≤0.08dB juga dapat digunakan sebagai prinsip penerimaan yang sederhana.
(7) Penggunaan serat optik tambahan:
Serat tambahan adalah sepotong serat yang digunakan untuk menghubungkan OTDR dengan serat yang akan diukur dan memiliki panjang 300-2000 m. Fungsi utamanya adalah: front-end blind zone processing dan pengukuran penyisipan terminal konektor.
Secara umum, zona mati yang disebabkan oleh konektor antara OTDR dan serat yang diuji adalah yang terbesar. Dalam pengukuran sebenarnya dari serat optik, serat optik transisi ditambahkan antara OTDR dan serat optik untuk diuji sehingga zona mati front-end jatuh dalam serat optik transisi, dan awal serat optik yang akan diuji. jatuh di wilayah stabil linear kurva OTDR. Hilangnya penyisipan konektor pada awal sistem serat dapat diukur dengan menambahkan serat transisi ke OTDR. Jika Anda ingin mengukur hilangnya penyisipan konektor di kedua ujungnya, Anda dapat menambahkan serat transisi di setiap ujungnya.
Faktor utama dari kesalahan pengujian
1) Penyimpangan yang melekat pada instrumen uji OTDR
Menurut prinsip uji OTDR, itu mentransmisikan pulsa optik ke serat optik yang diuji sesuai dengan periode tertentu, dan kemudian sampel, quantizes, kode, dan menyimpan sinyal backscattered dari serat optik pada tingkat tertentu. Instrumen OTDR itu sendiri memiliki kesalahan karena interval sampling, yang terutama tercermin dalam resolusi jarak. Resolusi jarak OTDR sebanding dengan frekuensi sampling.
2) Kesalahan karena operasi instrumen pengujian yang tidak tepat
Dalam uji lokasi sesar kabel, kebenaran penggunaan meter OTDR berhubungan langsung dengan keakuratan uji hambatan. Pengaturan parameter dan akurasi instrumen, pemilihan kisaran meter yang tidak tepat, atau pengaturan kursor yang tidak akurat akan menyebabkan kesalahan dalam hasil pengujian.
(1) Atur kesalahan yang disebabkan oleh deviasi indeks bias dari meter
Indeks bias berbagai jenis dan produsen serat optik berbeda. Ketika menggunakan OTDR untuk menguji panjang serat, parameter instrumen harus diatur terlebih dahulu, dan pengaturan indeks bias adalah salah satunya. Ketika indeks bias beberapa segmen kabel berbeda, metode segmentasi dapat digunakan untuk mengurangi kesalahan tes yang disebabkan oleh kesalahan pengaturan indeks bias.
(2) Pemilihan rentang pengukuran yang tidak tepat
Ketika pengukuran jarak tes meteran OTDR adalah 1 meter, itu berarti bahwa angka tersebut hanya dapat diperbesar ketika skala horizontal adalah 25 meter per grid. Desain meter adalah satu sel penuh dengan 25 langkah per kursor. Dalam hal ini, setiap gerakan kursor berarti jarak 1 meter, sehingga resolusi pembacaannya adalah 1 meter. Jika Anda memilih 2 km / div untuk skala horizontal, kursor akan bergeser 80 meter untuk setiap gerakan kursor. Dapat dilihat bahwa semakin besar rentang pengukuran yang dipilih selama tes, semakin besar penyimpangan dari hasil tes.
(3) Pemilihan lebar pulsa yang tidak tepat
Di bawah kondisi amplitudo pulsa yang sama, semakin besar lebar pulsa, semakin besar energi nadi. Pada saat ini, rentang dinamis OTDR juga lebih besar, dan area buta yang sesuai juga besar.
(4) Pemilihan waktu rata-rata yang tidak tepat
Kurva uji OTDR sampel sinyal yang dipantulkan setelah setiap pulsa output dan rata-rata beberapa sampel untuk menghilangkan beberapa kejadian acak. Semakin lama waktu rata-rata, semakin dekat tingkat kebisingan ke nilai minimum dan semakin besar rentang dinamis. Semakin lama waktu rata-rata, semakin tinggi akurasi tes, tetapi akurasi tidak akan meningkat ketika mencapai tingkat tertentu. Untuk meningkatkan kecepatan tes dan mempersingkat waktu tes secara keseluruhan, waktu tes umum dapat dipilih dalam 0,5 hingga 3 menit.
(5) Penempatan kursor yang tidak tepat
Terobosan dalam konektor serat optik, splices mekanik, dan serat dapat menyebabkan kerugian dan refleksi, dan wajah akhir yang rusak dari ujung serat dapat menghasilkan berbagai pantul refleksi puncak atau tidak ada pantulan Fresnel karena ketidakteraturan wajah akhir. Jika pengaturan kursor tidak cukup akurat, akan ada beberapa kesalahan.
