Опторефлектометрия

Как работает оптический рефлектометр?

Оптический рефлектометр излучает оптические импульсы, генерируемые лазерным диодом, в оконечность оптоволокна. Фотодиод измеряет возвращаемую с течением времени световую энергию (отраженную и обратно рассеянную) и преобразует их в значения электрического характера, усиливает и дискретизирует так, чтобы их можно было отобразить на экране.

Рефлектометры определяют расположение и потери на пассивных элементах оптической сети, которые также называются «событиями». Расположение или удаление до каждого события рассчитывается на основании времени прохождения светового импульса в двух направлениях по оптоволокну. Потеря рассчитывается на основании величины амплитуд возвращаемого сигнала (эффект обратного рассеяния).

Большинство современных рефлектометров автоматически выбирают оптимальные параметры получения данных для конкретного оптоволокна, отправляя тестовые импульсы в рамках процесса автоматической конфигурации.

Опторефлектометрия — проводим параллели

Очевидно, что между опторефлектометрией и тестированием сигнала на медных кабелях, которые с развитием технологий были заменены на оптоволокно, имеются очевидные параллели. В то же время, для визуализации процесса опторефлектометрии в качестве аналога лучше использовать технологию ультразвуковых исследований.

В аппаратуре для диагностической визуализации неслышимые высокочастотные звуки (20 кГц и выше) генерируются вибрирующими элементами ультразвукового зонда. Эти звуковые волны, во многом аналогичные световым импульсам, могут поглощаться, отражаться в направлении источника или распространяться в разных направлениях в зависимости от расстояния от зонда и особенностей анализируемого материала. Частота, направление и интенсивность звуковых волн, возвращающихся в зонд, обеспечивает достаточный объем данных для формирования точных и подробных изображений внутренней анатомической структуры.

Терминология опторефлектометрии

Для понимания научных основ опторефлектометрии необходимо усвоить несколько базовых понятий, неразрывно связанных с процессом опторефлектометрии.

• Затухание

  Снижение мощности светового сигнала при его передаче. Затухание измеряется в децибелах на километр (дБ/км). Снижение уровня сигнала может быть вызвано склейками, разъемами или собственными потерями оптоволокна. При оценке общей производительности системы необходимо понимать уровень затухания в ней.

• Обратное рассеяние

  Термин, используемый для описания рассеянного отражения светового излучения в направлении его источника. Объем обратного рассеяния — один из показателей общего затухания, так как свет, обращенный в сторону источника излучения, отражает потерю интенсивности сигнала нисходящего потока. При опторефлектометрии объем обратно рассеиваемого света составляет всего около одной миллионной от тестового импульса.

• Отражение

  Показатель пропорции света, попадающей на отражающую поверхность. В отличие от обратно рассеянного света, отраженный свет возвращается непосредственно к источнику излучения, а не распространяется в разные стороны. Разъемы и склейки являются источниками отражений, что позволяет при правильной организации рефлектометрии определять местоположение, изменения состояния и потери сигнала, связанные с этими элементами.

• Рефракция

  Рефракция — преломление светового излучения при переходе из одного типа материала к другому. Объем отраженного света определяется различием индекса рефракции индекса рефракции двух оптоволокон, соединенных путем склейки, загрязнением стекла оптоволокна, существенными изменениями в разъеме и иными существенными соединениями на протяжении кабеля.

Процесс опторефлектометрии

Процесс опторефлектометрии зависит от типа оборудования и тестируемого волоконно-оптического кабеля, а также от целей теста. В то же время, для любой сферы применения есть общепринятые процедуры опторефлектометрии.

• Эталонные кабели

  Прежде всего, перед подключением любого устройства к эталонным кабелям и к тестируемому оптоволокну, следует проверить каждый разъем, заимствуемый при измерении (порты рефлектометра, эталонных кабелей, коммутационных панелей и пр.). Подробнее о методологии VIAVI Inspect Before You Connect см. на странице Проверка оптоволокна.

  Следующим этапом подготовки к опторефлектометрии является правильное соединение входных и принимающих кабелей на каждом конце оптоволоконного соединения. Входной кабель соединяет рефлектометр и оптоволокно, и используется для стабилизации тестового импульса, а также для того, чтобы рефлектометр мог восстановиться после его передачи, распознав первый разъем тестируемого оптоволокна. Стыкующийся разъем должен быть совместимым для минимизации отражений от стыка. Представьте себе, что распылитель на конце шланга закреплен неплотно или не полностью, из-за чего возникнет утечка воды в сторону, противоположную стыку. Аналогичная ситуация может возникнуть при опторефлектометрии, если некачественное соединение и/или воздух между разъемом и концом кабеля приводит к повышенному отражению лазерного света. Низкое качество разъемов входного кабеля и аналогичные условия вызывают перегрузку приемника рефлектометра и вызывают существенное падение мощности лазерного импульса, направляемого в тестируемую кабельную линию, следовательно, вы сможете «увидеть» или описать только короткую изначальную секцию этого кабеля. Принимающий кабель в конце служит ориентиром, который помогает точнее измерить общую длину, а также потерю последнего разъема на линии. Подробнее об описании оптоволокна.

• Параметры опторефлектометрии

  Потенциал современных рефлектометров реализуется более полно, если понимать параметры тестирования, которые имеют рефлектометры, и оптимизировать их для повышения разрешения и точности. Как правило, параметры рефлектометрии включают следующие:

  • Расстояние: определяет расстояние (дистанцию) на основании общей длины оптоволокна
  • Ширина импульса: задает продолжительность каждого испускаемого лазерного импульса
  • Время захвата: задает продолжительность подсчета измерений отраженного света
  • Индекс рефракции: сопоставляет индекс материала тестируемого кабеля

  В общем случае уровень разрешения, которого можно достичь настройками оборудования, определяется длиной кабельной линии. Тестирование более длинной кабельной линии может ухудшить чувствительность. Увеличение времени замера также может улучшить разрешение за счет повышения соотношения сигнал/шум, таким образом «выравнивая» данные, представленные на тестовом графике.

  Во время настройки опторефлектометрии можно заранее запрограммировать пороги потерь по системе в целом, а также по каждому отдельному разъему и склейке. Они могут основываться на отраслевых или проектных стандартах рефлектометрии. Чтобы отмечать виртуальные точки начала и окончания тестов, можно использовать системные маркеры.

• Автоматическое выполнение опторефлектометрии

  Хотя многие модели опторефлектометров имеют функцию «автотестирования», которая позволяет устройству автоматически определять оптимальные настройки для вашей системы, важно понимать, что представляют собой эти настройки и как они могут повлиять на ваши результаты. В более новых моделях приборов функция автотестирования использует несколько импульсов различной ширины, отбирая оптимальные, для правильного описания событий закрытия в начале канала, склеек или разветвителей в средней и конечных секциях оптоволоконного соединения. Хотя эта функция может значительно сэкономить время, необходимое на настройку, она в чем-то похожа на автофокус фотоаппарата, а в руках профессионального фотографа ее возможности можно существенно расширить.

Интерпретация результатов опторефлектометрии

После выполнения опторефлектометрии система отобразит результаты опторефлектометрии в числовом и графическом формате. Ось х отражает расстояние, а ось у — потерю сигнала в децибелах. На графике, который также называется трассой, отображается местонахождение каждого разъема, склейки или разлома, в которых четко видны характеристики потери сигнала и отражения по каждому элементу. Современное оборудование для опторефлектометрии превращает трассировку в графическое линейное представление с удобными для восприятия значками для каждого элемента и события, а также немедленным отображением информации в виде «тест пройден / тест не пройден» и названием каждого компонента.

Типы оборудования для опторефлектометрии

Хотя набор функций и стоимость приборов могут существенно различаться, сегодня на рынке имеются два основных типа оборудования для опторефлектометрии.

• Настольные

  Этот термин, как правило, описывает опторефлектометры, используемые в лабораториях и на производственных предприятиях. Настольные приборы могут располагаться на лабораторных рабочих местах или на заводских испытательных площадках; как правило, у них экраны большего размера, и они подключаются к сети переменного тока. Опторефлектометры этого типа могут также иметь возможности расширения в виде портов для модулей, подключаемых к основной плате, например оптических коммутаторов для тестирования МРО. Хотя такие устройства, как правило, дороже, их использование оправдано, если необходима более высокая точность, чувствительность или измерение более длинных кабельных линий (с большей интенсивностью импульсов).

• Портативные оптические рефлектометры

  Как подсказывает само название, портативные рефлектометры отличаются небольшой массой (менее 1 кг), компактностью, имеют питание от батареи и оптимизированы для использования в полевых условиях. Соотношение цена/производительность позволяет использовать их подрядчиками и специалистами по монтажу оптоволокна при строительстве, сертификации и поиске неисправностей оптических кабелей широкого спектра применения. Интерфейс таких устройств, как правило, прост и удобен, чтобы техники могли пользоваться ими и понимать результаты опторефлектометрии после минимального обучения. Различные коммуникационные возможности, например Wi-Fi или Bluetooth, упрощают задачи получения заказ-нарядов и передачи результатов тестов.

• Встроенные и стоечные опторефлектометры

  Встроенные опторефлектометры имеют размер печатной платы. Их конструкция предусматривает миниатюрные размеры, благодаря чему они помещаются в сетевое оборудование или системы контроля. Для оптимизации стоимости они обычно производятся в больших объемах, как электронные компоненты. Рост потребности постоянного профилактического контроля оптоволоконной инфраструктуры делает их незаменимым компонентом будущего. Опторефлектометры, устанавливаемые в стойку Опторефлектометры, устанавливаемые в стойку, имеют встроенный оптический коммутатор, чтобы автоматически переключаться между оптоволоконными кабелями при выполнении процедур. В рамках таких процедур приоритет может отдаваться основным оптоволоконным линиям или важным клиентам. Эти средства мониторинга волокна могут использоваться как для наблюдения в процессе эксплуатации, так и за неиспользуемым темным волокном.

Технические характеристики опторефлектометра

Важно понимать технические характеристики опторефлектометра, чтобы выбрать прибор, соответствующий поставленной задаче.

• Динамический диапазон

  Динамический диапазон — одна из наиболее важных характеристик опторефлектометра, так как определяет максимальную наблюдаемую длину оптоволокна. Чем больше динамический диапазон, тем больше соотношение сигнал/шум и лучше выполняется трассировка и выявление событий. Определить динамический диапазон относительно непросто, так как единого метода расчета, который использовали бы все производители, не существует. Динамический диапазон определяется как разница между экстраполированной точкой уровня обратного рассеяния в начале оптоволокна и верхней границей уровня шума по окончании оптоволокна. Динамический диапазон измеряется в децибелах (дБ). Измерение выполняется в течение трех минут, а результаты усредняются.

• Мертвая зона события

  Мертвая зона события (EDZ) — минимальное расстояние, разделяющее два последовательных ненасыщенных события отражения (как правило, два соединения). В случае, когда события отражения находятся ближе друг в другу, чем EDZ, опторефлектометр покажет их как одно событие. EDZ зависит от ширины импульса. Чем она меньше, тем меньше EDZ.

• Мертвая зона по затуханию

  Мертвая зона по затуханию (ADZ) определяется в стандарте МЭК 61745 как минимальное расстояние после события отражения (например, соединение) или затухания (например, склейка), где можно измерить событие, не являющееся событием отражения (например, склейка). Если события находятся ближе друг в другу, чем ADZ, опторефлектометр покажет их как одно. ADZ зависит от ширины импульса. Чем она меньше, тем меньше ADZ.

• Длины

  Опторефлектометрия выполняется с использованием определенной длины волны. Как правило, для многорежимного оптоволокна используются волны длины 850 и 1300 нм, а для однорежимного — 1310, 1550 и 1625 нм. Фильтрованные длины волны 1625 и 1650 нм могут использоваться для технического обслуживания во избежание интерференции с трафиком. Волны длиной C-/D-WDM используются для запуска в эксплуатацию, модернизации и поиска неисправностей в однорежимных оптоволоконных соединениях с каналами C- или D-WDM.

Калибровка оборудования для опторефлектометрии

Все измерительное оборудование должно регулярно калиброваться для отслеживания и исправления смещений и сброса соответствующих функций к эталонным стандартам. Хотя некоторые предпочитают в качестве «золотого стандарта» кабель Golden Fibre, созданный NPL, другие предложили подход к калибровке, основанный на электро-оптической имитации, не требующий физического эталона.

Будущее опторефлектометрии

Перед производителями всегда стоит задача расширения функциональности, повышения точности и разрешения при более низкой цене. Улучшение алгоритмов автоматического тестирования опторефлектометров может снизить входной барьер для техников и сделает приборы более популярными. Аналогичным образом, улучшения, связанные с преодолением проблем перегрузки по отражениям, свойственные более коротким кабельным линиям, позволят появиться технологии опторефлектометрии в новых областях.

Технология оптоволокна, побочного продукта традиционного производства стекла методом вытягивания, в сочетании с современными инновациями превратилась в новый революционный способ удовлетворения потребностей глобального сообщества в связи. С ростом потребности в передаче данных по волоконно-оптическим сетям, возможности опторефлектометрии должны и далее расширяться для того, чтобы им соответствовать.

Без такой технологии, как опторефлектометрия, оптоволокно было бы невозможно использовать в целом ряде случаев. Способность «увидеть» изнутри оптоволоконный кабель толщиной не более человеческого волоса стало не только невероятным достижением, но и практической необходимостью.

Блоги об опторефлектометрии

• Насколько грамотен ваш подходк сертификации оптоволокна?
• Результаты опторефлектометрии — не повод прекращать тестирование оптоволокна
• Насколько грамотно вы подходите к опторефлектометрии?
• Два подхода к двукратному сокращению временных затрат на тестирование оптоволокна
• Тестирование оптоволокна — правильный взгляд на вещи
• Насколько грамотен ваш подходк FTTH/PON?
• Как уложиться в бюджет — версия для масштабного тестирования оптоволокна