Оптическая рефлектометрия

Как работает оптический рефлектометр?

Оптический рефлектометр посылает световой импульс (световую энергию), генерируемый лазерным диодом, в один конец оптического волокна. Фотодиод измеряет возвращаемую с течением времени световую энергию (отраженную и обратно рассеянную) и преобразует ее в электрические импульсы, усиливает и дискретизирует так, чтобы их можно было отобразить на экране.

Местоположение каждого события и общая длина кабеля рассчитываются с помощью времени прохождения светового импульса через сердцевину волокна в оба конца. Потери рассчитываются с помощью изменения пропорциональной амплитуды обратно рассеиваемого света.

Многие современные рефлектометры автоматически выбирают оптимальные параметры получения данных для конкретного оптоволокна, отправляя тестовые импульсы в рамках процесса автоматической конфигурации. Несмотря на передовые технологии, которые позволяют многим тестовым системам c оптическими рефлектометрами автоматически определять наилучшие параметры для тестирования, по-прежнему важно знать, какие основные настройки используются, и как они могут повлиять на результаты тестирования.

Опторефлектометрия — проводим параллели

Существуют очевидные сходства между оптическим рефлектометром и тестированием сигналов в медных проводах, которое постепенно перестает использоваться из-за того, что сети связи переходят на оптоволокно. Еще один полезный аналог — ультразвуковая технология. 

В аппаратуре для диагностической визуализации неслышимые высокочастотные звуки (20 кГц и выше) генерируются вибрирующими элементами ультразвукового зонда и отражаются в сторону источника для формирования точных изображений органов тела. Точно таким же образом отраженные или рассеянные световые волны рефлектометра позволяют «увидеть» общее состояние сердцевины волокна.

Терминология опторефлектометрии

Для понимания научных основ опторефлектометрии необходимо усвоить несколько базовых понятий, важных для процесса оптической рефлектометрии.

• Затухание

  Снижение мощности оптического сигнала при его передаче. Затухание измеряется в децибелах на километр (дБ/км). Ухудшение сигнала может быть вызвано перегибом, стыками, соединительными элементами или поглощающими свойствами материала и рассеивающими свойствами волокна. См. аттенюаторы VIAVI.

• Обратное рассеяние

  Термин, используемый для описания рассеянного отражения светового излучения в направлении его источника. Объем обратного рассеяния — один из показателей общего затухания в волокне, 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. 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 от одного типа прозрачного материала к другому. Объем отраженного света определяется различием индекса рефракции двух оптоволокон, соединенных путем сращивания, загрязнением стекла оптоволокна, существенными изменениями в разъеме и иными существенными соединениями на протяжении кабеля.

Процесс опторефлектометрии

Для тестирования с помощью оптического рефлектометра необходимо знать основы настройки, программирования, тестирования и составления отчетов.

• Включите рефлектометр и убедитесь, что аккумулятор заряжен, а тестовый дисплей работает.
• Очистите и осмотрите концы тестируемых оптоволоконных кабелей, компенсационные катушки на входе, разъемы и адаптеры.
• Осторожно подключите компенсационную катушку на входе к выходному порту рефлектометра на одном конце и к тестируемому волоконному кабелю на противоположном конце.
• Выберите одну из стандартных процедур тестирования в зависимости от типа сети и условий тестирования или установите/измените параметры тестирования соответствующим образом. Как правило, параметры рефлектометрии включают следующие:
  • Расстояние: определяет расстояние (дистанцию) на основании общей длины оптоволокна
  • Ширина импульса задает продолжительность каждого испускаемого лазерного импульса
  • Время измерения: задает продолжительность подсчета измерений отраженного света
  • Индекс рефракции: сопоставляет индекс материала тестируемого кабеля
  • Настройка пороговых значений потерь для системы и отдельных элементов или «событий»
• Запустите оптический рефлектометр на период времени, необходимый для получения результатов тестирования и «трассировки».
• Сохраните и/или загрузите результаты тестирования, если это необходимо
• Осторожно отсоедините все кабели, разъемы и адаптеры.

Передовые методики оптической рефлектометрии

Перед подключением эталонных кабелей и тестируемого оптоволоконного кабеля для измерения, самое важное — почистить и проверить кабель. Узнайте больше о методе «проверки перед подключением» VIAVI на нашей странице Автоматический анализ качества коннекторов.

Стыкующиеся разъемы между компенсационными катушками на входе, тестируемым волоконным кабелем и рефлектометром должны быть совместимы, чтобы минимизировать отражение. Представьте себе, что распылитель на конце шланга закреплен неплотно или не полностью, из-за чего возникнет утечка воды в сторону, противоположную стыку. Неправильное подключение оптического рефлектометра действует так же, так как воздух между элементами заставляет большой объем света отражаться обратно и перегружает фотодиод.

Другой рекомендуемый передовой метод работы — использовать приемный кабель на дальнем конце волоконно-оптического кабеля. Он служит ориентиром, который помогает точнее измерить общую длину, а также потерю на последнем разъеме в линии. Подробнее об описании оптоволокна.

Лучшие портативные системы тестирования с оптическим рефлектометром обладают простыми функциями, запускаемыми в одно нажатие, и интерфейсами, адаптированными для разных уровней квалификации. Портативная тестовая система волоконно-оптических кабелей VIAVI SmartOTDR обеспечивает повышенную производительность благодаря автоматическому выведению результатов тестирования типа «тест пройден / тест не пройден».

Интерпретация результатов опторефлектометрии

После выполнения опторефлектометрии система отобразит результаты опторефлектометрии в числовом и графическом формате. На графике, который также называется трассой, отображается местонахождение каждого разъема, сращивания или разрыва, в которых четко видны характеристики потери сигнала (в дБ) и отражения по каждому элементу.

Современное оборудование VIAVI для опторефлектометрии, такое как Smart Link Mapper (SLM), 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. Эта функция также содержит настраиваемые рабочие процессы и значки для таких способов применения, как сети FTTH, PON или оптоволоконные кабели в антеннах (FTTA).

Общая длина волокна и потери на канале отобразятся после завершения тестирования. Если изначально задавались пороговые значения потерь, то для каждого элемента кабельной линии будут показаны параметры тест пройден или тест не пройден.

Типы оборудования для опторефлектометрии

Хотя набор функций и стоимость приборов могут существенно различаться, сегодня на рынке имеются три основных типа оборудования для оптической рефлектометрии. 

• Настольные
  Этот термин, как правило, описывает опторефлектометры, используемые в лабораториях и на производственных предприятиях. Настольные устройства могут располагаться на лабораторных рабочих местах или на заводских испытательных площадках; как правило, у них экраны большего размера, у них больше портов расширения для таких сценариев, как тестирование МРО-разъемов, и они подключаются к сети переменного тока. Настольное испытательное оборудование с оптическим рефлектометром можно использовать, когда требуется высокий уровень точности, чувствительности или измерения на больших расстояниях (с присущей ему высокой интенсивностью энергетического импульса).
• 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. Пользовательский интерфейс обычно прост и понятен, поэтому технических специалистов можно легко обучить работе с рефлектометром. Портативные оптические рефлектометры могут также быть оснащены дополнительными инструментами, которые могут применяться для сертификации оптоволоконных кабелей и поиска и устранения неисправностей, такие как визуальный детектор повреждений  (VFL) , измерители оптической мощности (OPM) и компактные микроскопы для анализа оптоволокна. Возможности подключения, в том числе Wi-Fi и Bluetooth, можно использовать для быстрой передачи результатов тестирования и заявок на работу.
• Встроенные и стоечные опторефлектометры
  Встроенные рефлектометры разрабатываются и производятся аналогично многим крупногабаритным электронным инструментам, но они имеют малый форм-фактор, поэтому могут быть легко интегрированы в оборудование для мониторинга сети. Оптические рефлектометры с установкой в стойку объединены с оптическим коммутатором для автоматического переключения между несколькими оптоволоконными кабелями. В рамках таких запрограммированных 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 измеряется в децибелах (дБ) и рассчитывается с помощью определения разницы между начальным уровнем мощности, отраженной от волокна при максимальной ширине импульса, и верхним значением уровня шума детектора. Динамический диапазон определяет максимальную наблюдаемую длину волокна.
• Мертвая зона события
  Мертвая зона по событию (EDZ) - это минимальное расстояние, на котором оптический рефлектометр может обнаружить два отражающих события (обычно между двумя соединениями). В случае, когда события отражения находятся ближе друг в другу, чем EDZ, опторефлектометр покажет их как одно событие.
• 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, сращивание), где можно измерить событие, не являющееся событием отражения (например, сращивание). Мертвая зона по событию, как и мертвая зона по затуханию, зависит от ширины импульса.
• Длины волн
  Оптический рефлектометр отправляет световой импульс, характеристики которого зависят от длины волны, используемой для передачи по оптоволоконному каналу. 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.

Производители оптических рефлектометров

Производство оптических рефлектометров является самым быстрорастущим сегментом рынка оборудования для тестирования оптоволоконных кабелей, поэтому производители рефлектометров постоянно расширяют свою деятельность по всему миру во всех категориях продукции. Вероятнее всего, эта тенденция сохранится. Распространение 5G дает новые возможности, но и создает новые проблемы, так как быстро растет спрос на мониторинг, установку и производство оптоволоконного оборудования. Как ведущий производитель оптических рефлектометров, компания VIAVI может выполнить даже самые сложные требования заказчиков в области безопасности, эффективности и качества продуктов для тестирования.

Калибровка оборудования для опторефлектометрии

Все измерительное оборудование должно периодически калиброваться для отслеживания и исправления смещений и сброса функций к эталонным стандартам. В отраслях, где точность результатов опторефлектометрии имеет первостепенную важность, признается стандарт МЭК 61746, а также TIA/EIA-455-226 (на основе стандарта МЭК).

В стандарте МЭК для соединений «точка-точка» отмечены особые подходы к калибровке точности, линейности, затухания, выводу мощности и задержке. С учетом сложности калибровки опторефлектометров ее лучше проводить производителю оборудования или сертифицированным лабораториям по калибровке.

Будущее опторефлектометрии

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

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.

В течение следующего десятилетия по сетям 5G будут передаваться огромные объемы данных, вырастут умные города, объединенные сетями связи, а увеличивающаяся популярность услуг FTTH увеличит потребность отрасли в эффективном и универсальном тестировании с помощью оптических рефлектометров. Благодаря революционным инновациям в области оптического тестирования, таким как Smart Link Mapper и Smart Acquisition, которые делают тестирование проще, точнее и мощнее, компания VIAVI может удовлетворить будущие потребности в развертывании и обслуживании оптоволоконных сетей.

Блоги об опторефлектометрии

• С сертификатом оптоволокна... Работаете ли вы по-умному?
• 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
• С FTTH/PON... Работаете ли вы по-умному?
• Как уложиться в бюджет — версия для масштабного тестирования оптоволокна

Найдите дополнительные ресурсы, посетив страницы  Тестирование оптоволокна, Пассивные оптические сети (PON), XGS-PON