Рефлектометр для проверки оптического кабеля

Как выбрать оптимальный оптический рефлектометр и не потратить много денег

Бурное развитие волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) в последние десятилетия потребовало простых надежных приборов для диагностики оптических коммуникаций. Оптический рефлектометр (OTDR) — одно из самых распространенных устройств для проверки ВОЛС и обнаружения проблемных мест в оптоволоконных линиях связи. По каким критериям следует выбирать рефлектометр, чтобы он исправно выполнял свои функции и при этом не требовал чрезмерных финансовых вложений?

Рефлектометр — сила света

Рефлектометр направляет пучок лазерного излучения в оптоволокно, а затем измеряет параметры отраженного света, и таким образом анализирует характеристики оптического волокна. Так можно не только обнаружить, но и локализовать место разнообразных повреждений ВОЛС: плохой коннектор или разъем, излом кабеля, потери света, места плохой сварки и т. д.

Это очень эффективная технология, но у нее есть два серьезных ограничения. Прежде всего, зондирующий импульс рефлектометра отражается от всех коннекторов, включая первый, из-за чего «засветка» создает мертвую зону, в которой измерения невозможны. Данная проблема решается с помощью дополнительного отрезка оптического волокна (компенсационной катушки), который подключается к тестируемой линии. Мертвая зона приходится на это волокно, и линию можно тестировать целиком. Необходимо учесть протяженность линий, которые предполагается измерять, и выбрать правильную длину компенсационной катушки, — иногда длина может достигать нескольких километров.

Возможности рефлектометра и разные дизайны контейнеров для компенсационной катушки

Второе ограничение связано с тем, что разные типы оптоволокна имеют наибольший коэффициент отражения света на разных длинах волн. Разумеется, лучшим выбором кажется наиболее универсальный прибор, который может работать в широком диапазоне длин волн, например, от 850 нм до 1650 нм. В частности, универсальная измерительная платформа VIAVI MTS-8000 и набор модулей, способных решить практически любую задачу анализа ВОЛС.

Однако надо помнить, что расширение возможностей резко увеличивает стоимость прибора. При этом не всегда эти возможности необходимы. Часто для проверки, и даже паспортизации ВОЛС последней мили достаточно более простых решений, таких как оптический рефлектометр с функцией тестера и визуализатора повреждений Greenlee 930XC-20C-UPC-FC. А с задачами локализации повреждений на небольших ВОЛС справятся и бюджетные приборы отечественного производства, например КБ Связь Квант.

Рефлектометры VIAVI MTS-8000, Greenlee 930XC-20C-UPC-FC и КБ Связь Квант

Аналогичным образом обстоит дело с динамическим диапазоном — мощностью сигнала рефлектометра и его способностью обнаружить даже незначительное затухание оптического сигнала. На протяженных ответственных линиях это может обернуться серьезным ухудшением эффективности ВОЛС. Поэтому для их проверки используются более дорогие рефлектометры с широким динамическим диапазоном. В целом, для надежного тестирования достаточно рефлектометра с диапазоном примерно на 6 Дб больше, чем потери самой длинной оптической коммуникационной линии, которую придется обслуживать с помощью данного рефлектометра.

Это главные аспекты, которые необходимо учитывать в первую очередь при выборе рефлектометра. Однако на рынке множество моделей рефлектометров, и не всегда просто сделать выбор. К счастью, есть простой набор вопросов, ответив на которые, можно получить «портрет» прибора, лучше всего подходящие для определенного набора задач.

Правильные вопросы для выбора оптического рефлектометра

В первую очередь необходимо ответить на вопросы по использованию нового рефлектометра:

• какие сети и тип оптоволокна будут тестироваться, например, многомодовое или одномодовое;
• какую максимальную длину ВОЛС планируется проверять;
• какие измерения ожидаются (для паспортизации ВОЛС, устранение неисправностей, регулярное техобслуживание)?

Ответ на эти вопросы уже значительно сузит круг поиска подходящего рефлектометра. Например, для многомодового оптоволокна используются длины волн 850 нм и 1300 нм, для одномодовых — 1310 нм, 1550 нм, а в случае тестирования PON дополнительно к 1310 нм и 1550 нм могут понадобиться длины волн 1490 нм и 1625 нм.

Если основной задачей рефлектометра является локализация повреждений, то покупка дорогого прибора может стать пустой тратой денег.

Однако в случае необходимости детальной диагностики ВОЛС и её паспортизации необходимо обращать внимание на профессиональные рефлектометры с большим динамическим диапазоном, малыми мертвыми зонами и хорошим ПО для обработки рефлектограмм и формирования отчета.

Также обязательно надо учесть аспекты непосредственно использования рефлектометра. В частности, размер и вес рефлектометра напрямую связаны с мобильностью бригады. Приборы с большим экраном (более 5”) чаще всего выбирают для работы в помещении или в составе передвижной лаборатории. Портативные приборы используются специалистами для работы на городских сетях. Такие приборы должны быть выполнены во влагозащищенном корпусе и иметь широкий диапазон рабочих температур.

Минимальное время работы на одной зарядке батарей желательно не менее 8 часов, чтобы выход для замеров не растянулся на два рабочих дня. Существенно сэкономит время возможность записи данных на цифровые носители для последующего анализа на компьютере.

Нередко в один корпус может быть вмонтировано несколько приборов: рефлектометр, тестер, визуализатор повреждений, анализатор оптического спектра, анализатор дисперсии и т.д.

Важным параметром является возможность расширения функциональных возможностей и обновления ПО рефлектометра в процессе эксплуатации, а значит, более дорогостоящее модульное решение в ряде случаев может быть более выгодной покупкой в долгосрочной перспективе.

Выводы

Рефлектометр — один из ключевых элементов обеспечения надежного функционирования ВОЛС. Поэтому правильный выбор данного устройства поддержит бесперебойную работу линий связи. Главное, при выборе рефлектометра рассмотреть все перечисленные выше аспекты использования, чтобы покупка оказалась действительно полезной и не привела к избыточным тратам.

Источник

Рефлектометрия оптических волокон (ВОЛС)

Принципиальное отличие рефлектометрии от прямого измерения оптических потерь приборами OLTS состоит в том, что оптический рефлектометр OTDR, размещенный на ближнем конце, посылает в проверяемый сегмент излучение и регистрирует сигналы, вернувшиеся назад к исходному порту. Измерительного оборудования или заглушек на дальнем конце сегмента нет.

Современные рефлектометры определяют значения оптических потерь на участках волокна, муфтах и коннекторных соединениях. Однако такая оценка производится на основании отраженного излучения – метод заведомо менее точный, чем непосредственное измерение потерь при помощи источника излучения на одном конце и измерителя на другом. Вместе с тем, рефлектометрия позволяет определить, какой из элементов ВОЛС вносит наибольший вклад в общие потери, в то время как прямое измерение двухмодульными приборами OLTS дает лишь суммарное значение потерь, без детализации по составным элементам линии.

Порт рефлектометра совмещает функции передатчика и приемника. Источник отправляет в сегмент импульсы определенной мощности и продолжительности, затем отключается, и на том же порту начинает работать фотоприемник. Последний регистрирует мощность сигналов, отразившихся от различных препятствий в волокне, фиксирует время их поступления и «путешествия» в волокне и выдает результаты в виде графика — рефлектограммы с обнаруженными в сегменте событиями. Время регистрации событий пересчитывается в расстояние, которое откладывается по горизонтали в метрах или километрах.

Типичная рефлектограмма простой волоконно-оптической линии

На рисунке показана рефлектограмма одномодовой волоконно-оптической линии длиной 2887 м, снятая прибором OptiFiber Certifying OTDR производства Fluke Networks на длинах волн 1310 нм (синий график) и 1550 нм (зеленый график). Рефлектометр подключен к сегменту через катушку длиной 131 м (Launch Cable, согласующий кабель); нулевая отметка длины соответствует конечному разъему катушки и началу тестируемого сегмента.

Основная задача согласующего кабеля – перекрыть мертвую зону в начале рефлектограммы, чтобы к моменту, когда первые отраженные сигналы вернутся к фотоприемнику, тот уже пришел в рабочее состояние и мог их зарегистрировать. В старых моделях рефлектометров длина согласующего кабеля могла составлять несколько километров. В новых приборах, использующих более отзывчивые фотоприемники, длина катушки составляет 100-150 м.

Доля излучения, которая отражается в волокне от различных препятствий и направляется назад к фотоприемнику, очень мала. Самое сильное естественное отражение (например, от конца сегмента, представляющего собой заполированный под 90º торец волокна) не превышает 4% от исходной мощности излучения – это коэффициент отражения, близкий к френелевскому. Другие виды отражений существенно слабее, поэтому фотоприемники приходится делать очень чувствительными, а источники – очень мощными, особенно с учетом того, что сегменты могут иметь большую протяженность. По этой причине при проведении рефлектометрических измерений активное оборудование на дальнем конце лучше отключить из соображений безопасности.

Некоторые производители заявляют о наличии в портах активного оборудования светофильтров, отсекающих длины волн, на которых проводят измерение рефлектометры. Однако модели рефлектометров разнообразны, работают на разных длинах волн в зависимости от типа волокна и режима измерения, и надежнее физически отсоединять активное оборудование, чтобы исключить риск его повреждения мощным излучением рефлектометра. Кроме того, необходимо следить, чтобы рядом с последним разъемом сегмента при измерении не оказались блестящие и отражающие предметы – зеркала, мобильные телефоны, металлические браслеты от часов и т. п. Лучше всего закрыть последний разъем в сегменте защитным пластиковым или резиновым колпачком.

Анализ рефлектограммы оптического кабеля

Рефлектометр OTDR позволяет обнаружить и отобразить на рефлектограмме коннекторные соединения, сварные и механические соединения, изгибы и другие неоднородности волокна – так называемые события (Events). Неоднородности могут быть отражающими и неотражающими. Коннекторные соединения с полировкой PC/SPC/UPC, открытый конец сегмента с таким же разъемом, трещина в волокне или обрыв, образующие поверхность разлома под углом порядка 90º к оси волокна – примеры отражающих неоднородностей. В этих случаях происходит отражение части исходного излучения в направлении фотоприемника. На рефлектограмме такие события отображаются в виде пиков.

Отражающие и неотражающие неоднородности на рефлектограмме

Отражающие неоднородности сопровождаются потерями, ведь отражение части сигнала назад приводит к тому, что излучение, распространяющееся в прямом направлении, ослабевает как минимум на ту же величину. Однако для классификации события как отражающего принципиально именно наличие отражения. В отличие от отражающих неоднородностей, такие события как сварные соединения, трещины под углами, отличными от 90º к оси волокна, макро- и микроизгибы, внутренние дефекты световодов относятся к неотражающим неоднородностям. Отражающей составляющей в них нет, а потери вызваны рассеиванием излучения не в сторону источника. На рефлектограмме такие события (Loss Event) выглядят как ступеньки, направленные вниз. (Однако в случаях соединения волокон разных производителей, место сварного стыка может отображаться и ступенькой вверх). Такое событие «Gainer» описано ниже.

Чем больше угол трещины отклоняется от нормали к оси волокна, тем меньше доля отражаемого излучения:

Источник

Тестирование волоконно-оптических каналов СКС

Потребность в быстрой передаче больших объемов данных привела к росту популярнос­ти высокоскоростных сетей Gigabit Ethernet и их распространению в LAN-сетях. В активном сете­вом оборудовании 1 и 10 Gigabit Ethernet, включая маршрутизаторы и коммутаторы, в качестве источников излучения используются не светодиоды, а лазерные диоды.

Какой источник излучения должен использоваться в измери­тельном оборудовании, когда для передачи данных используются и светодиоды, и лазе­ры? Рассмотрим этот вопрос подробнее.

В высокоскоростных сетях на основе одномодового волокна применяются полупроводнико­вые лазеры различных конструкций. В LAN-сетях обычно используют лазеры Фабри-Пе­ро, излучающие на длине волны 1310 или 1550 нм. Для измерения потерь оптического сигнала в одномодовом волокне следует ис­пользовать приборы с аналогичными лазерны­ми источниками излучения. В этом случае ха­рактеристики источника излучения, используе­мого в тестирующем оборудовании, будут сов­падать с характеристиками реального источ­ника излучения, используемого в активном се­тевом оборудовании, а измеренная величина потерь будет очень близка к реальной величи­не потерь сигнала при работе сети.

С тестированием кабельной инфраструкту­ры сетей на основе многомодового волокна ситуация несколько сложнее. В таких сетях могут применяться как светодиодные, так и лазерные источники излучения. В активном сетевом оборудовании, рас­считанном на 10- и 100-мегабитный Ethernet, применяются светодиоды. В то же время для передачи данных со скоростью 1 и 10 Гбит/с нужны лазерные источники оп­тического сигнала. Наиболее часто для пе­редачи данных по многомодовому волокну используются VCSEL-лазеры (Vertical Cavity Surface Emitting Laser, лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором). Лазеры VCSEL излучают на длине волны 850 нм, они пригодны для высокоскорост­ной передачи данных и стоят значительно дешевле лазеров Фабри-Перо. Хотя рабочие длины волн светодиодов и VCSEL-лазеров совпадают, пространствен­ные характеристики их излучения значитель­но отличаются (также отличаются и спект­ральные характеристики). На практике это означает, что они обес­печивают разные условия ввода излучения в волокно. Светодиод сравнительно равномер­но заполняет излучением всю сердцевину и угло­вую апертуру многомодового волокна. Лазе­ры VCSEL излучают узконаправленным пучком с меньшей расходимостью и более высокой яркостью. Пучок излучения сосредоточен бли­же к центру волокна, его интенсивность быстро уменьшается по мере удаления от центра; внешняя часть сердцевины волокна, прилегающая к его оболочке, практически не освещается (т.е. лазером в многомодовом волокне возбуждается малая группа мод). Разные условия ввода светового пучка приводят к разной ве­личине измеренного значения затухания. Как правило, затухание, измеренное с использова­нием светодиода, выше изме­ренного с использованием VCSEL-лазеров. Этот фактор способен повлиять на заключение о работоспособности сети в условиях, когда к допустимому оптическому бюджету потерь предъявляются жесткие требования.

1. Выбор источника излучения для сертификации волоконно-оптических каналов

При сертификации ВОЛС стандарты TIA и ISO требуют проверки полярности волокон и изме­рения величины потерь сигнала в каждом волокне на двух стандартных длинах волн (гори­зонтальную разводку длиной до 100 м доста­точно протестировать на одной длине волны.) Стандарт TIA-568-B.1 ссылается на стандарт TIA 526-14 «Измерение потерь оптической мощности в кабелях на основе многомодового волокна» (Optical Loss Measurement of Installed Multimode Fiber Cable Plant), OFSTP-14. В приложении А к последнему стандарту дается определение CPR-источника излу­чения.

Coupled-power ratio (CPR) — это качественное из­мерение, которое обычно используется для описа­ния распределения мощности оптического сигна­ла по модам (Mode-Power Distribution (MPD)) при его распространении в многомодовом кабеле. CPR — это отношение полной мощности на выходе из многомодового кабеля к мощности сигнала на выходе одномодового кабеля, который подключен к многомодовому кабелю. В русском языке пока нет устоявшегося тер­мина для CPR.

В стандарте опи­сан метод измерения CPR-источников сигна­ла, а сами источники разделены в зависимос­ти от величины CPR на пять категорий (по возрастанию CPR) — с 1-й по 5-ю. Как прави­ло, светодиоды относятся к источникам излу­чения категории 1, а лазеры Фабри-Перо — к источникам категории 5. Источникам излуче­ния посвящен раздел 3 стандарта TIA-526-14. В отношении выбора источника излучения в тестовом оборудовании стандарт дает сле­дующую рекомендацию:

«Если в соответствующем документе тип источника не оговорен особо, следует пользоваться источниками излучения категории 1, что должно быть отражено в отчете согласно пункту 7.1.3. При использовании источников категории 1 измеренные значения затуха­ния максимальны и представляют наиболее пессимистичные результаты». Промышленные стандарты на структуриро­ванные кабельные системы описывают и определяют только тип кабеля. В них не делается никаких предположений относительно способа его подключения и прокладки. Как уже было сказано, в кабеле на основе многомодового волокна затуха­ние сигнала максимально для светодиодных источников (категория 1). Поэтому, если на процедуры сертификации и измерения ве­личины затухания не наложены ограниче­ния на применение тех или иных источников излучения, рекомендуется использовать светодиодные источники в целях получения самых пессимистичных оценок. Однако в большинстве случаев владелец сети знает и представляет, для каких приложений создается кабельная инфраструктура. Напри­мер, если требуется поддержка работы Gigabit Ethernet, то измерения величины потерь лучше проводить с использованием тех же источников излучения, что будут работать в дальнейшем в активном сетевом оборудовании (маршрутиза­торах, коммутаторах, серверах и т.п.). В слу­чае Gigabit Ethernet их можно использовать в том случае, если существует не­обходимая информация о буду­щем использовании сети. И главное, если тестирование про­ведено с использованием источни­ка, не относящегося к категории 1, то это должно быть специально оговорено в соответствующей до­кументации .

2. Требования сетевых приложений

В спецификациях приложений всег­да имеются в виду соединения «точ­ка-точка», которые в TIA и ISO на­зываются «каналами». Если кабель устанавливается или тестируется по сегментам, то для обеспечения нор­мальной работоспособности прило­жений нужно позаботиться о том, чтобы суммарные потери и длина волокна в каждом канале не превышали максимально допустимого значения.

Источник