Оптические рефлектометры. Основные характеристики и принципы работы. Часть 5

Измеряя потери методом МНК‚ рефлектометр выделит часть рефлектограммы перед местом соединения (куда бы Вы ни поставили основной курсор – обычно это курсор «А»)‚ а также часть рефлектограммы после соединения. Выделение может быть осуществлено в виде более светлого участка линии или с помощью набора маркеров («галочки» на рефлектограмме‚ отмечающие границы каждого из выделенных участков). Рефлектометр исследует выделенные участки и математически определяет наклон линий рефлектограммы по обе стороны от соединения (по МНК). Затем он определяет интервал по вертикали между этими двумя линиями в месте установки курсора.

Это самый лучший способ измерения сдвига между двумя линиями‚ представляющего изменение уровня сигнала при переходе от одного волокна к другому. Именно это и определяет потери на оптоволоконном соединении: изменение уровня сигнала в том месте‚ где одно волокно присоединяется к другому. Необходимо помнить о том‚ что выделенные участки по обе стороны стыка не должны охватывать другое соединение или нелинейный участок рефлектограммы. Если часть выделенного участка не является прямой‚ то рассчитанный рефлектометром наклон будет неправильным‚ и последующий результат определения потерь также будет ошибочным. В большинстве рефлектометров можно регулировать выделенный участок таким образом‚ чтобы он охватывал только участки с линейным обратным рассеянием.

Рисунок 18. Методы измерения потерь на оптоволоконном стыке: метод двух точек и метод МНК

Добротность (дБ/км). Измерение погонных, или удельных потерь – это общепринятый способ определения качества волокна. Чем меньше потери на единицу длины‚ тем сильнее будет сигнал у приемника. Единицей измерения расстояния при этом обычно является километр. Волокно и волоконно-оптический кабель заказывают‚ исходя из их типа (SM или MM) и удельных потерь при излучении на определенной длине волны. Типичными значениями для одномодового волокна при излучении на 1300 нм являются от 0‚4 до 0‚6 дБ/км. При 1550 нм эта величина падает до 0‚2 – 0‚35 дБ/км. У многомодовых волокон эти значения находятся в диапазоне от 1‚0 до 6‚0 дБ/км.

Добротность волокна автоматически рассчитывается при установке двух курсоров на рефлектограмму и выборе режима измерения погонных потерь (дБ/км) на панели управления. Рефлектометр просто выводит на экран расстояние и потери на участке между двумя курсорами‚ а затем рассчитывает погонные потери‚ деля потери на расстояние. У большинства рефлектометров‚ если расстояния измеряются (и выводятся на дисплей) футами‚ то и удельные потери выражаются в дБ/килофут‚ а не в дБ/км.

Отражение. Величина отражения у разъема‚ обрыва или механического соединения зависит от того‚ насколько незагрязненным является обрыв‚ а также от того‚ насколько изменяется показатель преломления при выходе света из волокна. В большинстве механических соединений применяется гель или жидкость для сопряжения по показателю преломления‚ предназначенные для уменьшения такого изменения показателя преломления. Чем меньше изменения показателя преломления‚ тем меньше и отражение. Некоторые рефлектометры могут измерять количество отраженного света автоматически путем установки одного курсора непосредственно перед отражением и нажатия соответствующей кнопки на панели управления. Отражение измеряется в –дБ (отрицательных децибелах)‚ причем‚ чем меньше отрицательное значение‚ тем большему отражению оно соответствует. Так‚ например‚ отражение –33 дБ больше‚ чем отражение –60 дБ. Чем больше отражение‚ тем выше всплеск на рефлектограмме.

Измеряя и сопоставляя уровни отражения в механических соединениях в течение определенного периода времени‚ можно определить‚ имеют ли место изменения‚ возникающие в соединениях. Иногда уровень отражения повышается‚ даже если потери на соединении не становятся больше. Это может говорить о начальной стадии выхода механического соединения из строя. Увеличение отражения может означать‚ что концы волокна начинают расходиться в разные стороны (соединение становится слабее) или что жидкость для сопряжения по показателю преломления начинает высыхать или вытекать.

Узнав уровень отражения у разъема‚ можно определить‚ не находится ли причина проблемы очень близко к разъему – может быть‚ у соединения пигтейла или внутри самого разъема. Если измеренное рефлектометром расстояние до разъема на дальнем конце оказывается правильным‚ но уровень отражения стал намного ниже‚ чем он был раньше‚ то это может означать‚ что волокно разорвалось всего в нескольких сантиметрах от торца разъема и это – из-за зазубренных краев разбитого стекла – привело к понижению уровня отражения. Поскольку разъемы – это та часть‚ которую трогают чаще всего‚ то весьма легко повредить волокно непосредственно у разъема и даже не заметить этого. Эту проблему можно идентифицировать‚ используя способность рефлектометра измерять уровень отражения.

Оптические потери на отражение (ОПО). ОПО – это общее количество световой энергии‚ возвращающейся в передатчик со всего волокна (иногда его также называют возвратными потерями). Оно включает в себя все обратное рассеяние и все виды отражения. Некоторые современные модели рефлектометров могут рассчитывать ОПО непосредственно по рефлектограмме волокна.

5.4. Автоматические измерения

У новейших моделей рефлектометров имеются дополнительные функции – возможность автоматически осуществлять самоконфигурацию и выполнять обычные‚ стандартные измерения. Эти функции – Auto-ranging (автоматическое масштабирование) и Auto-analysis (автоматический анализ) – исключают при тестировании волокна необходимость строить догадки и предположения и позволяют любому оператору осуществлять точные‚ последовательные измерения любого волокна. Эти две функции можно использовать независимо друг от друга‚ так что можно настроить свой рефлектометр как Вам будет угодно и все же быть в состоянии использовать его возможность проводить автоматический анализ.

Функция Auto-range. Автоматическое переключение диапазонов измерений‚ известное также как Automode (автоматический выбор режима) или Auto-Setup (автоматическая настройка)‚ устанавливает на рефлектометре различные диапазоны измеряемых расстояний (диапазоны длин‚ выводимых на дисплей)‚ а также различные значения длительности импульса и разрешающей способности‚ выбирая их таким образом‚ чтобы они максимально соответствовали тестируемому волокну. Это осуществляется‚ прежде всего‚ измерением волокна в течение нескольких секунд для определения его примерной длины‚ а затем посредством выбора такого длины‚ выводимой на дисплей‚ которая позволит увидеть на экране все волокно целиком. Выбираются также такие установки длительности импульса и разрешающей способности‚ которые обеспечат наиболее быстрое и надежное тестирование.

Программное обеспечение анализа волокна. Одной из наиболее важных задач при использовании рефлектометра является правильная расшифровка рефлектограммы волокна. Эту задачу может выполнить функция анализа волокна‚ использующая компьютерную часть рефлектометра для сканирования и анализа цифровых результатов тестирования волокна. Будут искаться изменения уровня обратного рассеяния‚ которые указывают на потери на соединениях или дефекты; неожиданные всплески‚ возникающие на фоне обратного рассеяния и указывающие на френелевское отражение (обычно оно вызывается механическими соединениями‚ обрывами или концевой заделкой волокон); будут измеряться потери в каждом из этих обнаруженных событий (неоднородностей). Ниже приведена таблица событий‚ в которой перечисляются все события‚ их местонахождение‚ потери и отражение (если оно имеет место).

В таблице показаны шесть событий (включая конец кабеля) и приведены в сжатом виде все наиболее важные сведения о кабеле. В графе «Тип» говорится о том‚ каким является данное событие: неотражающим (Н/О) (сварное соединение или сильный изгиб)‚ или отражающим (Отр) (механическое соединение)‚ или концом кабеля (Кон). Проглядев различные столбцы таблицы‚ можно определить‚ отвечают ли события Вашим критериям оценки потерь. По данным в графе «Потери в волокне» можно определить‚находится ли волокно на участке между соединениями в диапазоне нормальных потерь. Значение отражения‚ приведенное в последней графе для последнего события‚ позволяет судить о том‚ снабжен ли конец волокна разъемом (если снабжен – значение будет в диапазоне от –20 до –40 дБ) или же он оборван (в этом случае значение‚ как правило‚ будет ниже –45 дБ).

Примерная таблица событий

Сводные данные:

Некоторые рефлектометры привяжут таблицу событий к действительной рефлектограмме‚ так что можно будет увидеть‚ где находится каждое событие – по отношению ко всем остальным. Можно также устранять и добавлять события или сопровождать каждое событие текстовым комментарием. Это сделает возможной подготовку полной документации на каждое волокно (которая пригодится при проведении техобслуживания) или подробных сведений для заказчиков. Функция привязки к местности является весьма полезной для определения на местности места обрыва кабеля и т.п. Вам просто нужно в разделе комментариев для каждого события‚ обнаруженного на рефлектограмме‚ добавить его местонахождение на местности. У большинства изготовителей рефлектометров‚ применяющих эту функцию автоматического анализа‚ имеется и аналогичная автономная программа‚ пригодная для использования с настольными или переносными (laptop) компьютерами. Если у Вашего рефлектометра имеется дисковод для гибких дисков‚ предназначенный для хранения данных тестирования‚ Вы можете загрузить результаты предшествующего тестирования в рефлектометр или в компьютер и запустить программное обеспечение анализа. Это автономное программное обеспечение особенно удобно в том случае‚ если Вы используете старую модель рефлектометра‚ не имеющую встроенной программы анализа‚ но имеющей память для хранения данных тестирования.

Стандартные программы автоматического анализа волокна не всегда находят в волокне все события‚ а иногда находят и такие события‚ которых на самом деле там нет. Если Ваши оптоволоконные соединения – очень хорошего качества и если Вы затрудняетесь обнаружить их на рефлектограмме то‚ вполне вероятно‚ что и программному обеспечению будет затруднительно их отыскать и измерить. Способность программного обеспечения находить местонахождение событий зависит от тех пороговых значений‚ которые Вы установили‚ от длины волокна и от количества усреднений‚ которые Вы проделали на рефлектограмме. Вы можете настроить чувствительность стандартной программы анализа таким образом‚ что она будет находить только те события‚ параметры которых достигают или превышают определенное пороговое значение. Если пороговое значение определено в 0‚20 дБ‚ то программное обеспечение не отметит соединения с более низкими потерями. С другой стороны‚ при измерении очень длинных волокон дальний конец рефлектограммы может оказаться очень зашумленным‚ а отдельные соседние точки с результатами измерений‚ «скачущими» то вверх‚ то вниз. Вследствие этого программное обеспечение может найти «ложное» событие‚ которого на самом деле там нет. Вы можете понизить уровень шума на рефлектограмме путем увеличения времени усреднения (времени сканирования). Число ложных событий можно сократить‚ если не опускать пороговое значение потерь ниже 0‚10 дБ.

Некоторые программы анализа волокна позволят Вам заранее ввести местоположение точек‚ в которых находятся соединения‚ в «шаблон» или основной файл рефлектограммы. Затем Вы сможете сравнить данные обо всех остальных волокнах в кабеле с этим основным файлом‚ чтобы получить измерения‚ касающиеся только тех соединений‚ о которых Вы знаете‚ что они действительно там имеются. Измеряя только конкретные‚ известные точки‚ Вы сможете затем перевести результаты анализа в электронную таблицу или базу данных и тем самым создать таблицу полных потерь в кабеле. Это – прекрасный способ управлять Вашими волокнами и определять‚ не становятся ли с течением времени соединения или другие части волокна хуже.

Иногда даже подготовленный‚ опытный оператор рефлектометра может столкнуться с трудностями при расшифровке рефлектограмм волокна. Бывают отдельные случаи‚ когда почти невозможно точно определить расстояние или потери на основании одного измерения. В некоторых чрезвычайных обстоятельствах‚ для того чтобы получить осмысленные результаты‚ может оказаться необходимым протестировать волокно с другими параметрами настройки или с обоих концов.

Неотражающие обрывы

Если волокно разрезано или оборвано‚ то его конец может оказаться настолько раздробленным‚ что от света‚ достигшего этого конца‚ не будет вообще никакого отражения. Кроме того‚ конец волокна может оказаться погруженным в масло или смазку‚ что также может сделать невозможным френелевское отражение. В таких случаях рефлектограмма неожиданно опускается ниже уровня шума. В том месте‚ где обратное рассеяние опускается вниз‚ может иметь место его закругление‚ так что определение точки начала падения может оказаться затруднительным. Лучший способ определения места обрыва – это метод измерения потерь в двух точках‚ применяемый для того‚ чтобы установить‚ в какой точке уровень обратного рассеяния падает на 0‚5 дБ. Поместите левый курсор как можно ближе к концу обратного рассеяния‚ но все же на нем. Затем перемещайте правый курсор по направлению к левому до тех пор‚ пока потери на участке между ними не будут равны 0‚5 дБ. Настоящий конец волокна должен быть очень близко к точке измерения правого курсора. Чтобы подтвердить правильность результата‚ протестируйте рефлектометром участок волокна до места обрыва‚ но с противоположного конца. Возможно‚ что с другой стороны обрыва отразится некоторое количество света. (Имейте в виду‚ что волокно может быть оборвано в нескольких местах).

Оптоволоконные соединения с «усилением мощности»

Иногда при сращивании двух волокон уровень обратного рассеяния в месте стыка идет ВВЕРХ‚ а не ВНИЗ. На первый взгляд это может показаться УСИЛЕНИЕМ мощности в стыке. Рефлектометр может даже указать на отрицательные потери на соединении. Объясняется же это тем‚ что два сращенных волокна не подходят друг к другу: у второго волокна коэффициент обратного рассеяния выше‚ чем у первого‚ так что и обратное рассеяние у него больше. Измеритель рефлектометра воспринимает это как уровень‚ более высокий‚ чем у конца первого волокна‚ и помещает на экране соответствующие точки с результатами измерений выше уровня конца первого волокна. Если то же самое соединение протестировать с противоположного направления‚ то рефлектометр укажет на «обычные» потери‚ более высокие‚ чем потери «отрицательные». В этом случае истинным значением потерь будет среднее значение двух показаний. То есть‚ если для соединения «с усилением мощности» показание будет равно –0‚25 дБ‚ а при измерении с противоположного направления показание будет 0‚45 дБ‚ то действительным значением потерь на соединении будет 0‚1 дБ.

На приведенном ниже рисунке показано‚ как выглядит на дисплее рефлектометра соединения «с усилением мощности» по сравнению с тем‚ как выглядит «нормальное» соединение. Обратите внимание на то‚ что наклоны двух рефлектограмм волокна неодинаковые. У второго волокна наклон круче‚ чем у первого‚ что указывает на более высокий уровень обратного рассеяния во всем волокне. Обычно на экране второе волокно будет казаться более высоко расположенным‚ чем первое‚ поскольку оно отражает в рефлектометр больше света. Разница в показателе преломления может привести к различиям в уровнях обратного рассеяния‚ а‚ следовательно‚ и к различным наклонам рефлектограммы. Другой возможной причиной «повышения мощности» является то‚ что «диаметр модового пятна» (имеющий отношение к размеру сердечника волокна) у двух волокон не одинаковый‚ что приводит к возвращению от второго волокна обратного рассеяния в большем количестве. Причина появления стыков «с усилением мощности» заключается в том‚ что два сращенных волокна некоторым образом не соответствуют друг другу. Это явление наиболее часто встречается, когда сращиваются волокна двух разных изготовителей. Из-за исходно присущего волокнам двух любых изготовителей различия оптических характеристик (см. раздел о показателе преломления) вполне можно ожидать‚ что эти два волокна не вполне подойдут друг другу‚ в результате чего и появятся стыки «с усилением мощности».

Рисунок 19. Соединение «с усилением мощности».

 

Среднее значение потерь для всех соединений в волоконно-оптическом пролете (под таким пролетом понимается одно или несколько волокон‚ сращенных вместе и образующих непрерывную волоконно-оптическую линию от одного конца с разъемом до другого) при создании сети связи обычно служит в качестве эталонной величины. Если это среднее значение равно значению‚ выдвинутому в качестве цели‚ которую нужно достичь‚ или лучше него‚ то запланированный диапазон полных потерь будет обеспечен. Поскольку соединения «с усилением мощности» обычно выводятся на экран дисплея как имеющие отрицательные потери‚ они могут вводить в заблуждение при определении средних значений потерь на соединении. Для того чтобы определить среднее значение потерь на соединениях для целого ряда соединений в волоконно-оптическом пролете‚ нужно учитывать не только обычные значения потерь‚ но и значения потерь на соединениях «с усилением мощности». Это значит‚ что при сложении всех значений потерь на стыки нужно учитывать КАК положительные‚ ТАК И отрицательные значения‚ выведенные на дисплей рефлектометра. Затем полученный результат надо разделить на общее число соединений.

Наиболее точный способ определения средних значений потерь на соединениях в волоконно-оптическом пролете – это проведение измерений в отношении каждого соединения в обоих направлениях. Это значит‚ что потери на соединении отрезка волокна AB с отрезком волокна BC (см. Рис.20) надо сначала измерить с конца волокна A‚ а затем с конца волокна C‚ затем надо по отдельности усреднить значения потерь на каждое соединение и только после этого вывести среднее значение для всего волоконно-оптического пролета. Этот метод занимает много времени‚ поэтому обычно его можно использовать только после того‚ как соединения были сделаны во всей сети. Второй по своей эффективности метод заключается в том‚ чтобы определить «однонаправленное» среднее значение потерь на все соединения в пролете посредством измерений лишь в одном этом направлении. Как правило‚ если появляется соединение «с усилением мощности»‚ то у следующего соединения будут потери‚ превышающие обычные. Это связано с тем‚ что волокно с более высоким уровнем обратного рассеяния‚ вызывающее «усиление мощности»‚ вызовет также и увеличение измеренных потерь при переходе к другому волокну‚ так что результаты этих двух измерений потерь на соединении взаимно уничтожают друг друга. Никогда не рассчитывайте средние значения потерь на соединении с использованием значений‚ полученных при измерении лишь в одном направлении‚ если отдельные значения потерь на соединении в пролете были получены путем измерений в различных направлениях.

Отраженные паразитные сигналы

Иногда можно увидеть френелевское отражение там‚ где его нельзя было ожидать – обычно после конца волокна. Обычно это происходит при появлении большого отражения в коротком волокне. Отраженный свет в действительности распространяется внутри волокна то взад‚ то вперед‚ что вызывает появление‚ на различных расстояниях от начального большого (подлинного) отражения‚ одного или нескольких ложных отражений. Так например‚ если большое отражение появилось на расстоянии 400 м‚ а затем появляется неожидавшееся отражение на расстоянии 800 м (удвоенное расстояние до первого отражения) и еще одно на расстоянии 1200 м (утроенное расстояние до первого)‚ то вполне вероятно‚ что второе и третье отражения являются паразитными отраженными сигналами. Ниже приводятся несколько способов выявления таких паразитных отраженных сигналов и их возможного устранения.

1. Измерьте расстояние до подозрительного отражения. Затем поместите курсор на середину этого расстояния. Если в этом месте‚ посередине‚ окажется ожидаемое отражение‚ то подозрительное отражение‚ вероятно‚ является паразитным.

2. Подавите или ослабьте известное (подлинное) отражение. Так как количество отраженной мощности станет меньше‚ то и паразитный отраженный сигнал станет слабее (или исчезнет). Чтобы ослабить отражение‚ можно использовать у отражения гель для сопряжения по показателю преломления или уменьшить мощность‚ поступающую в отражающую точку‚ выбрав меньшую длительность импульса или увеличив затухание в волокне перед отражением.