Как выбрать оптический рефлектор Статья

Волоконно-оптические линии связи – несомненный лидер по качеству и скорости передачи данных и потому пользуются популярностью по всему миру. Повреждение такого кабеля приносит неудобства большому количеству пользователей. Чтобы устранить аварийную ситуация максимально быстро, необходимо точно локализовать проблемные участки. Для этой цели используются оптические рефлектометры (Optical Time Domain Reflectometer или сокращенно OTDR).

Особенности конструкции оптического рефлектометра

Можно выделить несколько основных элементов оптического рефлектометра.

Так схематично выглядит конструкция оптического рефлектометра

Источник световых сигналов

В качестве источника световых сигналов используется лазерный светодиод. Он формирует импульсы определенной амплитуды длительностью от 3 нс (3×10^-9 с) до 20 мкс (20×10^-6 с). Светодиод испускает фиксированное по длине волны излучение. Современные рефлектометры чаще всего предназначены для тестирования волокон на двух длинах волн. Для этой цели они оснащаются двумя светодиодами.

Оптический разветвитель

Оптический разветвитель необходим для направления световых импульсов по определенному пути: для зондирующих сигналов – от лазерного светодиода к оптическому волокну, а для отраженных – от тестируемого волокна к фотоприемнику преобразователя. Для этой цели он оснащается тремя портами: для подключения оптоволокна, источника импульсов и преобразователя.

Преобразователь

Задача преобразователя (по-другому он называется приемником, детектором или измерителем) – измерить мощность отраженного светового сигнала, получаемого из тестируемого оптоволокна, и преобразовать его в электрический сигнал. Для этого используется чувствительный фотоприемник, который отвечает за точность измерений. Для повышения уровня полученных электрических сигналов в составе детектора применяется усилитель.

Блок управления (контроллер)

Контроллер выполняет сразу несколько задач:

1. Управляет зондирующими световыми сигналами.
2. Аккумулирует информацию об уровне электрических сигналов, полученных от преобразователя.
3. Определяет координаты повреждений или дефектов в оптоволокне.
4. Формирует рефлектограмму и направляет ее на дисплей.

Одной из важнейших характеристик контроллера является точное измерение промежутка времени между излучением зондирующего светового сигнала и получением отраженного импульса фотоприемником. От этого параметра зависит точность локализации места повреждения оптоволокна.

Дисплей

Дисплей используется для визуализации результатов измерений. На него выводится рефлектограмма, сформированная контроллером.

Как работает оптический рефлектометр

Принцип действия оптического рефлектометра основан на двух явлениях:

1. Рэлеевское рассеяние. При движении светового импульса по оптоволокну он встречает примеси или неоднородности и рассеивается при их прохождении. При этом часть сигнала возвращается и фиксируется фотоприемником. В результате можно получить точную информацию об изменениях характеристик волокна. При этом существует закономерность: чем больше длина волны светового излучения, тем меньше потери на рэлеевское рассеяние.
   

   Рэлеевское рассеяние является причиной ослабления светового сигнала

2. Френелевское отражение. Оно заключается в отражении части светового сигнала от границы сред с разной плотностью. При этом количество отраженного сигнала зависит от угла падения светового пучка и величины изменения плотности. Явление френелевского отражения используется для локализации обрывов оптоволокна.
   

   Френелевское отражение проявляется в местах обрыва оптоволокна

Оптический рефлектометр генерирует световой импульс и направляет его в оптоволокно. Часть сигнала отражается от встреченных дефектов или примесей вследствие рэлеевского рассеяния и регистрируется прибором. Остальная часть импульса продолжает свой путь до следующего повреждения. Так продолжается до тех пор, пока световой сигнал не дойдет до конца линии или до обрыва. Здесь он отражается (френелевское отражение) и возвращается в оптический рефлектометр.

Прибор фиксирует промежутки времени между отправкой исходного сигнала и получением всех отраженных. Зная скорость распространения света в волокне, он может с высокой точностью определить место нахождения дефектов. Одного импульса для этого недостаточно, поэтому рефлектометр за короткое время отправляет тысячи сигналов. Затем он анализирует и усредняет полученные данные и выводит их на дисплей в виде рефлектограммы.

Так выглядит рефлектограмма

Где применяются оптические рефлектометры

Оптические рефлектометры востребованы при прокладке, техническом обслуживании и эксплуатации волоконно-оптических сетей. Они позволяют решать сразу несколько задач:

• измерять уровень потерь в волокне для подтверждения его технических характеристик, ввода сети в строй или ее приемки после проведения ремонтных работ;
• выявлять места расположения дефектов или обрывов;
• контролировать соосность волокон при их сращивании;
• своевременно выявлять ухудшение свойств волокон путем сличения рефлектограмм, выполненных с определенным интервалом времени.

Виды оптических рефлектометров

Все оптические рефлектометры можно разбить на две группы:

1. Для тестирования одномодовых волокон. Они работают на длинах волн 1310 и/или 1550 нм.
2. Для тестирования многомодовых волокон. Они работают на длинах волн 850 и/или 1300 нм.

Эти приборы не являются взаимозаменяемыми. Различие между одно- и многомодовым волокном заключается в размере диаметра светопроводящего сердечника. В первом случае его значение – от 8 до 10 микрон, во втором – 50; 62,5; 100 или 125 микрон. Порт рефлектометра является местом перехода светового сигнала из тестируемого оптоволокна в оптоволокно самого прибора с дальнейшей его передачей в преобразователь. Соответственно, при попытке состыковать волокна с такими различиями в диаметре сердечника получить корректные данные не получится.

Конструкция одномодового (слева) и многомодового оптоволокна (справа)

Еще один параметр, по которому можно классифицировать рефлектометры, – условия эксплуатации. Ряд приборов предназначен для тестирования только не подключенных к общей магистрали линий, по которым еще не передаются сигналы. В противном случае они могут выйти из строя. Другая группа рефлектометров применяется для проведения измерений в уже задействованных сетях. Они не реагируют на помехи и регистрируют только собственные отраженные импульсы.

По конструктивному исполнению приборы делятся на модульные и моноблоки. Модульные состоят из базовой платформы и дополнительных модулей, позволяющих увеличить функциональность приборов. Они оптимальны для тестирования сетей, отличающихся структурой и длиной. Моноблоки предназначены для решения четко очерченного круга задач. Изменить их функциональные возможности нельзя. Такие приборы подходят для обслуживания сетей с неизменной архитектурой и стабильной длиной.

На какие параметры оптических рефлектометров необходимо обращать внимание

Можно выделить несколько параметров, на которые следует ориентироваться при выборе оптического рефлектометра:

• Длительность импульсов. От них зависит уровень отраженного сигнала и размер мертвых зон, которые прибор не видит. Импульсы большей длительности используются для быстрого обнаружения обрывов или дефектов волокна. Сигналы меньшей длительности применяются для выявления неоднородностей волокна, расположенных близко друг к другу. Они оптимальны для тестирования той части линии, которая примыкает к рефлектометру.
• Рабочая длина волны. Здесь есть одна закономерность: излучение с большей длиной волны характеризуется меньшими потерями на рассеивание, но бо́льшими – на изгибах волокна. Оптимально проводить тестирование на двух длинах волн. Кроме того, важен не только показатель длины волны, но и его разброс (ширина) при выполнении измерений. Чем он меньше, тем точней прибор.
• Мертвая зона. Во время тестирования оптоволокна от трещин или коннекторов отражаются световые сигналы большой мощности. Они на короткое время «ослепляют» рефлектометр. В результате часть пути, который проходят световые импульсы после таких препятствий, никак не отражается на рефлектограмме. Это и есть мертвые зоны. Длина участка после разъема или трещины, который не поддается диагностике, напрямую зависит от длительности импульса. Так, при максимальной длительности импульса (20 мкс) он будет составлять примерно 2 км, а при минимальной (3 нс) – всего 60 см. Мертвая зона может быть двух категорий:
  • По событию. Это минимальное расстояние, на котором прибор может различить два расположенных рядом разъема или трещины (они называются «отражающими событиями») без определения потерь. Такой параметр, помимо длительности импульса, зависит от ширины рабочей волны.
  • По затуханию. Это минимальное расстояние, на котором после отражения (разъема или трещины) можно зафиксировать и измерить потери сигнала в результате рэлеевского рассеяния. Такой тип мертвых зон всегда длиннее, потому что требует полного восстановления чувствительности прибора. Динамический диапазон. Этот параметр демонстрирует, волокно какой протяженности можно протестировать с помощью рефлектометра. Динамический диапазон измеряется в децибелах. Чем он выше, тем большей может быть длина зондируемой линии. В современных приборах значение динамического диапазона может доходить до 50 дБ. Их можно использовать для тестирования линий протяженностью до 230 км.
• Точность измерения расстояний. Она задается в процентах. Этот параметр не зависит от длительности импульсов. На него влияет точность калибровки шкалы прибора и точность фиксации по времени зондирующего и отраженного сигнала.
• Точность измерения потерь. Эта величина чаще всего выражается в процентах от уровня мощности рефлектометра или в децибелах на 1 дБ мощности в определенном диапазоне. Низкая точность измерения потерь сказывается на внешнем виде рефлектограммы: она будет неровной, с крутыми падениями и необоснованными загибами вверх.
• Разрешающая способность. Она может быть двух видов:
  • По расстоянию. Этот параметр свидетельствует о том, насколько близко друг к другу по расстоянию находятся соседние точки на рефлектограмме. Высоким показателем считается 0,5 м, низким – 16 м.
  • По затуханию. Этот параметр говорит о способности прибора обнаруживать и измерять дефекты с низкими потерями сигнала. Хорошим показателем считается 0,001 дБ.

Заключение

Оптический рефлектометр – действительно удачный прибор для локализации повреждений или дефектов оптоволокна. При этом следует отметить, что дешевыми такие устройства не бывают, а для использования их на практике оператор должен иметь высокую квалификацию.