Optisches Zeitbereichsreflektometer
(OTDR) ist ein optoelektronisches Instrument zur Charakterisierung einer Glasfaser. Es kann als optisches Äquivalent eines elektronischen Zeitbereichsreflektometers betrachtet werden.
OTDR injiziert eine Reihe optischer Impulse in die zu testende Glasfaser. Es extrahiert auch vom gleichen Ende der Glasfaser Licht, das von Punkten entlang der Glasfaser gestreut oder reflektiert wird. Die Stärke der Rückimpulse wird gemessen und als Funktion der Zeit integriert und als Funktion der Glasfaserlänge aufgezeichnet.
Es kann zur Schätzung der Glasfaserlänge und der Gesamtdämpfung, einschließlich der Verluste durch Spleiß- und Verbindungsstecker, verwendet werden. Es kann auch zur Lokalisierung von Fehlern, wie z. B. Brüchen, und zur Messung des optischen Rückflussverlusts verwendet werden. Um die Dämpfung mehrerer Glasfasern zu messen, ist es ratsam, von jedem Ende aus zu testen und dann die Ergebnisse zu mitteln. Dieser erhebliche Mehraufwand widerspricht jedoch der allgemeinen Behauptung, dass die Prüfung nur von einem Ende der Glasfaser aus durchgeführt werden kann.
Zusätzlich zur erforderlichen Spezialoptik und -elektronik verfügen OTDRs über erhebliche Rechenleistung und eine grafische Anzeige, sodass sie eine erhebliche Testautomatisierung ermöglichen können. Die ordnungsgemäße Bedienung des Instruments und die Interpretation einer OTDR-Kurve erfordert jedoch weiterhin spezielle technische Schulung und Erfahrung.
Wie funktioniert ein OTDR?
OTDR-Glasfasertester arbeiten indirekt, indem sie ein einzigartiges Phänomen der Faser nutzen, um Verluste anzuzeigen. Im Gegensatz zu Glasfaserlichtquellen und Leistungsmessern, die die Verluste von Glasfaserkabelanlagen direkt messen, indem sie Sender und Empfänger der Glasfaserübertragungsverbindungen duplizieren, arbeiten sie wie ein Radar. Sie senden zuerst ein Signal an die Glasfaser und beobachten dann, welche Informationen von einem Punkt zurückkommen. Dieser Prozess wird wiederholt, dann werden die Ergebnisse gemittelt und in Form einer Spur angezeigt. Die Spur beschreibt die gesamte Laufzeit der Glasfaser (oder den Zustand) der Faser anhand der Signalstärke.
Während sich Licht entlang der Faser bewegt, geht ein kleiner Teil durch Rayleigh-Streuung verloren. Rayleigh-Streuung wird durch die unregelmäßige Streuung des Signals entlang der Faser verursacht. Anhand der Parameter des Glasfaser-Transceivers kann die Rayleigh-Streuleistung bestimmt werden. Bei bekannter Wellenlänge ist sie proportional zur Signalpulsbreite. Je länger die Rückstreuung, desto stärker die Leistung. Die Rayleigh-Streuleistung hängt mit der Wellenlänge des Emissionssignals zusammen. Je kürzer die Wellenlänge, desto stärker die Leistung. Das heißt, der 1310 nm-Signalweg der Rayleigh-Rückstreuung ist höher als der 1550 nm-Rayleigh-Rückstreuung.
OTDR verwendet Rayleigh-Streuung, um die Eigenschaften von Glasfasern darzustellen. OTDR-Messungen führen zu einem Teil des Streulichts zum OTDR-Anschluss zurück. Da das Licht in alle Richtungen gestreut wird, kehrt ein Teil davon zufällig entlang der Faser zur Lichtquelle zurück. Dieses zurückgesendete Licht wird als Rückstreuung bezeichnet, wie unten gezeigt.
Die Rückstreuleistung ist ein fester Anteil der eingehenden Leistung, und da die Verluste die eingehende Leistung beeinträchtigen, verringert sich auch die zurückgegebene Leistung, wie in der Abbildung gezeigt.
Das OTDR verwendet das zurückgestreute Licht für seine Messungen. Es sendet einen Impuls mit sehr hoher Leistung aus und misst das zurückkommende Licht. Es kann den zurückgesendeten Leistungspegel kontinuierlich messen und daraus die Verluste auf der Faser ableiten.
Alle zusätzlichen Verluste wie etwa Verbindungsstücke und Schmelzspleiße haben zur Folge, dass die übertragene Leistung auf der Faser plötzlich reduziert wird und dadurch eine entsprechende Änderung der Rückstreuleistung verursacht wird. Die Position und das Ausmaß der Verluste können ermittelt werden. Zu jedem Zeitpunkt ist das Licht, das das OTDR sieht, das Licht, das vom Impuls gestreut wird, der durch einen Bereich der Faser läuft.
Stellen Sie sich den OTDR-Impuls als virtuelle Quelle vor, die die gesamte Faser zwischen sich und dem OTDR testet, während sie sich entlang der Faser bewegt. Da es möglich ist, die Geschwindigkeit des Impulses zu kalibrieren, während er entlang der Faser läuft, kann das OTDR das, was es an zurückgestreutem Licht sieht, mit einer tatsächlichen Position in der Faser korrelieren. So kann es eine Anzeige der Menge des zurückgestreuten Lichts an jedem Punkt in der Faser erstellen.
Dazu sind einige Berechnungen erforderlich. Denken Sie daran, dass das Licht hinaus- und zurückgehen muss. Sie müssen das also in die Zeitberechnungen einbeziehen, wodurch die Zeit und die Verlustberechnungen halbiert werden, da das Licht in beide Richtungen Verluste erfährt. Der Leistungsverlust ist eine logarithmische Funktion, die Leistung wird also in dB gemessen.
Die Menge des zum OTDR zurückgestreuten Lichts ist proportional zur Rückstreuung der Faser, der Spitzenleistung des OTDR-Testimpulses und der Länge des ausgesendeten Impulses. Wenn Sie mehr Rückstreulicht benötigen, um gute Messungen zu erhalten, können Sie die Impulsspitzenleistung oder die Impulsbreite erhöhen, wie in der Abbildung gezeigt.
Einige Ereignisse wie Steckverbinder zeigen einen großen Impuls über der Rückstreuspur. Das ist eine Reflexion von einem Steckverbinder, einer Spleißstelle oder dem Ende der Faser. Sie können verwendet werden, um Entfernungen zu markieren oder sogar die Rückreflexion von Steckverbindern oder Spleißstellen zu berechnen, ein weiterer Parameter, den wir in Singlemode-Systemen testen möchten.
OTDRs werden im Allgemeinen zum Testen mit einem Startkabel verwendet und können ein Empfangskabel verwenden. Das Vorlaufkabel ermöglicht dem OTDR, sich zu beruhigen, nachdem der Testimpuls in die Faser gesendet wurde, und dient als Referenzanschluss für den ersten Anschluss des zu testenden Kabels, um dessen Dämpfung zu bestimmen. Am anderen Ende kann ein Empfangskabel verwendet werden, um auch Messungen des Anschlusses am Ende des zu testenden Kabels zu ermöglichen.
Wann verwenden wir ein OTDR?
Da OTDRs sehr teuer sind und nur bestimmte Verwendungszwecke haben, muss die Kaufentscheidung sorgfältig getroffen werden. Es ist sehr wichtig zu verstehen, wann wir ein OTDR benötigen und wann es nicht angemessen ist.
Wenn wir ein Außenanlagennetzwerk wie ein Fernnetz oder ein langes Campus-LAN mit Spleißen zwischen den Kabeln installieren, benötigen wir ein OTDR, um zu prüfen, ob die Fasern und Spleiße gut sind. Das OTDR kann die Spleiße nach ihrer Herstellung sehen und ihre Leistung bestätigen. Es kann auch Spannungsprobleme in den Kabeln erkennen, die durch unsachgemäße Handhabung während der Installation verursacht wurden. Wenn wir nach einem Kabelschnitt eine Wiederherstellung durchführen, helfen die OTDRs dabei, die Stelle des Schnitts zu finden und die Qualität temporärer und permanenter Spleiße zu bestätigen, um den Betrieb wiederherzustellen. Bei Singlemode-Fasern, bei denen Verbindungsreflexionen ein Problem darstellen, können die OTDRs schlechte Verbindungsstücke leicht lokalisieren.
OTDRs sollten nicht verwendet werden, um den Verlust in der Kabelanlage zu messen, obwohl einige diese Funktion haben. Das ist die Aufgabe der Quelle und des Leistungsmessers. Der gemessene Verlust korreliert nicht zwischen den beiden Methoden und das OTDR kann den tatsächlichen Verlust der Kabelanlage, den das System erkennt, nicht anzeigen.
Darüber hinaus erschwert die begrenzte Entfernungsauflösung des OTDR die Verwendung in einer LAN- oder Gebäudeumgebung, in der die Kabel normalerweise nur wenige hundert Fuß lang sind. Das OTDR hat große Schwierigkeiten, Merkmale in den kurzen Kabeln eines LANs aufzulösen und ist für den Benutzer häufig einfach nur verwirrend.
Wie wählt man das richtige OTDR aus?
Ein OTDR ist die beste Option, wenn Sie die Länge der Faser ermitteln oder Leistungsdaten der optischen Verbindungen erhalten möchten, da es Ereignisse wie die Dämpfung eines Steckers, den Verlust einer Kupplung oder Verbindungen entlang des optischen Netzwerks messen kann. OTDRs sind jedoch sehr teuer, sodass wir wissen sollten, wie man das richtige Gerät auswählt.
Die Wahl eines OTDR basiert auf einer relativ einfachen Richtlinie: Bestimmen Sie die genauen Wellenlängen (850/1300 nm für Multimode-Fasern, während 1310/1550 nm für Singlemode-Fasern), legen Sie den erforderlichen Dynamikbereich basierend auf der zu überbrückenden Entfernung fest und wählen Sie Geräte mit einer kleineren Totzone aus.
Heutzutage sind viele OTDRs verschiedener Modelle auf dem Markt erhältlich, aber dies sind komplexe Geräte und Glasfasertests können aufgrund der Tatsache, dass ihre Eigenschaften und Fähigkeiten stark variieren, ein Problem darstellen, wenn es darum geht, zu entscheiden, welches Testwerkzeug für jede Installation am besten geeignet ist.
Bei der Auswahl von OTDRs müssen wir einige Funktionen berücksichtigen, wie etwa Dynamikbereich, Totzonen (Dämpfung und Ereignis), Abtastauflösung, Möglichkeit zum Festlegen von Schwellenwerten für Bestehen/Nichtbestehen, Nachbearbeitung und Berichterstellung usw.
Dynamikbereich
Diese Spezifikation bestimmt den gesamten optischen Verlust, den das OTDR analysieren kann, und die Gesamtlänge der Glasfaserverbindung, die pro Einheit gemessen werden kann. Je höher der Dynamikbereich, desto größer ist die Distanz, die das OTDR analysieren kann. Die Spezifikation des Dynamikbereichs muss aus den folgenden zwei Gründen sorgfältig geprüft werden.
1. OTDR-Hersteller geben den Dynamikbereich auf verschiedene Weise an (indem sie mit Spezifikationen wie Impulsamplitude, Signal-Rausch-Verhältnis, Mittelungszeit usw. spielen). Es ist daher wichtig, sie genau zu verstehen und ungeeignete Vergleiche zu vermeiden.
2. Ein unzureichender Dynamikbereich führt dazu, dass die gesamte Verbindungslänge nicht gemessen werden kann, was in vielen Fällen die Genauigkeit der Verbindungsdämpfung, der Verbindungsverluste und der Dämpfung am anderen Ende beeinträchtigt. Eine gute Methode besteht darin, ein empirisches OTDR auszuwählen, dessen Dynamikbereich 5 bis 8 dB höher ist als der maximale Verlust, den Sie feststellen werden.
Beispielsweise hat ein Singlemode-OTDR mit einem Dynamikbereich von 35 dB einen nutzbaren Dynamikbereich von etwa 30 dB. Bei einer normalen Glasfaserdämpfung von 0,20 dB/km bei 1550 nm und Spleißen alle 2 km (0,1 dB Verlust pro Spleißen) kann ein solches Gerät Entfernungen bis zu 120 km genau zertifizieren.
Im Vergleich dazu hat ein Singlemode-OTDR mit einem Dynamikbereich von 26 dB einen nutzbaren Dynamikbereich von etwa 21 dB. Bei einer normalen Dämpfung von 0,5 dB/km bei 1300 nm und zwei Verbindungsverlusten von jeweils etwa 1 dB kann dieses Gerät Entfernungen bis zu 38 km genau zertifizieren.
Totzonen
Totzonen entstehen durch Reflexionsereignisse (Anschlüsse, mechanische Spleiße usw.). Entlang der Verbindung unterscheiden kleinere Verbindungen eng beieinander liegende Ereignisse wie z. B. Patchpanel-Anschlüsse usw., was die Fähigkeit zur genauen Messung der OTDR-Dämpfung beeinträchtigt.
Wenn die starke optische Reflexion des Ereignisses das OTDR erreicht, wird der Erkennungsschaltkreis während einer bestimmten Zeitspanne (umgerechnet in Entfernung im OTDR) gesättigt, um sich zu erholen und wieder zurückzukehren, um die Rückstreuung genau zu messen. Als Folge dieser Sättigung gibt es einen Teil der Glasfaserverbindung für die Reflexion nach dem Ereignis, den das OTDR nicht „sehen“ kann. Hier kommt der Begriff Totzone.
Bei der Angabe der OTDR-Leistung ist die Analyse der Totzone sehr wichtig, um sicherzustellen, dass die gesamte Verbindung gemessen wird. Oft werden zwei Arten von Totzonen angegeben:
1.Ereignis-Totzone: Bezieht sich auf das Minimum, das erforderlich ist, damit aufeinanderfolgende Reflexionsereignisse „aufgelöst“, d. h. voneinander unterschieden werden können. Befindet sich ein Reflexionsereignis innerhalb der Totzone des ihm vorangehenden Ereignisses, kann es nicht richtig erkannt oder gemessen werden. Industriestandardwerte für diese Spezifikation reichen von 1 bis 5 m.
2. Dämpfungstotzone: Bezieht sich auf die minimal erforderliche Distanz nach einem Reflexionsereignis, damit das OTDR einen Verlust durch Reflexionsereignis oder Reflexion messen kann. Um kleine Verbindungen zu messen und zu charakterisieren oder Fehler in Kabeln und Patchkabeln zu lokalisieren, ist es am besten, die Dämpfungstotzone so klein wie möglich zu halten. Industriestandardwerte für diese Spezifikation reichen von 3 bis 10 m.
Abtastauflösung
Die Abtastauflösung wird als Mindestabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten definiert, die vom Gerät erfasst werden. Dieser Parameter ist wichtig, da er die ultimative Abstandsgenauigkeit und die Fähigkeit zur OTDR-Fehlerbehebung definiert. Abhängig von der gewählten Impulsamplitude und dem Abstandsbereich.
Grenzwerte für Pass/Fail
Dies ist eine wichtige Funktion, da Sie bei der OTDR-Kurvenanalyse viel Zeit sparen können, wenn der Benutzer Grenzwerte für Pass/Fail für relevante Parameter (wie Spleißverlust oder Reflexion des Steckers) festlegen kann. Diese Grenzwerte heben Parameter hervor, die eine vom Benutzer festgelegte Warn- oder Fehlergrenze überschritten haben, und können in Verbindung mit Berichtssoftware schnelle Änderungsblätter für die Installation/Inbetriebnahme durch Techniker bereitstellen..
Grenzwerte für Pass/Fail
Dies ist eine wichtige Funktion, da Sie bei der OTDR-Kurvenanalyse viel Zeit sparen können, wenn der Benutzer Grenzwerte für Pass/Fail für relevante Parameter (wie Spleißverlust oder Reflexion des Steckers) festlegen kann. Diese Grenzwerte heben Parameter hervor, die eine vom Benutzer festgelegte Warn- oder Fehlergrenze überschritten haben, und können in Verbindung mit Berichtssoftware schnelle Änderungsblätter für die Installation/Inbetriebnahme durch Techniker bereitstellen.
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