3. Проведення вимірів за допомогою оптичного рефлектометра (оtdr).

Як відомо, перевагою використання оптичних рефлектометрів у часовій області (ОTDR) є можливість оперативної діагностики із використанням доступу тільки до одного кінця ОВ, яка не руйнує ВОЛЗ. При цьому, рефлектометр забезпечує можливість дистанційного моніторингу та швидкої діагностики стану ОВ, ОК і ВОЛЗ в цілому.

Принцип роботи ОTDR заснований на реалізації методу зворотного релеївського розсіювання. Зондувальні імпульси від лазера високої потужності вводяться в досліджуване ОВ через оптичний розгалужувач. Високочутливий фотоприймач реєструє та вимірює часову залежність тієї частини оптичного випромінювання, що повертається з ОВ у результаті розсіювання та відбиття назад у рефлектометр. Блок-схема імпульсного рефлектометра приведена на рис. 5. Джерелом зондувальних імпульсів є потужний напівпровідниковий лазер 1 із прямою модуляцією по струму накачування. При фіксованому струмі накачування лазер генерує світлові імпульси фіксованої потужності (≈1мВт) і перемінної тривалості (10 нс…10 мкс), що задається тривалістю імпульсу струму накачування, вироблюваного блоком керування 7. Блок керування 7 виробляє імпульси струму накачування з частотою, встановлюваною оператором вручну або автоматично, що обумовлена по встановленій максимальній довжині ділянки ВОЛЗ, що тестується. Одночасно на блок обробки даних 5 подаються синхронізуючі електричні імпульси. Зондувальний світловий імпульс попадає у ОВ 3 через оптичний розгалужувач 2. За допомогою цього розгалужувача сигнал зворотного розсіювання від ОВ попадає на фотоприймач 4, що перетворить оптичні сигнали в електричні таким чином, що величина електричного струму прямо пропорційна потужності світлового сигналу.

Рисунок 5. Структурна схема оптичного рефлектометра: 1 - імпульсний лазерний діод, 2 - оптичний розгалужувач, 3 – ОВ, яке тестується, 4 - фотоприймач, 5 - блок обробки даних, 6 - дисплей, 7 - блок керування.

Блок обробки даних 5 забезпечує обробку даних електричних сигналів фотоприймача. У результаті математичної обробки на екрані дисплея 6 формується зображення, що має назву рефлектограми, яка являє собою залежність рівня прийнятого сигналу від відстані уздовж ОВ. У цьому ж блоці здійснюються усі види автоматичної обробки рефлектограм і автоматичних вимірів. Блок обробки сучасних рефлектометрів звичайно складається з аналогово-цифрового перетворювача та блоку цифрової обробки – спеціалізованого комп’ютера. Для зменшення рівня шуму а, отже, розширення динамічного діапазону в блоці цифрової обробки здійснюється накопичення даних від великого числа відбитих сигналів.

Отже, розглянемо основні характеристики рефлектометра.

Динамічний діапазон (у дБ) – важливий параметр, що показує вимірювальні можливості рефлектометра. Його величина визначається як різниця рівнів випромінюваного і детектованого OTDR сигналів при співвідношенні сигнал/шум, рівному одиниці. З огляду на динамічний діапазон PON (26-29 дБ) і запас, необхідний для рефлектометра з мінімальною погрішністю (2-3 дБ), можна рекомендувати величину 32-38 дБ для мереж довжиною до 10-20 км. Використання рефлектометрів з діапазоном менше 30 дБ можливо, але повинно враховувати проектні значення бюджету втрат.

Мертва зона (у метрах) – характеризує тимчасове «осліплення» фотодетектора при влученні на нього великої відбитої потужності, особливо від рознімних з’єднань при підключенні патч-кордом до лінії. Мертва зона по відображенню являє собою мінімальну відстань між двома сусідніми що відбивають неоднорідностями, що виявляються за допомогою рефлектометра. Величина, що складає 2-3 м вважається досить гарною. Мертва зона по загасанню звичайно трохи більше. Вона показує мінімальну відстань, необхідна рефлектометру для виявлення невідображаючої події після сильного відображення. Для реальних вимірів цілком підходить значення 8-10 м.

Робоча довжина хвилі (у нм) – визначає спектральний діапазон, у якому будуть вироблятися виміру. З огляду на особливості (передача прямого і зворотного каналів на різних довжинах хвиль), необхідно мати OTDR з випромінювачами на довжинах хвиль 1310 нм і 1550 нм. Якщо дозволяють матеріальні можливості, те непогано мати ще випромінювач на 1625 нм. На цій хвилі можна робити виміру в діючій ВОЛЗ без перерви зв’язку, тому що сигнали рефлектометрії будуть рознесені по довжині хвилі з інформаційними. Крім того, на 1625 нм значно краще видні неоднорідності, що пов’язані з критичними вигинами ОВ.

Тривалість імпульсу (у мікросекундах) – важливий параметр із погляду визначення місця ушкодження. Якщо ушкодження відбувається на початкових ділянках мережі, то звичайно використовують імпульси малої тривалості для більшої точності визначення ушкодження. При ушкодженні на віддалених ділянках мережі використовуються імпульси з більшою тривалістю. З огляду на відносно невелику довжину PON, бажано використовувати OTDR з мінімальною тривалістю імпульсу не більш 10 нс.

Діапазон перегляду (у км) – це діапазон відстаней, у межах якого рефлектометр збирає інформацію про відбиту потужність у лінії. Сам діапазон встановлюється оператором OTDR і, звичайно, трохи перевищує реальну довжину лінії. Помилка у встановленні діапазону може привести до більшої погрішності виміру відстані або до появи фантомних (помилкових) сплесків на рефлектограмі. Найбільш зроблені моделі рефлектометрів в автоматичному режимі проводять попереднє сканування лінії і визначають оптимальний діапазон перегляду. З огляду на можливість виміру в PON коротких ділянок ліній, бажано мати в OTDR мінімальний діапазон перегляду 2–6 км чи менше.

Режим реального часу – режим, у якому OTDR не робить тривалого усереднення прийнятих значень, а відразу показує поточні значення відбитої потужності. Дуже зручний для контролю якості з’єднання при підключенні рефлектометра через адаптер до оптичного волокна кабелю.

Автоматичний режим вимірів корисний для малодосвідчених користувачів – режим, у якому прилад сам підбирає довжину хвилі, діапазон перегляду, тривалість імпульсу й інші параметри.

Розпізнавання включеного на дальньому кінці активного пристрою – корисна функція при роботі на діючій ВОЛЗ.

Складання звіту – функція, що дозволяє вам підготувати в зручному виді всю інформацію про обмірюваний сегмент мережі (загальна довжина лінії, загальне загасання, утрати на зварених з’єднаннях, загасання відображення і т. ін.), яку можна надати замовнику робіт і/або зберегти для наступного використання при експлуатації.

Вбудоване джерело червоного світла – лазерний випромінювач з довжиною хвилі 650 нм, що має окремий вихідний порт і використаний для візуального пошуку ушкоджень у шнурах і з’єднаннях ОВ. Функція зручна при відсутності в інсталятора окремого приладу, але вона трохи збільшує вартість приладу.

Режим одночасного перегляду декількох рефлекторам – корисний при пошуку ушкоджень, особливо не критичних, не пов’язаних з обривом ОВ (неякісне зварювання, вигин з дуже малим радіусом, мікротріщина і т. ін.). Порівнюючи на одному екрані опорну (зроблену після будівництва) і «аварійну» рефлектограми, простіше знайти місце ушкодження. За допомогою функції накладення дуже корисно порівнювати рефлектограми, зроблені на довжинах хвиль 1310 і 1550 нм.

Робота в режимі оптичного тестера з НЧ-модуляцією – можливість деяких OTDR програмно працювати як пари приладів (каліброване джерело випромінювання + вимірник оптичної потужності). Причому для ідентифікації окремих ланцюгів можлива НЧ-модуляція вихідного випромінювання на кількох частотах. Ця функція зручна при відсутності у інсталяторів оптичних тестерів і трохи збільшує вартість приладу.

Для кожного OTDR існує ще множина інших параметрів, що визначають його роботу. Якісна робота рефлектометра також визначається особливостями контролю роботи випромінювача, схемою обробки фотоприймального вузла, математичним забезпеченням обробки сигналів і інших характеристик, що важко порівнювати кількісно.

Пошук ушкоджень за допомогою джерела видимого світла. Дуже часто причиною аварії на ВОЛЗ є ушкодження оптичних шнурів (особливо патч-кордів). Це відбувається внаслідок недбалого звертання обслуговуючого персоналу або користувачів зі шнурами, підключеними в оптичних кросах, розподільних пристроях або абонентських терміналах. У результаті вигинів з малим радіусом, ударів, ривків, стиску і т. ін можуть утворюватися тріщини або обриви ОВ, як у самому шнурі, так і на його кінці, що прилягає до корпуса конектора. Іноді проблеми пов’язані просто з низькою якістю шнура, що не витримує кількох операцій перекомутації.

Знайти проблему можна за допомогою простого, однак дуже корисного пристрою – джерела видимого лазерного випромінювання. Таке джерело має лазер на довжину хвилі 650 нм (червоного світла) і універсальне роз’ємне з’єднання для підключення до конекторів типу FC, LC, SC і ST з діаметром серцевини (ферули) 2,5 мм. При підключенні джерела до шнура місце ушкодження буде яскраво світитися і легко виявляється візуально, причому вихідне випромінювання буде добре видно навіть крізь оболонку шнура. Для зручності вимірника прилад може видавати як безупинне випромінювання, так і «мерехтіння» з частотою 2 або 3 Гц.

За таким принципом зроблені сучасні джерела. Потужність випромінювача 0,5...1 мВт дозволяє реально переглядати до 5 км ОВ. За допомогою джерела видимого світла легко виявляти не тільки дефекти з’єднувальних шнурів, однак також неякісного звареного з’єднання та критичних вигинів ОВ у кросових пристроях, розподільних боксах і муфтах.

Таким чином, ОTDR дозволяє: визначати розподіл втрат уздовж ВОЛЗ; виявляти дефектні ділянки або елементи ліній зв’язку; визначати точне розташування обривів або дефектних ділянок ВОЛЗ; оцінювати повні втрати у ВОЛЗ при прийманні ВОЛЗ і періодичному тестуванні; вимірювати втрати в рознімних і нероз’ємним (зварених) з’єднаннях; вимірювати коефіцієнти відображення. Однак, початкова вартість таких приладів складає від 2-3 тис. умовних одиниць. Альтернативою є застосування емуляторів ОTDR. Їх особливість полягає в можливості обробки файлів рефлекторам реальних ВОЛЗ на звичайному персональному комп’ютері (ПК). Прикладами таких є емулятори ОTDR MTP 9000(А), MTP 9021Н, ОР-2-3 (рис. 6, 7). В цілому, при дослідженні ВОСП можливо проводити виміри як у звичайному режимі, так й з апроксимацією наступних параметрів: тип ОВ, умови виміру, тип рефлектограми, точну довжину хвилі, ПП ОВ, довжину ВОЛЗ, розрізнювальну здатність, тривалість зондувального імпульсу, тривалість проведення вимірів, загасання в з’єднанні, коефіцієнт відбиття, коефіцієнт загасання, коефіцієнт зворотного розсіювання, тип неоднорідності та відстань до неї.

Рисунок 6. ОTDR MTP 9000(А).

Рисунок 7. ОTDR ОР-2-3.