Подписаться на новости
* обязательные поля
Не чаще 1 письма в неделю. Только полезная информация. Убедитесь сами – посмотрите наш архив рассылок.

 


ГлавнаяСтатьиВыбираем оборудование → Оптический рефлектометр - что это и как выбрать

Оптический рефлектометр - что это и как выбрать

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) в наше время широко используются в сфере телекоммуникаций. Для измерения параметров и диагностики состояния ВОЛС основным прибором является оптический рефлектометр (англ. OTDR, Optical Time Domain Reflectometer).

В этой статье мы рассмотрим:

  1. Принцип работы оптического рефлектометра.
  2. Функции рефлектометра.
  3. Как устроены типовые модели.
  4. Виды оптических рефлектометров.
  5. Характеристики.
  6. Критерии выбора рефлектометра.
  7. Что такое рефлектограмма, как ее анализировать.
  8. Советы по использованию рефлектометра.
 

Как работает оптический рефлектометр

Если очень упрощенно, то рефлектометр посылает в оптоволокно световые (зондирующие) импульсы и измеряет обратное излучение. 

Обратное излучение, регистрируемое рефлектометром, возникает в результате трех основных физических причин:

  • естественное обратное рассеяние импульса, которое позволяет определять затухание сигнала на расстоянии. Ученые предполагают, что коэффициент обратного рассеяния является постоянным для определенного волокна. То есть, если в волокне не будет никаких препятствий, неоднородностей, повреждений, на рефлектограмме будет отражаться только равномерное затухание сигнала;
  • эффект Релеевского рассеяния. С помощью обратного излучения, возникающего в результате такого рассеяния, рефлектометр фиксирует так называемые неотражающие события - те, где сигнал не отражается, но рассеивается (неоднородности волокна, места сварки, макроизгибы волокна).



  •  эффект Френелевского отражения. Когда световой поток падает на участок с плотностью выше, чем та среда, в которой он сейчас двигается, сигнал отражается от границы среды. С помощью этого типа излучения фиксируются отражающие события - разрывы, трещины, коннекторы и тому подобные вещи, которые вызывают резкий всплеск обратного потока зондирующего импульса.
 

Если более подробно, то во время работы рефлектометра происходит следующее:

  1. Оптический рефлектометр посылает короткие и мощные оптические импульсы в волокно с помощью лазерного светодиода. Чаще всего используются 2 лазерных светодиода, обычно работающие на длинах волн 1310 нм и 1550 нм.
  2. На следующем этапе излучение идет через оптический разветвитель прямо в оптоволокно, не попадая при этом в фотоприемник. Проходя по оптическому волокну, где небольшая часть излучения рассеивается, импульсы света сталкиваются с различного рода препятствиями, повреждениями, разрывами волокна и т. д. Сталкиваясь с ними, пучки света начинают движение в обратную сторону к фотоприемнику (для регистрации). Еще одно назначение оптического разветвителя — обеспечить пропускание отраженного в волокне излучения для его дальнейшей регистрации с целью измерения.
  3. Ну и наконец, отраженное излучение попадает на фотоприемник, который позволяет точно замерить задержки по времени для всех отраженных сигналов. Качество фотоприемника также оказывает влияние на точность измерений.
  4. На основании полученных данных формируется рефлектограмма, с помощью которой можно установить длину линии, затухание сигнала в ВОЛС, а также его потери на коннекторах, расстояния до мест неоднородностей волокна или обрывов. В рефлектограмме все неоднородности показателя преломления будут обозначаться как «события».

 

Функции рефлектометра

Современные OTDR — это сложные цифровые приборы, которые позволяют проводить в автоматическом режиме целый комплекс измерений:

  • тестировать ВОЛС в автоматическом режиме и представлять результаты в виде рефлектограммы;
  • вычислять длину оптической линии;
  • находить места обрыва волокна, показывать их на рефлектограмме, вычислять расстояние до обрывов;
  • определять места изгибов волокна, сварных соединений и отражать уровень потерь сигнала на них;
  • измерять потери на коннекторных соединениях (сплиттерах);
  • рассчитывать параметры затухания в линии, возвратных потерь и отражённого сигнала;
  • определять качество волокна - на основании определения погонных потерь. Волокно низкого качества может, например, содержать большое количество неоднородностей, которые будут давать большее рассеяние сигнала, по сравнению с другими волокнами, и большее число потерь на километр. Чем меньше погонные потери, тем длиннее можно построить сеть на одинаковых мощностях оптического оборудования;
  • осуществлять вывод на экран результатов тестирования, а также сохранять данные в памяти, передавать на внешний носитель результаты измерений для дальнейшего анализа и формирования отчетности.
 

Конструкция оптического рефлектометра

Типичный оптический рефлектометр обычно выглядит примерно так:

Широкое распространение получили также портативные приборы OTDR, которые меньше и легче, например, оптический рефлектометр Signal Fire S3:

Как мы уже увидели, для функционирования рефлектометра необходимы лазерный светодиод, оптический разветвитель и фотоприемник. Они обычно объединены в оптическом модуле рефлектометра.

Кроме того, современный OTDR комплектуется:

  • мощным микропроцессором,  который обрабатывает полученные данные и выводит результаты в виде отчетов и рефлектограммы;
  • аккумуляторной батареей -  чтобы рефлектометр можно было использовать вдали от источников электропитания;
  • цветным экраном высокого разрешения;
  • функциональными клавишами;
  • разъемами для подключения измеряемой линии и дополнительного оборудования.
 

В зависимости от функционала, в рефлектометре могут быть разъемы не только для подключения проверяемого волокна, но также:

  • для встроенного источника лазерного излучения (LS);
  • для измерителя мощности (OPM);
  • для визуального детектора повреждений (VFL);
  • дополнительные коннекторы для подключения многомодового волокна, PON-линии, активной линии;
  • USB порты - для подключения дополнительного оборудования, USB-накопителя, смартфона, планшета;
  • интерфейс RG45 - например, для тестирования линии на витой паре;
  • слот для карты памяти ТF (опционально) и т. д.
 

Отметим, что функции источника лазерного излучения и измерителя оптической мощности могут осуществляться и через один OTDR-порт.

Посмотрим на примерах. На этом рефлектометре марки VIAVI мы видим (слева направо): порт OTDR для подключения активной линии, обычный порт OTDR, два USB-порта, коннектор для VFL.

На компактном и недорогом Signal Fire S3 три порта: VFL (локация дефектов), OTDR (собственно, рефлектометрия) и OPM (измеритель оптической мощности).

 

Некоторые модели оснащаются модулями для подключения по Wi-Fi, Bluetooth.

Как правило, большинство представленных на рынке OTDR выполнены в виде самостоятельного устройства, но встречаются оптические рефлектометры, изготовленные в виде приставки/платы для компьютера (ноутбука) или же для мобильных устройств.

Виды оптических рефлектометров

По модульности

Некоторые бренды выпускают модульные рефлектометры. Это более дорогие, мощные и многофункциональные устройства, часто конструктивно выполнены в виде приставки для ноутбука, которая подключается к нему с использованием различных интерфейсов. Большое преимущество таких приборов — это наличие сменных модулей, которые предназначены для различного вида дополнительных исследований и измерений, и которые можно докупать отдельно по мере необходимости.

В «полевых условиях» такие рефлектометры позволяют выполнить ряд необходимых измерений и показать предварительные результаты, однако при подключении к ноутбуку такой прибор превращается в полноценную платформу для анализа параметров ВОЛС. 

По функциональности

Здесь сложно провести четкое разграничение по видам, так как рынок предлагает большое разнообразие моделей. Можно выделить 2 основные категории:

  1. Профессиональные. Это дорогие приборы, которые могут стоить $5000 и более. Они оснащены полным набором функций, которые необходимы для подробного тестирования и сертификации ВОЛС по магистральным стандартам, автоматическими режимами проверки и возможностью выставления параметров вручную. 
    Кроме того, профессиональные OTDR характеризуются широким динамическим диапазоном, что позволяет тестировать линии протяженностью свыше 200 км и получать подробные точные данные на участках сложной конфигурации. Среди производителей, выпускающих приборы такого класса, на украинском рынке представлены EXFO, Greenlee.
  2. Простые, с минимальным набором функций. Если вам не нужна экспертная сертификация линии, и вы работаете на сравнительно небольших участках сети, можно обойтись обычным OTDR. Такие модели выполняют все основные функции: измеряют затухание сигнала, показывают расстояние до обрывов, измеряют потери на коннекторах и т. д. и показывают все это в виде рефлектограммы. Часто дополнительно комплектуются VFL и OPM (как, например, Signal Fire S3). Обычно имеют небольшой динамический диапазон, и позволяют тестировать линии до 60 км, не слишком разветвленные.
    Стоимость такого оптического рефлектометра обычно находится в пределах $700-$1500.
 

Все остальные модели - где-то посередине. Их набор возможностей и характеристик может быть разным. На цену может влиять как престижность бренда, так и наличие дополнительных функций или расширенных возможностей тестирования. 

По мобильности

С функциональностью тесно связан и такой параметр, как мобильность рефлектометра. Профессиональное лабораторное оборудование обычно не пригодно для «полевых измерений», т. к. имеет крупные габариты и вес и зависимо от питания электросети. А компактный OTDR с минимально необходимым набором функций помещается в руке и удобен для тестирования сети в полевых условиях.

Кроме того, мобильные приборы всегда комплектуются аккумулятором с хорошим запасом емкости.

По видам измерений

Многофункциональные OTDR имеют дополнительные разъемы для подключения двух или трех видов волокна. Часто это модели из верхнего ценового диапазона.

Однако большинство рефлектометров на рынке узкоспециализированы и предназначены для тестирования чего-то одного:

  • одномодового волокна,
  • многомодового волокна,
  • PON,
  • активного волокна.
 

Это удобно, если вы не  хотите переплачивать за функции, которые не нужны в вашей работе. 

Технические характеристики оптических рефлектометров

Как правило, в спецификациях на оптические рефлектометры мы можем увидеть множество различных характеристик и параметров прибора. Например, это может выглядеть так:

Попробуем разобраться, что они обозначают и какие из них существенны при настройке и эксплуатации прибора.

  1. Длина волны. Для одномодового волокна — это 1310/1550 нм, для многомодового — 850/1300 нм, для PON — 1310/1490/1550 нм, для измерений на активном волокне — 1625 нм или 1650 нм. По длине волны можно определить, какой тип волокна можно тестировать данным рефлектометром.
  2. Измеряемое расстояние. Этот параметр показывает минимальную и максимальную длину линии, которую можно протестировать с помощью этой модели. Если мы говорим о настройках тестирования, то здесь величину расстояния можно менять. Ее нужно выставить таким образом, чтобы на рефлектограмме вы могли увидеть конец линии. Например, если ваша линия 3 км, установите 4 км.
  3. Длительность зондирующих импульсов. От этого параметра зависит мёртвая зона и динамический диапазон рефлектометра. Например, с помощью малых импульсов лучше измерять только короткие линии, если у вас протяженная магистраль, лучше выставить в настройках более мощные импульсы. С другой стороны, чем больше импульс - тем шире будут мертвые зоны, и какие-то близко расположенные друг к другу события могут быть не отражены на рефлектограмме.
  4. Динамический диапазон рефлектометра находится в зависимости от длительности зондирующих импульсов и чувствительности фотоприемника. От его значения зависит длина оптической линии, которую можно замерить с помощью конкретного OTDR. Значение этого параметра варьируется в различных приборах от 20 до 46 Дб. В принципе, чем больше значение динамического диапазона, тем более протяженное волокно можно исследовать таким прибором, но и стоимость такого OTDR будет значительно дороже. Также нужно отметить, что участок ВОЛС более сложной конфигурации (где имеется много коннекторов и других соединений) лучше измерять с помощью рефлектометра с более широким динамическим диапазоном, он позволит зафиксировать большее количество событий потерь.
  5. Время измерения. Для более точных измерений (с меньшим количеством шума на рефлектограмме) выставляйте больший интервал времени, например, для калибровки или поверки рефлектометра он может быть 180 сек.
  6. Мертвая зона по событию. Это характеристика OTDR определяет, в пределах какого расстояния от события невозможно будет определить второе событие. Например, на скрине выше значение этого параметра - 3 метра. Это означает, что если в пределах 3 метров после, к примеру, коннектора, будет обрыв или еще коннектор, то он попадет в мертвую зону и не будет виден на рефлектограмме. Принято считать, что длина мертвой зоны по событию - это расстояние от начала события до точки на склоне "пика", расположенного ниже его вершины на 1,5 dB.
  7. Мертвая зона по затуханию определяет расстояние после отражающего события, на котором нельзя измерить потери в волокне. Принято считать, что величина мертвой зона по затуханию рана расстоянию от начала события до точки на графике, которая расположена на 0,5 dB ниже обычной линии затухания сигнала.

    Ширина мертвой зоны зависит, в том числе, от длительности зондирующего импульса. В характеристиках приборов она указывается наименьшая, по наименьшему импульсу - имейте это ввиду.


 

Критерии выбора оптического рефлектометра

При выборе OTDR, особенно если эта задача стоит впервые, у неподготовленного покупателя могут возникнуть вопросы и даже проблемы по выбору прибора из огромного ассортимента, который есть на этом рынке. Итак, на какие факторы и характеристик требуется обратить внимание в первую очередь?

  • Тип оптоволокна, на котором будут проводиться измерения. Тут все просто - покупайте прибор для того типа, с которым работаете. Если вам нужно будет тестировать разные типы (одномодовое, многомодовое, PON, активное волокно) - берите прибор, сочетающий в себе нужные функции. В некоторых случах, возможно, будет дешевле купить 2 недорогих прибора для разных типов волокна, чем один многофункциональный.
  • Дальность и сложность линий. Для оптоволоконных линий с множеством ответвлений, а также большой дальности нужно приобретать модель с динамическим диапазоном в 30dB и более.
  • Виды измерений, которые вы будете проводить с помощью данного прибора. Минимально это дальность, потери на неоднородностях (сварка, коннекторы), определение мест обрыва и т. д. Если вам нужны более детальные данные, нужно выбирать оптический рефлектометр профессионального класса.
  • Практика использования оптических рефлектометров в работе. Здесь вам следует определиться с частотой использования прибора, каким образом он будет использоваться (для полевых или лабораторных исследований), достаточно ли портативного решения или нужно профессиональное, или, возможно стоит приобрести два вида рефлектометров - попроще, для оперативной проверки линии "в поле", и серьезный - для детального тестирования.
  • Уровень подготовки специалистов компании. Для работы с профессиональным оборудованием нужна специальная подготовка.
  • Виды отчетности и детализация отчетов. Если вам достаточно просто иногда замерять параметры ВОЛС и смотреть рефлектограмму на мониторе прямо на объекте, то можно остановиться на недорогих портативных решениях. Если же вам необходим детальный анализ рефлектограммы с подробной отчетностью, выполненной на компьютере, то необходимо подумать или о профессиональных решениях или учесть, есть ли у выбираемого портативного прибора карта памяти, интерфейс подключения к ноутбуку и др. возможности передачи данных для анализа и отчетности.
  • Техническая поддержка от производителя, наличие подробной документации, возможность «апгрейда» рефлектометра в дальнейшем. Эти факторы тоже очень важны, особенно если у вас специализированная организация, которая занимается техническим обслуживанием ВОЛС и собирается расширять, как круг клиентов, так и виды выполняемых работ.
  • Предыдущий опыт работы с приборами определенного производителя. Если в вашей компании уже есть несколько приборов одной марки, то возможно стоит подумать о совместимости планируемых покупок с уже существующими решениями.

 

Рефлектограмма: как ее получить и проанализировать

Типичная рефлектограмма, которая выводится на монитор портативного прибора выглядит примерно так:



Как мы видим, в верхней части построен график с результатами измерений линии, внизу обозначена таблица с «событиями». Для понимания, как расшифровываются все эти пики и ступеньки на рефлектограмме, давайте посмотрим вот такую шпаргалку:

  • "пики" на рефлектограмме - это отражающие события. Обрыв волокна, коннектор, сплиттер вызывают существенное отражение импульса, что и фиксирует рефлектометр;
  • небольшие "ступеньки" - это неотражающие события (макроизгиб волокна, место сварки, неоднородности в волокне);
  • частые "зигзаги" в конце рефлектограммы - это шум, регистрируемый после окончания линии;
  • угол наклона линии сигнала говорит о скорости его затухания.

 

График рефлектограммы построен на осях расстояния и оптической мощности.. Это позволяет определять уровень затухания сигнала после каждого зарегистрированного на рефлектограмме события, а также расстояние до него.

Специалисты, как правило, сохраняют рефлектограмму в памяти прибора (файлы формата SOR, Standard OTDR Record) для дальнейшего детального анализа уже на компьютере с помощью специального софта. Провести замеры на объекте может и не очень квалифицированный специалист, а вот заниматься анализом полученной рефлектограммы должен опытный инженер. Дело в том, что в автоматическом режиме не все события фиксируются OTDR, например, в некоторых случаях специалист может добавить в таблицу с помощью функций программного обеспечения какое-либо событие в ручном режиме. Если же в таблице появилось ошибочно найденное событие, то его можно будет вручную удалить.

Для того, чтобы рефлектограмма получилась качественной и содержала объективные результаты измерений, перед началом тестирования специалистам необходимо установить удлинительную катушку в точке подключения рефлектометра (для измерения потерь на первом коннекторе). А на другом конце оптоволокна нужно подключить коммутационный кабель (для фиксирования потерь в дальнем соединителе). Удлинительная катушка и коммутационный кабель должны быть такого же типа, как и исследуемое волокно.

Как правило, для удобства хранения, удлинительные катушки помещаются в специальные контейнеры (длина катушки может составлять и 100-150 метров, и 1 км, в зависимости от длины тестируемого кабеля).

Также рекомендуется проводить снятие рефлектограммы в противоположных направлениях или переходить в ручной режим для получения уточненных данных. 

Советы по использованию оптических рефлектометров

Если вы используете прибор впервые, то предварительно необходимо изучить техническую документацию на него и пройти обучение по его использованию на практике.

Необходимо учесть следующую информацию:

  • К активной линии нельзя подключать оптический рефлектометр (кроме специальных моделей). Иначе OTDR может переключиться в защитный режим. Учтите, что фотоприемник, установленный в рефлектометр, очень чувствителен и не рассчитан на прием мощного излучения.
  • Необходимо следить за состоянием входного коннектора оптического рефлектометра, предохранять его от загрязнений и повреждений, регулярно проводить проверку и очистку. Если же коннектор поврежден (царапины, потертости и т.д.), то вам придется обратиться в сервисный центр для ремонта или замены.
  • Перед началом измерений, в зависимости от типа вашего рефлектометра, рекомендуется установить согласующий кабель (удлинительную катушку) в начало линии и принимающее волокно (коммутационный кабель) на конце линии для получения более точной рефлектограммы.
  • Для регулирования уровня затухания, а также для пуско-наладочных работ можно использовать специальные аттенюаторы (ступенчатые аттенюаторы, шнуры с нормированным затуханием и т. д.).

 

Надеемся, что наша статья оказалась полезной для знакомства принципами работы оптических рефлектометров и методами их применения на практике. Специалисты компании Lantorg проконсультируют вас по всем вопросам и окажут помощь в выборе прибора.

 


Оцените, пожалуйста, полезность/интересность статьи. Нам важно ваше мнение!

Рейтинг:   5.0 (голосов 4)
Дата публикации: 03.12.2020

Также советуем почитать:


Сопутствующие товары


Комментарии

  • Олег 16.01.2021, 15:06
    Раскрыли бы, как анализировать рефектограму..

Написать комментарий

Ссылки на другие сайты удаляются. Спасибо за понимание.