Рефлектометры в ВОЛС

В процессе строительства и эксплуатации ВОЛС производиться комплекс измерений для определения состояния как кабельной инфраструктуры, так и качества функционирования оборудования линейного тракта. На этапе строительства измерения волоконно-оптической трассы проводятся в целях контроля качества прокладки и монтажа кабеля: измеряются затухания на волокне в процессе строительства и на смонтированных участках. В процессе эксплуатации измерения выполняются для определения состояния волокна, для предупреждения или после устранения повреждений.

Измерения при эксплуатации разделяют на три вида:

• Профилактические измерения, проводятся по утвержденному плану мероприятий, их состав, объем и периодичность зависят от местных условий, состояния кабеля и т. п.
• Контрольные измерения осуществляются после ремонта для определения качества ремонтно-восстановительных работ.
• Аварийные измерения проводятся для определения места и параметров повреждения кабеля.

Для проведения измерений в ВОЛС используются средства измерения электросвязи, их можно разделить на несколько основных групп:

• Оптические измерители затухания (оптические тестеры и мультиметры);
• Оптические рефлектометры;
• Измерители хроматической и поляризационной модовой дисперсии;
• Универсальные измерительные платформы (устройства, включающие в себя часть или все вышеуказанные средства измерения).

Из всех средств измерения наиболее распространёнными и востребованными при проведении измерений волоконно-оптических трасс являются оптические рефлектометры.

Оптический рефлектометр (англ. OTDR, Optical Time Domain Reflectometer) – это измерительный прибор, предназначенный для определения расстояния до неоднородностей показателя преломления оптического волокна: сварных соединений, макроизгибов, коннекторов, обрывов и т.д. То есть рефлектометр позволяет производить практически весь спектр измерений оптического волокна кроме измерений показателей дисперсии.

Принцип работы оптического рефлектометра

Работа оптического рефлектометра основана на детектировании отраженного сигнала в следствии Рэлеевского рассеяния и Френелевского отражения.

«Рэлеевское рассеяние — рассеивание света на объектах, размеры которых меньше его длины волны.»

«Отражение света, описываемое формулами Френеля, называется Френелевским отражением.»

Рефлектометр подключается к оптическому волокну, подключение может происходить напрямую или через какой-либо оптический делитель в случае, если измерения проводятся на рабочей трассе параллельно с передачей информационных сигналов. При проведении измерений рефлектометр излучает в испытуемое волокно зондирующий световой импульс определенной амплитуды и длительности.

Одновременно с излучением зондирующего импульса включается фотодетектор для регистрации отраженных сигналов. При распространении светового импульса по волокну он сталкивается с различными неоднородностями волокна, такими как дефекты волокна, сплавное соединение, неразъемное или разъемное соединения, обрыв волокна и т.п., от которых происходит отражение части импульса. Отраженные от неоднородностей импульсы распространяются в обратном направлении (к рефлектометру) и время их поступления на фотодетектор фиксируется рефлектометром.

Расстояние до неоднородности в результате вычисляется, как время распространения импульса до неоднородности и обратно разделенное на два. Математически расстояние до события вычисляется по формуле:

D = T * V

где «T» -время распространения импульса, а «V» – его скорость распространения.

Скорость распространения в свою очередь можно вычислить из формулы показателя преломления волокна:

n = C_o/C_n

где «C_o» – скорость распространения светового импульса в вакууме, а «C_n» скорость распространения импульса в среде с показателем преломления n.

Все неоднородности в волокне, зафиксированные оптическим рефлектометром, принято называть – события, а графический результат измерения – рефлектограммой.

По рефлектограмме можно узнать расстояние до определенных событий в волокне. В зависимости от изначально заданных параметров зондирующего импульса и разрешающей способности рефлектометра измеренные дистанции до событий могут быть с точностью до метров, а могут быть с погрешностью в десятки метров.

Основные характеристики оптического рефлектометра

К основным характеристикам рефлектометра относят:

• Динамический диапазон;
• Длины волн зондирующего импульса;
• Длительнеость (ширина) зондирующего импульса;
• Величина «мертвой зоны»
• Разрешающая способность.

Динамический диапазон рефлектометра

Динамический диапазон – разность между уровнями сигналами обратного рэлеевского рассеяния в начале рефлектограммы и пиковых значений шумов в отсутствии сигнала в конце рефлектограммы.

То есть динамический диапазон определяет максимальную величину потерь, которую может измерить рефлектометр без искажения результатов измерения. А это значит, что чем больше величина динамического диапазона рефлектометра, тем большую по протяженности трассу он сможет измерить. Так же большой динамический диапазон позволяет получить более детальную рефлектограмму короткой линии со сложной конфигурацией (большое количество как разъёмных, так и не разъемных соединений).

Длина волны зондирующего импульса

В современных ВОЛС используется широкий рабочий диапазон: в многомодовых волокнах – 850 ~ 940 нм, а в одномодовых 1260 ~ 1675 нм. Для получения точных измерений рефлектометр должен иметь возможность измерять во всех используемых оптических диапазонах.

Наиболее распространенными длинами волн в рефлектометрах являются: 1310 нм из O-диапазона и 1550 нм из C-диапазона. В связи с бурным ростом PON сетей в арсенал измеряемых длин волн добавили 1490 нм из S-диапазона.

В рефлектометрах, используемых в автоматических системах мониторинга наибольшую востребованность, получила длина волны 1625 нм из U-диапазона, за счет того, что проведения измерений на этой длине волны возможно параллельно с работой каналов связи на других длинах волн. Более подробно ознакомиться с рабочими диапазонами в одномодовых волокнах можно в нашей статье по ссылке.

Наиболее редкой моделью рефлектометров являются устройства производящие измерения на длине волны 850 нм. Редкость таких рефлектометров легко объяснима тем, что многомодовые волокна используются для организации соединений в рамках здания или машинного зала и зачастую расстояние таких соединений не превышают 300 метров, а на таких малых расстояниях редко требуется проведение рефлектометрических измерений.

Подытоживая, современные оптические рефлектометры могут производить измерения на длинах волн:

• 850 нм;
• 1300 нм;
• 1310 нм;
• 1490 нм;
• 1550 нм;
• 1625 нм.

Длительность зондирующего импульса

Длительность импульса – это время излучения рефлектометром зондирующего импульса, так же может называться шириной импульса. Чем продолжительнее импульс, тем шире пики в событиях отражения, и тем больше вероятность перекрытия импульсов в следствии того, что события могут слиться в один пик. Но при этом снижение длительности импульса в противовес детально распознаваемых близко расположенных событий, значительно снижает динамический диапазон.

В связи с этим длительность импульса должна подбираться исходя из протяженности трассы или ее «насыщенностью» событиями. В определенных случаях имеет смысл произвести несколько измерений с разной длительностью импульса для получения полной картины по трассе: в начале, середине и конце.

Величина «мертвой зоны»

Мертвая зона рефлектометра – это часть рефлектограммы, в которой высокий уровень френелевского отражения перекрывает более низкий по мощности уровень обратного отражения, то есть зондирующий импульс отраженный от входного коннектора или близкой неоднородности волокна обладает высокой мощностью и возвращаясь к рефлектометру на некоторое время «ослепляет» его, из-за этого расстояние, которое прошел импульс за это время будет не видно на конечной рефлектограмме. «Мертвые зоны» рефлектометра бывают двух видов:

• «Мертвая зона» по событию – расстояние, на котором невозможно отличить два находящими рядом событиями.
• «Мертвая зона» по затуханию – расстояние после события, на котором невозможно измерить потери.

Для получения полноценной рефлектограммы волокна используются компенсирующие катушки в начале трассы. Они позволяют сдвинуть «мертвую зону» от измеряемого волокна к катушке, а в конце линии получить значения затуханий на последнем разъемном соединении.

Разрешающая способность рефлектометра

Параметр «Разрешающая способность» зависит от других рабочих характеристик рефлектометра и для одного и того же прибора может меняться в зависимости от исследуемого волокна или установленных параметров измерения. В основном разрешающая способность рефлектометра зависит от динамического диапазона и длительности зондирующего импульса, но нельзя не учитывать влияния времени усреднения и длины волны измерения.

Функции и возможности рефлектометров

Современные оптические рефлектометры обладают следующими функциями:

• Проведение измерений в ручном и автоматическом режимах;
• Автоматическая установка параметров в зависимости от характеристик оптического волокна;
• Представление результатов измерения, как в виде графика, так и в табличном варианте с автоматическим распознаванием типа событий;
• Наличие режима сравнения двух и более рефлектограмм путем наложения графиков;
• Наличие режима измерения затуханий отражений от мест сосредоточенной неоднородности на линии.