L'OTDR est un instrument d'intégration électro-optique sophistiqué composé d'une diffusion Rayleigh et d'une rétrodiffusion à réflexion de Fresnel lorsque la lumière est transmise à travers une fibre optique. Il est largement utilisé dans la maintenance et la construction de câbles à fibres optiques. Effectuez des mesures de longueur de fibre, d'atténuation des fibres, d'atténuation des joints et de mesure de l'emplacement des défauts.
Le test OTDR est effectué en émettant des impulsions lumineuses dans la fibre, puis en recevant les informations renvoyées au port OTDR. Lorsque des impulsions lumineuses se propagent à l'intérieur de la fibre, la diffusion ou la réflexion se produit en raison de la nature de la fibre, des connecteurs, des joints, des coudes ou d'autres événements similaires. Une partie de la diffusion et des réflexions sont renvoyées à l'OTDR. Les informations utiles renvoyées sont mesurées par les détecteurs de l'OTDR, qui servent de segments de temps ou de courbe à différents endroits de la fibre.
La distance peut être calculée à partir du temps nécessaire pour que le signal au signal de retour détermine la vitesse de la lumière dans le matériau en verre. La formule suivante explique comment l'OTDR mesure la distance. d = (c × t) / 2 (IOR) Dans cette formule, c est la vitesse de la lumière dans le vide, et t est le temps total après la transmission du signal jusqu'à la réception du signal (dans les deux sens) les valeurs sont multipliées par 2 après une distance unidirectionnelle). Parce que la lumière est plus lente dans le verre que dans le vide, afin de mesurer avec précision la distance, la fibre sous test doit spécifier l'indice de réfraction (IOR). IOR est marqué par le fabricant de la fibre.
L'OTDR utilise la diffusion de Rayleigh et la réflexion de Fresnel pour caractériser la fibre. La diffusion de Rayleigh résulte de la diffusion irrégulière de signaux optiques le long de la fibre. L'OTDR mesure une partie de la lumière diffusée vers le port OTDR. Ces signaux de rétrodiffusion indiquent le degré d'atténuation (perte / distance) causé par la fibre. La trajectoire résultante est une courbe descendante, qui indique que la puissance de rétrodiffusion diminue, ce qui est dû à la perte des signaux transmis et rétrodiffusés après transmission sur une certaine distance.
Compte tenu des paramètres de la fibre, la puissance de diffusion de Rayleigh peut être spécifiée. Si la longueur d'onde est connue, elle est proportionnelle à la largeur d'impulsion du signal: plus la largeur d'impulsion est longue, plus la puissance de rétrodiffusion est forte. La puissance de diffusion de Rayleigh est également liée à la longueur d'onde du signal transmis, et les longueurs d'onde plus courtes sont plus puissantes. C'est-à-dire que la trajectoire générée par le signal à 1310 nm sera supérieure à la rétrodiffusion de Rayleigh de la trajectoire générée par le signal à 1550 nm.
Dans la région de longueur d'onde élevée (plus de 1500 nm), la diffusion de Rayleigh continue de diminuer, mais un autre phénomène appelé atténuation (ou absorption) infrarouge se produit, augmentant et entraînant une augmentation de la valeur globale d'atténuation. Par conséquent, 1550 nm est la longueur d'onde d'atténuation la plus faible; cela explique aussi pourquoi c'est la longueur d'onde de la communication à longue distance. Naturellement, ces phénomènes affectent également l'OTDR. Comme un OTDR avec une longueur d'onde de 1550 nm, il a également une faible performance d'atténuation, de sorte qu'il peut être testé sur de longues distances. En tant que longueur d'onde très atténuée de 1310 nm ou 1625 nm, la distance de test de l'OTDR est limitée car l'équipement de test doit détecter un pic aigu dans la trace OTDR et l'extrémité de ce pic tombera rapidement dans le bruit.
Les réflexions de Fresnel, d'autre part, sont des réflexions discrètes qui sont provoquées par des points individuels dans la fibre entière. Ces points sont constitués de facteurs qui provoquent une modification du coefficient de réfraction, tel que l'écart entre le verre et l'air. À ces points, il y aura une forte lumière rétrodiffusée réfléchie vers l'arrière. Par conséquent, OTDR doit utiliser les informations de réflexion de Fresnel pour localiser le point de connexion, la terminaison de fibre ou le point d'arrêt.
Les grands OTDR ont la capacité d'identifier entièrement et automatiquement la portée de la fibre. Cette nouvelle capacité provient en grande partie de l'utilisation d'un logiciel d'analyse avancé qui examine l'échantillonnage OTDR et crée une table d'événements. Ce tableau d'événements affiche toutes les données relatives à la trajectoire, telles que le type de défaut, la distance au défaut, l'atténuation, la perte de retour et la perte d'épissure.
Principe OTDR
1.1 Rayleigh rétrodiffusion
En raison du défaut de la fibre optique elle-même et de l'inhomogénéité des composants dopants, la diffusion de Rayleigh se produit dans les impulsions optiques propagées dans la fibre optique. Une partie de la lumière (environ 0,0001% [1]) est diffusée dans la direction opposée de l'impulsion et est donc appelée rétrodiffusion de Rayleigh, qui fournit des détails d'atténuation dépendant de la longueur.
Des réflexions de Fresnel se produisent aux limites de deux milieux de transmission d'indice de réfraction différents (tels que des connecteurs, des épissures mécaniques, des fractures ou des terminaisons de fibres). Ce phénomène est utilisé par l'OTDR pour déterminer avec précision la position le long d'une longueur de discontinuité dans la longueur de la fibre. La taille de la réflexion dépend de la planéité de la surface limite et de la différence d'indice de réfraction. La réflexion de Fresnel peut être réduite en utilisant le liquide d'adaptation d'indice de réfraction.
OTDR principal indice de performance
La compréhension des paramètres de performance de l'OTDR contribue à la mesure de fibre réelle de l'OTDR. Les paramètres de performance OTDR incluent principalement la gamme dynamique, la zone aveugle, la résolution et la précision.
2.1 Plage dynamique
La plage dynamique est l'un des principaux indicateurs de performance de l'OTDR, qui détermine la longueur maximale mesurable de la fibre. Plus la plage dynamique est grande, meilleur est le type de ligne de courbe et plus la distance mesurable est longue. Plage dynamique Il n'existe actuellement aucune méthode de calcul standard uniforme [1]. Les définitions de plage dynamique couramment utilisées comprennent principalement les quatre suivantes:
1 Définition CEI (Bellcore): l'une des définitions de plage dynamique couramment utilisées. La différence de dB entre le niveau de rétrodiffusion au début et le niveau de crête de bruit est prise. La condition de mesure est la largeur d'impulsion maximale de l'OTDR et le temps de mesure de 180 secondes.
2RMS Définition: Définition de la plage dynamique la plus couramment utilisée. Prenez la différence en dB entre le niveau de rétrodiffusion de départ et le niveau de bruit RMS. Si le niveau de bruit est gaussien, la valeur définie de RMS est supérieure d'environ 1,56 dB à la valeur définie CEI.
3N = 0.1dB Définition: La méthode de définition la plus pratique. Prendre la valeur maximale d'atténuation admissible pouvant mesurer la perte d'un événement de 0,1 dB. La valeur définie N = 0.1dB est environ 6.6dB plus petite que le rapport signal sur bruit défini par RMS SNR = 1, ce qui signifie que si l'OTDR a une plage dynamique de 30dB RMS, le N = 0.1dB définit une plage dynamique de seulement 23,4 dB, ce qui signifie uniquement des pertes avec une perte de 0,1 dB mesurées sur une plage d'atténuation de 23,4 dB.
Détection de fin: Différence de dB entre la réflexion de Fresnel à 4% au début de la fibre et le niveau de bruit RMS, qui est d'environ 12 dB supérieur à la définition de la CEI.
2.2 Zone morte
"Zone aveugle" est également appelée "zone morte" et fait référence à la partie où la courbe OTDR ne peut pas refléter l'état de la ligne de fibre optique dans une certaine plage de distance sous l'influence de la réflexion de Fresnel. Ce phénomène se produit principalement parce que le signal de réflexion de Fresnel sur la fibre optique rend le photodétecteur saturé, ce qui nécessite un certain temps de récupération. La zone morte peut apparaître à l'avant du panneau OTDR ou à d'autres réflexions de Fresnel dans la liaison à fibre optique.
Bellcore définit deux zones mortes [2]: Zone aveugle d'atténuation (ADZ) et Zone aveugle d'événement (EDZ). La zone aveugle d'atténuation fait référence à la distance minimale entre deux événements de réflexion lorsque la perte respective peut être mesurée respectivement. Généralement, la zone aveugle d'atténuation est de 5-6 fois la largeur d'impulsion (indiquée par la distance); la zone aveugle de l'événement signifie que deux événements de réflexion peuvent encore être distingués. À la distance minimale, la distance à chaque événement est mesurable, mais la perte individuelle de chaque événement est non mesurable.
2.3 Résolution
L'OTDR dispose de quatre indicateurs de résolution principaux: la résolution d'échantillon, la résolution d'affichage (également appelée résolution de lecture), la résolution d'événement et la résolution de distance. La résolution d'échantillonnage est la distance minimale entre les deux points d'échantillonnage, qui détermine la capacité de l'OTDR à localiser les événements. La résolution d'échantillonnage est liée au choix de la largeur d'impulsion et de la taille de la plage de distance. La résolution d'affichage est la valeur minimale que l'instrument peut afficher. L'OTDR subdivise chaque intervalle d'échantillonnage par le système de microprocesseur de sorte que le curseur puisse se déplacer dans l'intervalle d'échantillonnage. La plus courte distance parcourue par le curseur est la résolution d'affichage horizontale et la résolution d'affichage verticale d'atténuation minimale affichée.
La résolution de l'événement fait référence au seuil de l'OTDR pour identifier le point d'événement dans la liaison sous test, c'est-à-dire la valeur du champ d'événement (seuil de détection). L'OTDR traite les changements d'événements plus petits que ce seuil comme le point de changement de pente uniforme dans la courbe. La résolution de l'événement est déterminée par le seuil de résolution de la photodiode, qui spécifie l'atténuation minimale pouvant être mesurée sur la base de deux niveaux de puissance proches. La résolution de distance fait référence à la distance la plus courte entre deux points d'événement adjacents que l'instrument peut résoudre. Cet indice est similaire à l'angle mort de l'événement et est lié aux paramètres de largeur d'impulsion et d'indice de réfraction.
Utilisation de OTDR
L'OTDR peut effectuer les mesures suivantes:
* Pour chaque événement: distance, perte, réflexion
* Pour chaque segment de fibre: longueur de segment, perte de segment dB ou dB / Km, perte de retour de segment (ORL)
* Pour l'ensemble du système de bornes: longueur de chaîne, perte de chaîne dB, chaîne ORL
La mesure de fibre avec OTDR peut être divisée en trois étapes: le paramétrage, l'acquisition de données et l'analyse de courbe.
3.1 Paramètres des paramètres
La plupart des fibres de test OTDR sélectionnent automatiquement les meilleurs paramètres d'acquisition en transmettant des impulsions de test. L'utilisateur n'a besoin que de sélectionner la longueur d'onde, le temps d'acquisition et les paramètres de fibre nécessaires (tels que l'indice de réfraction, le coefficient de diffusion, etc.). Il faut un certain temps pour acquérir les paramètres automatiquement, de sorte que l'opérateur peut sélectionner manuellement les paramètres de mesure dans des conditions de mesure connues.
3.1.1 Sélection de la longueur d'onde
Le comportement du système optique est directement lié à la longueur d'onde de transmission. Différentes longueurs d'onde ont différentes caractéristiques d'atténuation des fibres optiques et différents comportements dans la connexion fibre optique: Dans la même fibre optique, le 1550 nm est plus sensible à la flexion que la fibre optique 1310 nm et l'atténuation à 1550 nm est inférieure à la longueur de 1310 nm. Les pertes de soudure ou de connexion sont plus élevées à 1310 nm qu'à 1550 nm. Pour cette raison, le test de fibre optique doit être le même que la longueur d'onde transmise par le système, ce qui signifie que le système optique à 1550 nm doit sélectionner la longueur d'onde de 1550 nm.
3.1.2 Largeur d'impulsion
La largeur d'impulsion contrôle la puissance optique injectée dans la fibre par l'OTDR. Plus la largeur d'impulsion est longue, plus la plage de mesure dynamique est grande. Il peut être utilisé pour mesurer une fibre à plus longue distance, mais l'impulsion longue générera également une zone aveugle plus grande dans la forme d'onde de la courbe OTDR; niveau de lumière d'injection d'impulsion courte Faible mais peut réduire les angles morts. La période de largeur d'impulsion est habituellement exprimée en ns, et peut également être exprimée en unités de longueur (m) selon la formule (4). Par exemple, une impulsion de 100 ns peut être interprétée comme une impulsion de «10 m».
3.1.3 Plage de mesure
La plage de mesure OTDR fait référence à la distance maximale que l'OTDR acquiert des échantillons de données. Le choix de ce paramètre détermine la taille de la résolution d'échantillonnage. La plage de mesure est généralement définie sur une distance de 1 à 2 fois la longueur de la fibre à mesurer.
3.1.4 Temps moyen
Puisque le signal de lumière rétrodiffusée est extrêmement faible, la méthode de la moyenne statistique est généralement utilisée pour améliorer le rapport signal / bruit. Plus le temps moyen est long, plus le rapport signal / bruit est élevé. Par exemple, l'acquisition de 3 min sera 0,8 dB plus dynamique que l'acquisition de 1 min. Cependant, le temps d'acquisition de plus de 10 minutes n'améliore pas le rapport signal / bruit. Le temps moyen ne dépasse pas 3 minutes.
3.1.5 Paramètres de fibre
Le réglage des paramètres de la fibre comprend le réglage de l'indice de réfraction n et du coefficient de rétrodiffusion η. Le paramètre d'indice de réfraction est lié à la mesure de distance, et le coefficient de rétrodiffusion affecte le résultat de la mesure de la réflexion et de la perte de retour. Ces deux paramètres sont généralement donnés par le fabricant de la fibre optique. Pour la plupart des types de fibres optiques, l'indice de réfraction et le coefficient de rétrodiffusion indiqués dans le Tableau 2 permettent d'obtenir des mesures de distance et de perte de retour plus précises.
Expérience et compétences
(1) Identification simple de la qualité de la fibre:
Dans des circonstances normales, la pente du corps principal de la courbe de rayons d'essai OTDR (un ou plusieurs câbles à fibres optiques) est fondamentalement la même, si une certaine section de la pente est plus grande, cela montre que l'atténuation de cette section est plus grande; si le corps de la courbe est de forme irrégulière, la pente fluctue. Si elle est courbée ou arquée, cela indique que la qualité de la fibre optique est sérieusement dégradée et ne répond pas aux exigences de communication.
(2) Sélection de longueur d'onde et test bidirectionnel unique:
La longueur d'onde de 1550 est plus éloignée du test. Le 1550 nm est plus sensible à la flexion que le 1310 nm. Le 1550 nm est plus petit que le 1310 nm, et le 1310 nm est plus élevé que le 1550 nm ou le connecteur. Dans les travaux de maintenance de câbles optiques, les deux longueurs d'onde sont généralement testées et comparées. Pour les phénomènes de gain positif et les distances hors plage, une analyse de test bidirectionnelle doit être effectuée pour obtenir de bonnes conclusions de test.
(3) nettoyage des joints:
Avant de connecter le connecteur à fibre optique à l'OTDR, celui-ci doit être soigneusement nettoyé, y compris le connecteur de sortie de l'OTDR et le connecteur sous tension en cours de test. Sinon, la perte d'insertion est trop importante, la mesure n'est pas fiable, la courbe est bruyante ou même la mesure ne peut pas être effectuée, et cela peut également endommager l'OTDR. Évitez les agents de nettoyage autres que l'alcool ou les fluides d'adaptation à l'indice de réfraction, car ils peuvent dissoudre le liant dans le connecteur à fibre optique.
(4) Correction de l'indice de réfraction et du coefficient de diffusion: Pour la mesure de la longueur de la fibre optique, un écart de 0,01 par rapport à l'indice de réfraction provoquerait des erreurs allant jusqu'à 7 m / km. Pour les segments de lumière plus longs, l'indice de réfraction fourni par le fabricant du câble doit être utilisé. valeur.
(5) Reconnaissance et traitement des fantômes:
La pointe sur la courbe OTDR est parfois due à des échos causés par des réflexions proches et fortes de la fin de l'incident. Cette pointe est appelée fantôme. Reconnaissance des fantômes: Les fantômes sur les courbes n'ont pas causé de perte significative; la distance entre le fantôme et le début de la courbe était un multiple de la distance entre le fort événement de réflexion et le début, devenant symétrique. Élimination des images fantômes: sélectionnez une largeur d'impulsion courte et ajoutez une atténuation à l'extrémité avant de la réflexion forte (telle que la sortie OTDR). Si l'événement qui a provoqué l'image fantôme est à la fin de la fibre, un "petit virage" peut être fait pour atténuer la lumière réfléchie au début.
(6) traitement de phénomène de gain positif:
Un gain positif peut se produire sur la trace OTDR. Le gain positif est dû au fait que la fibre après le point d'épissure produit plus d'astigmatisme vers l'arrière que la fibre avant le point d'épissage. En fait, la fibre est une perte d'épissure à ce point d'épissure. Il se produit souvent dans le processus de soudage de fibres avec différents diamètres de champ en mode ou différents coefficients de rétrodiffusion. Par conséquent, il est nécessaire de mesurer dans les deux directions et de faire la moyenne des résultats en tant que perte d'épissage. Dans la maintenance du câble optique, ≤0.08dB peut également être utilisé comme un simple principe d'acceptation.
(7) Utilisation de fibre optique supplémentaire:
La fibre supplémentaire est un morceau de fibre utilisé pour connecter l'OTDR avec la fibre à mesurer et a une longueur de 300-2000 m. Ses principales fonctions sont: le traitement de la zone aveugle frontale et la mesure de l'insertion du connecteur terminal.
En général, la zone morte provoquée par le connecteur entre l'OTDR et la fibre sous test est la plus grande. Dans la mesure effective de la fibre optique, une fibre optique de transition est ajoutée entre l'OTDR et la fibre optique à tester pour que la zone morte frontale tombe dans la fibre optique de transition, et le début de la fibre optique à tester tombe dans la région stable linéaire de la courbe OTDR. La perte d'insertion du connecteur au début du système de fibre peut être mesurée en ajoutant une fibre de transition à l'OTDR. Si vous souhaitez mesurer la perte d'insertion des connecteurs aux deux extrémités, vous pouvez ajouter une fibre de transition à chaque extrémité.
Les principaux facteurs d'erreur de test
1) Déviations inhérentes aux instruments de test OTDR
Selon le principe de test de l'OTDR, il transmet des impulsions optiques à la fibre optique testée selon une certaine période, puis échantillonne, quantifie, code, et stocke les signaux rétrodiffusés à partir des fibres optiques à une certaine cadence. L'instrument OTDR lui-même a des erreurs dues à l'intervalle d'échantillonnage, qui est principalement reflété dans la résolution de distance. La résolution de distance de l'OTDR est proportionnelle à la fréquence d'échantillonnage.
2) Erreurs dues au mauvais fonctionnement des instruments de test
Dans le test de localisation des défauts de câble, l'exactitude de l'utilisation de l'OTDR est directement liée à la précision du test d'obstacle. Le paramétrage et la précision des paramètres de l'instrument, une mauvaise sélection de la plage du multimètre ou des paramètres de curseur inexacts entraînent des erreurs dans les résultats du test.
(1) Définir l'erreur causée par l'écart d'indice de réfraction du compteur
L'indice de réfraction de différents types et fabricants de fibres optiques est différent. Lors de l'utilisation de l'OTDR pour tester la longueur de la fibre, les paramètres de l'instrument doivent d'abord être définis, et le réglage de l'indice de réfraction est l'un d'entre eux. Lorsque l'indice de réfraction de plusieurs segments de câble est différent, une méthode de segmentation peut être utilisée pour réduire l'erreur de test causée par l'erreur de réglage de l'indice de réfraction.
(2) Mauvaise sélection de la plage de mesure
Lorsque la résolution de la distance de test de l'OTDR est de 1 mètre, cela signifie que la figure ne peut être agrandie que lorsque l'échelle horizontale est de 25 mètres par grille. La conception du compteur est une cellule complète avec 25 étapes par curseur. Dans ce cas, chaque déplacement du curseur signifie une distance de 1 mètre, de sorte que la résolution de lecture est de 1 mètre. Si vous sélectionnez 2 km / div pour l'échelle horizontale, le curseur se déplacera de 80 mètres pour chaque déplacement du curseur. On peut voir que plus la plage de mesure sélectionnée au cours du test est grande, plus la déviation des résultats du test est grande.
(3) Sélection incorrecte de la largeur d'impulsion
Sous la condition de la même amplitude d'impulsion, plus la largeur d'impulsion est grande, plus l'énergie d'impulsion est grande. A ce moment, la plage dynamique de l'OTDR est également plus grande et la zone aveugle correspondante est également grande.
(4) Mauvaise sélection de la durée moyenne
La courbe de test OTDR échantillonne le signal réfléchi après chaque impulsion de sortie et fait la moyenne de plusieurs échantillons pour éliminer certains événements aléatoires. Plus le temps moyen est long, plus le niveau de bruit est proche de la valeur minimale et plus la plage dynamique est grande. Plus le temps moyen est long, plus la précision du test est élevée, mais la précision n'augmentera pas si elle atteint un certain niveau. Afin d'améliorer la vitesse de test et raccourcir la durée totale du test, la durée du test général peut être sélectionnée en 0,5 à 3 minutes.
(5) Mauvais placement du curseur
Les ruptures dans les connecteurs de fibre optique, les épissures mécaniques et les fibres peuvent provoquer des pertes et des réflexions, et la face d'extrémité cassée de l'extrémité de la fibre peut produire divers pics de réflexion de Fresnel ou aucune réflexion de Fresnel due à l'irrégularité de la face frontale. Si les paramètres du curseur ne sont pas assez précis, il y aura quelques erreurs.
