O que é OTDR e como funciona um OTDR?

2021-08-09 16:02:00

Reflectômetro óptico de domínio de tempo (OTDR)

O Reflectômetro Ótico no Domínio do Tempo (OTDR) é útil para testar a integridade dos cabos de fibra óptica. Ele pode verificar a perda de emenda, medir o comprimento e encontrar falhas. O OTDR também é comumente usado para criar uma "imagem" do cabo de fibra óptica quando ele é instalado recentemente. Posteriormente, podem ser feitas comparações entre o traçado original e um segundo traçado obtido, se surgirem problemas. A análise do traçado do OTDR é sempre mais fácil com a documentação do traçado original que foi criado quando o cabo foi instalado.

OTDRs são mais eficazes ao testar cabos longos (mais de aproximadamente 250 metros ou 800 pés) ou plantas de cabos com emendas. Os dados que o OTDR produz são normalmente usados ​​para criar uma imagem chamada "traço" ou "assinatura" que contém informações valiosas para o usuário treinado e pode ser armazenado para referência posterior ou para verificação em um projeto quando surgirem problemas de rede. OTDRs não devem ser usados ​​para medir a perda de inserção no cabo de fibra óptica - essa tarefa é melhor deixar para uma fonte de teste de fibra óptica e medidor de energia. OTDRs simplesmente mostram onde os cabos são terminados e confirmam a qualidade das fibras, conexões e emendas. Obviamente, os rastreamentos do OTDR também são usados ​​para solucionar problemas, uma vez que podem mostrar onde estão as rupturas na fibra quando os rastreamentos são comparados à documentação de instalação.

 

Como funciona um OTDR?

Ao contrário das fontes e medidores de energia que medem a perda da planta de cabos de fibra óptica diretamente, o OTDR funciona indiretamente. A fonte e o medidor duplicam o transmissor e o receptor do link de transmissão de fibra óptica, de modo que a medição se correlaciona bem com a perda real do sistema. O OTDR, no entanto, usa um fenômeno óptico único de fibra para medir indiretamente a perda.

O maior fator na perda de fibra óptica é o espalhamento. Na fibra, a luz é espalhada em todas as direções, incluindo alguma espalhada de volta para a fonte, como mostrado aqui. O OTDR usa essa "luz retroespalhada" para fazer medições junto com a luz refletida de conectores ou extremidades de fibra clivadas.

O OTDR consiste em um transmissor de laser de alta potência que envia um pulso de luz pela fibra. A luz retroespalhada e a luz refletida retornam ao OTDR através da fibra e são direcionadas a um receptor sensível por meio de um acoplador na extremidade frontal do OTDR. Para cada medição, o OTDR envia um pulso de potência muito alta e mede a luz que volta ao longo do tempo. Em qualquer ponto no tempo, a luz que o OTDR vê é a luz espalhada do pulso que passa por uma região da fibra. Pense no pulso do OTDR como sendo uma "fonte virtual" criada pelo espalhamento que testa toda a fibra entre ele e o OTDR à medida que desce pela fibra. Uma vez que é possível calibrar a velocidade do pulso conforme ele desce pela fibra a partir do índice de refração do vidro no núcleo da fibra, o OTDR pode correlacionar o que vê na luz retroespalhada com uma localização real na fibra. Assim, ele pode criar uma exibição da quantidade de luz retroespalhada em qualquer ponto da fibra ao longo de seu comprimento.

 

Existem alguns cálculos envolvidos. Lembre-se de que a luz tem que sair e voltar, então você deve fatorar isso nos cálculos de tempo, cortando o tempo pela metade. É preciso também cortar a perda pela metade, uma vez que a luz vê a perda nos dois sentidos. A perda de potência é uma função logarítmica, portanto, a potência é medida e exibida em dB.

 

A quantidade de luz espalhada de volta para o OTDR é proporcional à retroespalhamento da fibra, potência de pico do pulso de teste do OTDR e o comprimento do pulso enviado. Se precisar de mais luz retroespalhada para obter boas medições, você pode aumentar a potência de pico do pulso ou a largura do pulso ou enviar mais pulsos e calcular a média dos sinais retornados. Todos os três são usados ​​em muitos OTDRs, com controle do usuário de algumas das seleções.

 

OTDRs são sempre usados ​​com um cabo de lançamento e podem usar um cabo de recepção. O cabo de lançamento, às vezes também chamado de "supressor de pulso", permite que o OTDR se estabilize depois que o pulso de teste é enviado para a fibra e fornece um conector de referência para o primeiro conector no cabo em teste para determinar sua perda. Um cabo de recepção pode ser usado na extremidade para permitir medições do conector na extremidade do cabo em teste também.

 

Informações no traço OTDR

Dizem que uma imagem vale mais que mil palavras, e a imagem OTDR (ou "traço", como são chamadas) exige muitas palavras para descrever todas as informações nela! Considere o diagrama de um traço à direita.

 

A inclinação do traçado da fibra mostra o coeficiente de atenuação da fibra e é calibrada em dB / km pelo OTDR. Para medir a atenuação da fibra, você precisa de um comprimento de fibra razoavelmente longo, sem distorções nas extremidades da resolução do OTDR ou sobrecarga devido a grandes reflexos. Se a fibra parecer não linear em qualquer extremidade, especialmente perto de um evento reflexivo como um conector, evite essa seção ao medir a perda.

Conectores e emendas são chamados de "eventos" no jargão do OTDR. Ambos devem mostrar uma perda, mas os conectores e emendas mecânicas também mostrarão um pico reflexivo. A altura desse pico indicará a quantidade de reflexão no evento, a menos que seja tão grande que sature o receptor OTDR. Então, o pico terá um topo plano e uma cauda na extremidade oposta, indicando que o receptor está sobrecarregado.

Às vezes, a perda de uma boa emenda de fusão será muito pequena para ser vista pelo OTDR. Isso é bom para o sistema, mas pode ser confuso para o operador. É muito importante saber os comprimentos de todas as fibras da rede, para que você saiba onde procurar por eventos e não fique confuso quando eventos incomuns aparecerem (como fantasmas, descreveremos a seguir).

Os pulsos reflexivos podem mostrar a resolução do OTDR. Você não pode ver dois eventos mais próximos do que o permitido pela largura de pulso. Geralmente, larguras de pulso mais longas são usadas para conseguir ver mais longe ao longo da planta de cabos e pulsos mais estreitos são usados ​​quando a alta resolução é necessária, embora limite a distância que o OTDR pode ver.

 

Fazendo medições com o OTDR

Método de Atenuação de Fibra por Dois Pontos.

O OTDR mede a distância e a perda entre os dois marcadores. Isso pode ser usado para medir a perda de um comprimento de fibra, onde o OTDR irá calcular o coeficiente de atenuação da fibra, ou a perda de um conector ou emenda.

Para medir o comprimento e a atenuação da fibra, colocamos os marcadores em cada extremidade da seção da fibra que desejamos medir. O OTDR calculará a diferença de distância entre os dois marcadores e dará a distância. Ele também lerá a diferença entre os níveis de potência dos dois pontos onde os marcadores cruzam o traço e calculará a perda, ou diferença nos dois níveis de potência em dB. Por fim, irá calcular o coeficiente de atenuação da fibra dividindo a perda pela distância e apresentar o resultado em dB / km, as unidades normais de atenuação.

Para obter uma boa medição, é necessário encontrar uma seção relativamente longa de fibra para fornecer uma boa linha de base para a medição. Distâncias curtas significarão pequenas perdas e a incerteza da medição será maior do que se a distância fosse maior. Também é aconselhável ficar longe de eventos como emendas ou conectores, pois o OTDR pode ter algum tempo de acomodação após esses eventos, principalmente se forem reflexivos, fazendo com que o traço tenha não linearidades causadas pelo próprio instrumento.

Método de Atenuação de Fibra por Mínimos Quadrados

O OTDR mede a distância e a perda entre os dois marcadores, mas calcula a linha de melhor ajuste entre os dois pontos matematicamente usando o método dos "mínimos quadrados" para reduzir o ruído. Quando os marcadores estão selecionando a parte ruidosa do traço de fibra, a ferramenta de atenuação de mínimos quadrados (LSA de 2 pontos) pode ser aplicada para calcular a perda de dB entre os cursores. Olhe atentamente e você verá uma linha cinza espessa entre os marcadores, indicando o melhor ajuste ao traço, calculando a média de todo o ruído.

Método de perda de emenda por dois pontos

O OTDR mede a distância para o evento e a perda em um evento - um conector ou emenda - entre os dois marcadores.

Para medir a perda da emenda, mova os dois marcadores para perto da emenda a ser medida, tendo cada um aproximadamente a mesma distância do centro da emenda. A emenda não ficará tão boa quanto esta, com a resolução do instrumento e o ruído tornando o traço menos nítido, como você verá mais tarde. O OTDR calculará a perda de dB entre os dois marcadores, fornecendo uma leitura de perda em dB.

As medições de perda do conector ou emendas com alguma refletância serão muito semelhantes, exceto que você verá um pico no conector, causado pelo reflexo posterior do conector.

Perda de emenda por mínimos quadrados (LSA)

O OTDR mede a distância e a perda em um evento - um conector ou emenda - entre os dois marcadores, mas calcula a melhor linha de ajuste entre os dois pontos usando o método dos "mínimos quadrados" para reduzir o ruído.

Se você notou, os marcadores estão separados por alguma distância, o que inclui a perda de alguma fibra em ambos os lados do conector real ou emenda. A maioria dos OTDRs calculará a perda para você extrapolando os traços de fibra em ambos os lados do evento e calculando o perda sem qualquer influência do comprimento da fibra. O método matemático usado é chamado de "Aproximação por Mínimos Quadrados", daí o termo "LSA" usado por muitos OTDRs em seus menus de exibição e configuração.

A configuração de LSA requer a configuração de vários marcadores - um no pico, os dois marcadores regulares próximos ao evento e os dois marcadores finais que definem os segmentos usados ​​para análise de mínimos quadrados. Esses segmentos devem ser longos o suficiente para permitir uma boa medição, mas não tão longos a ponto de se aproximarem de outros eventos.

Refletância

O OTDR mede a quantidade de luz que é retornada do retroespalhamento na fibra e refletida de um conector ou emenda. A quantidade de luz refletida é determinada pelas diferenças no índice de refração das duas fibras unidas, uma função da composição do vidro na fibra, ou qualquer ar no vão entre as fibras, comum com terminações e emendas mecânicas.

Este é um processo complicado que envolve a linha de base do OTDR, nível de retroespalhamento e potência no pico refletido. Como todas as medições de retroespalhamento, ele tem uma incerteza de medição bastante alta, mas tem a vantagem de mostrar onde os eventos reflexivos estão localizados para que possam ser corrigidos se necessário.

Ao escolher a medição da refletância e colocar o cursor direito (azul) no pico da reflexão e o cursor esquerdo (vermelho) logo à esquerda da reflexão, o OTDR medirá a refletância.

Comparando traços

Comparar dois traços na mesma janela é útil para confirmar a coleta de dados e contrastar diferentes métodos de teste na mesma fibra. As comparações também são usadas para comparar os traços de fibra durante a solução de problemas com os traços logo após a instalação para ver o que mudou. Todos os OTDRs oferecem esse recurso, onde você pode copiar um traço e colá-lo em outro para compará-los. Aqui está um exemplo de como você pode usar esse recurso.

Observe que os dois traços são obtidos da mesma fábrica de cabos de fibra multimodo em diferentes comprimentos de onda de teste. A principal diferença na inclinação dos traços exibe os diferentes coeficientes de atenuação da fibra. A linha azul (superior) representa o coeficiente de atenuação do cabo em 1300 nm, a linha verde (inferior) representa o mesmo cabo medido em 850 nm. Também há uma diferença notável na refletância na emenda. Variações na refletância devido à diferença do comprimento de onda não são incomuns.

Outros motivos pelos quais você pode querer comparar dois rastros incluem:

Compare várias fibras no mesmo cabo para ver se são diferentes.

Rastreamentos feitos em momentos diferentes para ver se o cabo mudou.

Em comprimentos de onda diferentes, uma vez que a fibra é mais sensível ao estresse em comprimentos de onda mais longos, isso permite encontrar pontos de estresse causados ​​pela instalação.

Em diferentes larguras de pulso (abaixo) para decidir qual configuração oferece o melhor compromisso entre ruído e resolução ou para encontrar eventos perdidos com larguras de pulso largas.

 

Modificando os Parâmetros de Configuração OTDR para Melhores Resultados de Teste

Média

Os OTDRs podem obter várias amostras do traço e calcular a média dos resultados. Os dois traços retratados aqui foram capturados da mesma planta de cabo com todas as mesmas configurações, exceto para o número de médias. O traço à esquerda é apenas um teste, enquanto o da direita tem uma média de 1024 pulsos.

  Observe a diferença na distância que o sinal percorre antes que o nível de ruído se torne significativo. Na imagem à esquerda nRep = 1 ou apenas um traço de amostra foi obtido e o ruído se torna significativo em apenas 3 km. À direita, o ruído é muito baixo até o final do cabo a 5,5 km.

Se você está tentando obter distâncias maiores com alta resolução, usar mais médias com um pulso de teste curto geralmente será a melhor escolha. Simplesmente levará mais tempo para adquirir cada traço.

Largura do pulso

Ajustar a largura do pulso é outra maneira de obter mais distância de medição, pois a potência adicional no pulso criará um sinal de retroespalhamento maior, mas com perda de resolução entre os eventos. Enquanto os pulsos mais longos geram rastros com menos ruído e maior capacidade de distância, a capacidade de resolver e identificar eventos torna-se menor, e o pulso de teste sobrecarrega o OTDR, reduzindo sua capacidade de ver eventos próximos.

Defina a largura de pulso na largura mais curta que permite que o OTDR alcance o final da planta de cabos com um número razoável de médias. Obviamente, existem compensações. Se precisar de tempos de teste curtos, você pode comprometer uma largura de pulso mais longa para reduzir o ruído. Se você precisar de mais resolução, calcule a média de mais com pulsos de teste mais curtos. Geralmente, o cabeamento local usa o pulso mais curto possível e o longo curso usa um pulso médio para o primeiro teste. Então, uma análise do traço dirá ao operador como selecionar o compromisso certo.

Comprimento de onda

Como a fibra tem menor perda em comprimentos de onda mais longos, também se pode usar a fonte de comprimento de onda mais longos para fazer medições em intervalos mais longos com uma melhor relação sinal / ruído. Você verá esse efeito na próxima seção sobre a comparação de traços.

Índice de refração

O índice de refração é a calibração da velocidade da luz na fibra que o OTDR usa para calcular a distância na fibra. Como o cabo de fibra ótica tem cerca de 1% de excesso de fibra, o comprimento real do cabo é menor do que a fibra nesse valor. O OTDR faz suas medições na fibra, não no cabo, portanto, deve-se estimar o comprimento do cabo. Se você tiver um longo comprimento de cabo com distâncias marcadas, pode medi-lo com o OTDR e usar o índice de refração para calibrar para o comprimento real do cabo. Se você fizer isso, sugerimos que faça medições em várias fibras e na média.

Incerteza de medição de OTDR

A maior fonte de incerteza de medição que ocorre durante o teste com um OTDR é uma função do coeficiente de retroespalhamento, a quantidade de luz do pulso de teste de saída que é espalhada de volta para o OTDR. O OTDR observa o sinal de retorno e calcula a perda com base na quantidade decrescente de luz que vê voltando. A luz espalhada de volta para medição não é uma constante. É uma função da atenuação da fibra e do diâmetro do núcleo da fibra. Fibra de maior atenuação tem mais atenuação porque o vidro em seu núcleo espalha mais luz. Se você observar duas fibras diferentes unidas em um OTDR, a diferença no retroespalhamento de cada fibra é a principal fonte de erro.

Se ambas as fibras forem idênticas, como emendar uma fibra quebrada novamente, o retroespalhamento será o mesmo em ambos os lados da junta, então o OTDR medirá a perda real de emenda. No entanto, se as fibras forem diferentes, os coeficientes de retroespalhamento serão fazer com que uma porcentagem diferente de luz seja enviada de volta ao OTDR. Se a primeira fibra tiver mais atenuação do que a após a conexão, a porcentagem de luz do pulso de teste OTDR diminuirá, de modo que a perda medida no OTDR incluirá a perda real mais um erro de perda causado pelo nível de retroespalhamento inferior, tornando a perda exibida maior do que realmente é. Olhando para o lado oposto, de uma fibra de baixa atenuação para uma fibra de alta atenuação, descobrimos que o retroespalhamento aumenta, tornando a perda medida menor do que realmente é. Na verdade, se a alteração no retroespalhamento for maior do que a perda de emenda, isso mostra um “ganhador”, uma grande confusão para novos usuários de OTDR.

Um verdadeiro "gainer" - uma emenda a 35 km de um link de fibra instalado.

Aqui está outro traço que mostra a ideia de gainers como eles costumam aparecer em instalações reais. O Gainer # 1 é uma seção de fibra de alta retroespalhamento, provavelmente com uma diferença de diâmetro de campo de modo, emendada em um link. A primeira emenda neste segmento mostra um ganho, mas a segunda mostra uma grande perda.

O Evento 1 mostra outra questão importante sobre os ganhadores - também existem os "perdedores". Um ganhador na direção oposta se torna um perdedor - a mesma diferença no coeficiente de retroespalhamento que causa o ganhador em uma direção causa um perdedor na outra, o que pode causar problemas consideráveis ​​na emenda se você testar apenas em uma direção. Na direção do perdedor, a perda mostrada pelo OTDR será sempre a perda real mais a diferença no coeficiente de retroespalhamento, portanto, mesmo se a perda da emenda real for muito baixa, a perda medida será alta. Isso pode causar problemas se você tentar resplicar para corrigir o problema, porque a medição sempre estará errada e mostrará a perda como alta.

Você pode ver outra boa maneira de determinar que a perda de emenda do OTDR não é confiável mesmo com o # 2. Observe como a inclinação da curva é muito maior na fibra neste segmento? Compare isso com o desenho acima e você verá outra maneira de entender quando a perda da emenda não é confiável. Apenas meça a perda da fibra em cada lado do traço e veja se a direção é perda alta> perda baixa ou vice-versa.

Embora essa fonte de erro esteja sempre presente, ela pode ser praticamente eliminada fazendo leituras em ambos os sentidos e calculando a média das medições, e muitos OTDRs têm isso programado em suas rotinas de medição. Esta é a única maneira de testar emendas em linha quanto a perdas e obter resultados precisos.

OTDR ou OLTS?

Muitos padrões internacionais não permitem que OTDRs sejam usados ​​para medir a perda de uma planta de cabos instalada. Em vez disso, são necessários testes de perda de inserção usando um OLTS ou fonte e medidor de potência.

OTDR "fantasmas"

Se você estiver testando cabos curtos com conectores altamente reflexivos, provavelmente encontrará “fantasmas”. Eles são causados ​​pela luz refletida do conector da extremidade distante refletindo para frente e para trás na fibra até que seja atenuada para o nível de ruído.

Fantasmas são muito confusos, pois parecem eventos reflexivos reais como conectores, mas não apresentam nenhuma perda. Se você encontrar um evento reflexivo no traço em um ponto onde não deveria haver nenhuma conexão, mas a conexão do cabo de lançamento ao cabo em teste é altamente reflexiva, procure fantasmas em múltiplos do comprimento do cabo de lançamento ou o primeiro cabo que você testar.

Em cabos muito curtos, reflexos múltiplos podem realmente confundir você! Uma vez vimos um cabo que foi testado com um OTDR e considerado ruim porque estava quebrado no meio. Na verdade, era muito curto e a imagem fantasma fazia com que parecesse um cabo com uma quebra no meio, semelhante ao traço mostrado aqui. O testador não olhou para a escala de distância ou ele teria notado que a “quebra” estava em 40 metros e o cabo tinha apenas 40 metros de comprimento. O fantasma a 80 metros parecia o fim do cabo para ele!

Você pode eliminar fantasmas reduzindo os reflexos, por exemplo, usando fluido de combinação de índice na extremidade do cabo de lançamento.

 

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