OTDR은 광선이 광섬유를 통해 전송 될 때 레일리 (Rayleigh) 산란 및 프레 넬 반사 후방 산란으로 만들어진 정교한 전기 광학 통합 계측기입니다. 그것은 널리 광섬유 케이블의 유지 보수 및 건설에 사용됩니다. 광섬유 길이 측정, 광섬유 감쇠, 조인트 감쇠 및 오류 위치 측정을 수행하십시오.
OTDR 테스트는 광 펄스를 광섬유로 방출 한 다음 OTDR 포트에서 반환 된 정보를 수신하여 수행됩니다. 광 펄스가 광섬유 내에서 전파되면 광섬유, 커넥터, 조인트, 굴곡 또는 기타 유사한 이벤트의 특성으로 인해 산란 또는 반사가 발생합니다. 산란과 반성 중 일부는 OTDR로 반환됩니다. 반환 된 유용한 정보는 광섬유 내의 다른 위치에서 시간 또는 곡선 세그먼트로 사용되는 OTDR 감지기에 의해 측정됩니다.
거리는 신호가 유리 재의 광속을 결정하기 위해 신호를 반환하는 데 걸리는 시간으로부터 계산할 수 있습니다. 다음 수식은 OTDR이 거리를 측정하는 방법을 설명합니다. 이 식에서, c는 진공 속의 빛의 속도이고, t는 신호가 전송 된 후 (양방향) 신호가 전송 된 후의 총 시간입니다 (두 개 편도 거리 후 값에 2를 곱한 값). 광은 진공보다 유리에서 더 느리기 때문에 거리를 정확하게 측정하려면 시험중인 광섬유가 굴절률 (IOR)을 지정해야합니다. IOR은 광섬유 제조업체에서 표시합니다.
OTDR은 Rayleigh scattering과 Fresnel reflection을 사용하여 광섬유를 특성화합니다. Rayleigh scattering은 광 신호를 광섬유를 따라 불규칙적으로 산란시키는 결과입니다. OTDR은 산란 된 빛의 일부를 OTDR 포트로 다시 측정합니다. 이 후방 산란 신호는 광섬유로 인해 발생하는 감쇠 정도 (손실 / 거리)를 나타냅니다. 결과적인 궤적은 하향 곡선으로, 이는 후방 산란 전력이 감소하고 있음을 나타내는데, 이는 특정 거리를 전송 한 후 전송 된 신호와 후방 산란 된 신호가 모두 손실되기 때문입니다.
섬유 매개 변수가 주어지면 Rayleigh 산란력을 지정할 수 있습니다. 파장이 알려지면 신호의 펄스 폭에 비례합니다. 펄스 폭이 길수록 후방 산란 전력이 강합니다. Rayleigh scattering power는 또한 전송 된 신호의 파장과 관련이 있으며, 더 짧은 파장이 더 강력합니다. 즉, 1310 nm 신호에 의해 생성 된 궤도는 1550 nm 신호에 의해 생성 된 궤적의 레일리 뒤쪽 산란보다 높습니다.
고 파장 영역 (1500 nm 이상)에서 Rayleigh 산란은 계속 감소하지만 적외선 감쇠 (또는 흡수)라고하는 또 다른 현상이 발생하여 전반적인 감쇠 값이 증가합니다. 따라서 1550 nm가 가장 낮은 감쇠 파장입니다. 이것은 장거리 통신의 파장 인 이유를 설명합니다. 당연히 이러한 현상은 OTDR에도 영향을 미친다. 1550 nm 파장의 OTDR로서 낮은 감쇠 성능을 가지고있어 장거리에서도 테스트가 가능합니다. 고도로 감쇄 된 1310nm 또는 1625nm 파장으로, OTDR 트레이스의 날카로운 스파이크를 테스트 장비가 감지해야하고이 스파이크의 끝이 신속하게 노이즈에 빠지기 때문에 OTDR의 테스트 거리가 제한됩니다.
한편, 프레 넬 반사는 전체 광섬유의 개별 지점에 의해 발생하는 이산 반사입니다. 이 점들은 유리와 공기 사이의 틈과 같은 굴절 계수의 변화를 야기하는 요인으로 구성됩니다. 이 시점에서 반사 된 강한 후방 산란 빛이 반사됩니다. 따라서 OTDR은 Fresnel 반사 정보를 사용하여 연결 지점, 광섬유 종단 또는 중단 점을 찾습니다.
대형 OTDR은 광섬유의 범위를 완전하고 자동으로 식별 할 수 있습니다. 이 새로운 기능은 OTDR 샘플링을 검토하고 이벤트 테이블을 생성하는 고급 분석 소프트웨어의 사용으로 인해 많이 발생합니다. 이 이벤트 테이블은 오류 유형, 오류까지의 거리, 감쇠, 반사 손실 및 스플 라이스 손실과 같은 모든 궤도 관련 데이터를 표시합니다.
OTDR 원칙
1.1 Rayleigh Backscattering
광섬유 자체의 결함 및 도핑 성분의 비균질성으로 인하여, 광섬유를 전파하는 광 펄스에 레일리 (Rayleigh) 산란이 발생한다. 빛의 일부 (약 0.0001 % [1])는 펄스의 반대 방향으로 다시 산란되며 따라서 길이에 따른 감쇠 세부 정보를 제공하는 레일리 (Rayleigh) 후방 산란이라고합니다.
프레 넬 반사는 두 개의 서로 다른 굴절률 전달 매체 (커넥터, 기계식 접합, 파절 또는 섬유 종단과 같은)의 경계에서 발생합니다. 이 현상은 광섬유 길이의 불연속성을 따라 정확한 위치를 결정하기 위해 OTDR에 의해 사용됩니다. 반사의 크기는 경계면의 평탄도 및 굴절률의 차이에 따라 달라집니다. 프레 넬 반사는 굴절률 정합 액체를 사용함으로써 감소 될 수있다.
OTDR 주요 성과 지표
OTDR의 성능 매개 변수를 이해하면 OTDR의 실제 광섬유 측정에 기여합니다. OTDR 성능 매개 변수에는 주로 동적 범위, 블라인드 영역, 해상도 및 정확도가 포함됩니다.
2.1 동적 범위
동적 범위는 광섬유의 최대 측정 길이를 결정하는 OTDR의 주요 성능 지표 중 하나입니다. 다이나믹 레인지가 클수록 커브 라인 유형이 좋고 측정 거리가 길어집니다. 다이나믹 레인지 (Dynamic Range) 현재 표준화 된 표준 계산 방법 [1]이 없습니다. 일반적으로 사용되는 동적 범위 정의에는 주로 다음 네 가지가 포함됩니다.
1 IEC 정의 (Bellcore) : 일반적으로 사용되는 동적 범위 정의 중 하나입니다. 처음에는 후방 산란 수준과 잡음 최고치 사이의 dB 차이가 발생합니다. 측정 조건은 OTDR의 최대 펄스 폭과 180 초의 측정 시간입니다.
2RMS 정의 : 가장 일반적으로 사용되는 동적 범위 정의. 시작 백스 캐터 레벨과 RMS 노이즈 레벨 사이의 차이를 dB로 취하십시오. 노이즈 레벨이 가우스 인 경우, RMS의 정의 된 값은 IEC 정의 값보다 약 1.56 dB 높습니다.
3N = 0.1dB 정의 : 가장 실용적인 정의 방법. 0.1dB 이벤트의 손실을 측정 할 수있는 최대 허용 감쇠 값을 취하십시오. 정의 된 N = 0.1dB의 정의 된 값은 RMS로 정의 된 신호 대 잡음비 SNR = 1보다 약 6.6dB 작으며 OTDR이 30dB RMS 동적 범위를 갖는 경우 N = 0.1dB는 동적 범위 만 정의합니다 23.4dB는 23.4dB 감쇄 범위에서 측정 된 0.1dB 손실의 손실만을 의미합니다.
엔드 검출 : 광섬유의 시작 부분에서 4 % 프레 넬 반사와 IEC 정의보다 약 12dB 높은 RMS 노이즈 레벨 간의 dB 차이.
2.2 Deadzone
"블라인드 존 (blind zone)"은 또한 "데드 존 (dead zone)"이라고 불리며, 프레 넬 반사 (Fresnel reflection)의 영향으로 OTDR 곡선이 특정 거리 범위 내의 광섬유 라인의 상태를 반사 할 수없는 부분을 가리킨다. 이러한 현상은 주로 광섬유 링크상의 프레 넬 반사 신호가 광 검출기를 포화 상태로 만들 때 발생하며, 이는 특정 복구 시간을 필요로합니다. 데드 존은 OTDR 패널의 전면 또는 광섬유 링크의 다른 프레 넬 반사에서 발생할 수 있습니다.
Bellcore는 감쇠 맹검 구역 (ADZ)과 사건 맹검 구역 (EDZ)의 두 가지 데드 존을 정의합니다 [2]. 감쇠 맹목 지대는 각각의 손실을 각각 측정 할 수있는 두 번의 반사 이벤트 사이의 최소 거리를 나타냅니다. 일반적으로 감쇠 사각 지대는 펄스 폭의 5-6 배입니다 (거리로 표시). 이벤트 블라인드 존은 두 개의 반사 이벤트가 여전히 구별 가능하다는 것을 의미합니다. 최소 거리에서 각 이벤트까지의 거리를 측정 할 수 있지만 각 이벤트의 개별 손실은 측정 할 수 없습니다.
2.3 해상도
OTDR에는 샘플 해상도, 디스플레이 해상도 (판독 분해능이라고도 함), 이벤트 해상도 및 거리 분해능의 네 가지 주요 분해능 표시기가 있습니다. 샘플링 해상도는 OTDR이 이벤트를 찾는 기능을 결정하는 두 샘플링 지점 간의 최소 거리입니다. 샘플링 해상도는 펄스 폭 및 거리 범위 크기의 선택과 관련됩니다. 디스플레이 해상도는 계측기가 표시 할 수있는 최소값입니다. OTDR은 샘플링 간격 내에서 커서가 움직일 수 있도록 마이크로 프로세싱 시스템에 의해 각 샘플링 간격을 세분화합니다. 커서가 움직이는 최단 거리는 수평 디스플레이 해상도와 표시된 최소 감쇠 수직 디스플레이 해상도입니다.
이벤트의 분석은 테스트중인 링크에서 이벤트 지점, 즉 이벤트 필드 (감지 임계 값)의 값을 식별하기위한 OTDR의 임계 값을 나타냅니다. OTDR은이 임계 값보다 작은 이벤트 변경 사항을 곡선의 균일 한 기울기 변화 지점으로 처리합니다. 이벤트의 분해능은 포토 다이오드의 분해능 임계 값에 의해 결정됩니다. 포토 다이오드는 두 개의 근접한 출력 레벨을 기준으로 측정 할 수있는 최소 감쇠량을 지정합니다. 거리 분해능은 장비가 해결할 수있는 두 인접 이벤트 지점 간의 최단 거리를 나타냅니다. 이 지수는 이벤트의 사각 지대와 유사하며 펄스 폭 및 굴절률 매개 변수와 관련됩니다.
OTDR의 사용
OTDR은 다음과 같은 측정을 수행 할 수 있습니다.
* 각 이벤트 : 거리, 분실, 반사
* 각 광섬유 세그먼트의 경우 : 세그먼트 길이, 세그먼트 손실 dB 또는 dB / Km, 세그먼트 반사 손실 (ORL)
* 전체 터미널 시스템의 경우 : 체인 길이, 체인 손실 dB, 체인 ORL
OTDR을 이용한 광섬유 측정은 파라미터 설정, 데이터 수집 및 곡선 분석의 세 단계로 나눌 수 있습니다.
3.1 매개 변수 설정
대부분의 OTDR 테스트 광섬유는 테스트 펄스를 전송하여 자동으로 최적의 획득 매개 변수를 선택합니다. 사용자는 파장, 획득 시간 및 필요한 섬유 매개 변수 (예 : 굴절률, 산란 계수 등) 만 선택하면됩니다. 자동으로 매개 변수를 얻는 데는 일정 시간이 걸리므로 작업자는 알려진 측정 조건에서 수동으로 측정 매개 변수를 선택할 수 있습니다.
3.1.1 파장 선택
광학 시스템의 동작은 전송 파장과 직접적으로 관련됩니다. 서로 다른 파장은 광섬유의 감쇠 특성이 다르며 광섬유 연결에서 다른 동작을합니다. 동일한 광섬유에서 1550 nm는 1310 nm 광섬유보다 굴곡에 더 민감하고 1550 nm 감쇠는 단위 길이보다 작습니다 1310 nm. 솔더 또는 커넥터 손실은 1550 nm에서보다 1310 nm에서 더 높습니다. 이러한 이유로 광섬유 테스트는 시스템에서 전송되는 파장과 동일해야합니다. 즉, 1550 nm 광학 시스템이 1550 nm의 파장을 선택해야 함을 의미합니다.
3.1.2 펄스 폭
펄스 폭은 OTDR에 의해 광섬유에 주입되는 광 전력을 제어합니다. 펄스 폭이 길수록 동적 측정 범위가 커집니다. 장거리 광섬유를 측정하는 데 사용할 수 있지만 긴 펄스는 OTDR 곡선 파형에서 더 큰 사각 지대를 생성합니다. 짧은 펄스 주입 광 레벨은 낮지 만 사각 지대를 줄일 수 있습니다. 펄스 폭주기는 일반적으로 ns로 표현되며 식 (4)에 따라 길이 (m) 단위로 표현할 수도 있습니다. 예를 들어, 100ns 펄스는 "10m"펄스로 해석 될 수 있습니다.
3.1.3 측정 범위
OTDR 측정 범위는 OTDR이 데이터 샘플을 수집하는 최대 거리를 나타냅니다. 이 매개 변수를 선택하면 샘플링 해상도의 크기가 결정됩니다. 측정 범위는 일반적으로 측정 할 섬유 길이의 1 ~ 2 배의 거리로 설정됩니다.
3.1.4 평균 시간
후방 산란광 신호는 매우 약하기 때문에 일반적으로 신호 대 잡음비를 향상시키기 위해 통계 평균법이 사용됩니다. 평균 시간이 길수록 신호 대 잡음비가 높아집니다. 예를 들어 3 분 획득은 1 분 획득보다 동적 인 0.8dB입니다. 그러나 10 분 이상의 획득 시간으로는 신호 대 잡음비가 향상되지 않습니다. 평균 시간은 3 분을 초과하지 않습니다.
3.1.5 섬유 매개 변수
섬유 파라미터의 설정은 굴절률 n 및 후방 산란 계수 η의 설정을 포함한다. 굴절률 매개 변수는 거리 측정과 관련이 있으며 후방 산란 계수는 반사 및 반사 손실의 측정 결과에 영향을줍니다. 이 두 매개 변수는 대개 광섬유 제조업체가 제공합니다. 대부분의 유형의 광섬유에 대해 표 2에 주어진 굴절률 및 후방 산란 계수는보다 정확한 거리 및 반사 손실 측정을 얻을 수 있습니다.
경험과 기술
(1) 섬유질의 간단한 식별 :
정상적인 상황에서, OTDR 테스트 광선 곡선 본체 (단일 또는 여러 광섬유 케이블) 경사는 기본적으로 동일하며, 경사면의 특정 부분이 더 크면이 부분의 감쇠가 더 커짐을 보여줍니다. 곡선 몸체가 불규칙한 모양 인 경우 기울기가 변동합니다. 구부러 지거나 둥글게되면 광섬유의 품질이 심각하게 저하되어 통신 요구 사항을 충족하지 못함을 나타냅니다.
(2) 파장 선택 및 단일 양방향 시험 :
1550 파장은 테스트에서 멀리 떨어져 있습니다. 1550 nm는 1310 nm보다 굴곡에 더 민감합니다. 1550 nm는 1310 nm 단위보다 작으며 1310 nm는 1550 nm 또는 커넥터보다 높습니다. 실제 광케이블 유지 보수 작업에서 두 파장은 일반적으로 테스트되고 비교됩니다. 긍정적 인 이득 현상과 거리 이상 거리에 대해서는 좋은 테스트 결론을 얻기 위해 양방향 테스트 분석을 수행해야합니다.
(3) 공동 청소 :
광섬유 커넥터를 OTDR에 연결하기 전에 OTDR의 출력 커넥터와 테스트중인 라이브 커넥터를 포함하여 조심스럽게 청소해야합니다. 그렇지 않으면 삽입 손실이 너무 커서 측정 값이 신뢰할 수 없거나 커브가 잡음이 있거나 심지어 측정을 수행 할 수 없으며 OTDR도 손상 될 수 있습니다. 알콜 또는 굴절률이 맞는 유체 이외의 세제는 광 섬유 커넥터에 바인더가 용해 될 수 있으므로 세척하지 마십시오.
(4) 굴절률 및 산란 계수의 수정 : 광섬유의 길이를 측정 할 때, 굴절률과 0.01의 편차는 7m / km 정도의 오차를 유발할 수있다. 더 긴 광 세그먼트의 경우, 케이블 제조업체가 제공 한 굴절률을 사용해야합니다. 값.
(5) 유령의 인식 및 처리 :
OTDR 곡선의 급상승은 때로는 입사장 근처에서 강한 반사로 인한 에코 때문에 발생합니다. 이 스파이크를 고스트라고합니다. 유령 인식 : 커브의 유령은 큰 손실을 일으키지 않았습니다. 고스트와 커브의 시작 사이의 거리는 강한 반사 이벤트와 시작 사이의 거리의 배수가되어 대칭이되었습니다. 고스트 제거 : 짧은 펄스 폭을 선택하고 강한 반사 프런트 엔드 (예 : OTDR 출력)에 감쇠를 추가하십시오. 고스트를 야기한 이벤트가 광섬유의 끝 부분에 있다면 "작은 굴곡"을 만들어 반사 된 빛을 처음부터 다시 감쇠시킬 수 있습니다.
(6) 포지티브 게인 현상 처리 :
양수 이득은 OTDR 트레이스에서 발생할 수 있습니다. 플러스 이득은 스플 라이스 포인트 이후의 파이버가 스플 라이스 포인트 이전의 파이버보다 후방 난시를 생성한다는 사실에 기인한다. 사실,이 스 플라이 스 포인트에서 광섬유는 스플 라이스 손실입니다. 모드 필드 직경이 다르거 나 후방 산란 계수가 다른 섬유의 용접 과정에서 자주 발생합니다. 따라서 양쪽 방향으로 측정하고 결과를 스플 라이스 손실로 평균화해야합니다. 실제 광케이블 유지 보수에서 ≤0.08dB는 또한 수용의 단순한 원리로 사용될 수 있습니다.
(7) 추가 광섬유의 사용 :
추가 섬유는 OTDR을 측정 할 섬유와 연결하는 데 사용되는 섬유 조각이며 길이는 300-2000m입니다. 주요 기능은 프런트 엔드 블라인드 존 처리 및 터미널 커넥터 삽입 측정입니다.
일반적으로 OTDR과 테스트중인 광섬유 사이의 커넥터로 인해 발생하는 불감 대가 가장 큽니다. 광섬유의 실제 측정에서, OTDR과 테스트 될 광섬유 사이에 전이 광섬유가 추가되어 프론트 엔드 데드 존이 전이 광섬유 내에 들어가고 테스트 될 광섬유의 시작 부분 OTDR 곡선의 선형 안정 영역에 속한다. 광섬유 시스템의 시작 부분에서 커넥터의 삽입 손실은 OTDR에 전이 광섬유를 추가하여 측정 할 수 있습니다. 양쪽 끝에서 커넥터의 삽입 손실을 측정하려는 경우 양쪽 끝에 천이 광섬유를 추가 할 수 있습니다.
테스트 오류의 주요 요인
1) OTDR 시험 장비의 고유 편차
OTDR의 테스트 원리에 따르면 일정 기간에 따라 광 펄스를 테스트 광섬유로 전송 한 후 광섬유에서 반사 된 신호를 일정 비율로 샘플링, 양자화, 코딩 및 저장합니다. OTDR 장비 자체는 샘플링 간격으로 인해 오차가 발생하는데, 이는 주로 거리 분해능에 반영됩니다. OTDR의 거리 분해능은 샘플링 빈도에 비례합니다.
2) 시험 장비의 부적절한 작동으로 인한 오류
케이블 고장 위치 시험에서, OTDR 계측기의 사용의 정확성은 장애물 시험의 정확도와 직접 관련이 있습니다. 기기의 파라미터 설정 및 정확도, 미터 범위의 부적절한 선택 또는 부정확 한 커서 설정은 테스트 결과에 오류를 유발합니다.
(1) 계측기의 굴절률 편차에 의한 오차 설정
광섬유의 종류와 제조사에 따라 굴절률이 다릅니다. OTDR을 사용하여 광섬유의 길이를 시험 할 때, 기기 매개 변수가 먼저 설정되어야하고, 굴절률의 설정이 그 중 하나입니다. 케이블의 여러 세그먼트의 굴절률이 다른 경우 세그먼테이션 방법을 사용하여 굴절률 설정 오류로 인한 테스트 오류를 줄일 수 있습니다.
(2) 측정 범위의 부적절한 선택
OTDR 미터 테스트 거리 분해능이 1 미터 일 때 수평 눈금이 그리드 당 25 미터 일 때만 그림을 확대 할 수 있음을 의미합니다. 미터 디자인은 커서 당 25 단계의 전체 셀 하나입니다. 이 경우 커서가 움직일 때마다 거리가 1 미터이므로 읽기 분해능은 1 미터입니다. 수평 눈금으로 2km / div를 선택하면 커서가 움직일 때마다 커서가 80m 이동합니다. 테스트 중에 선택된 측정 범위가 클수록 테스트 결과의 편차가 커짐을 알 수 있습니다.
(3) 펄스 폭의 부적절한 선택
동일한 펄스 진폭의 조건에서 펄스 폭이 클수록 펄스 에너지가 커집니다. 이 때, OTDR의 다이나믹 레인지 또한 더 커지고, 해당 사각 지역도 또한 크다.
(4) 평균 시간의 부적절한 선택
OTDR 테스트 곡선은 각 출력 펄스 이후에 반사 된 신호를 샘플링하고 여러 샘플을 평균하여 임의의 이벤트를 제거합니다. 평균 시간이 길수록 노이즈 레벨이 최소값에 가까울수록 다이나믹 레인지가 커집니다. 평균 시간이 길수록 테스트 정확도가 높아지지만 특정 수준에 도달하면 정확도가 높아지지 않습니다. 시험 속도를 향상시키고 전반적인 시험 시간을 단축시키기 위해, 일반적인 시험 시간은 0.5 ~ 3 분 내에 선택 될 수있다.
(5) 커서의 부적절한 배치
광섬유 커넥터, 기계적 스플 라이스 및 파이버의 단선은 손실 및 반사를 유발할 수 있으며, 파이버 단부의 단 부면은 단 부면의 불규칙성으로 인해 다양한 프레 넬 반사 피크를 생성하거나 프레 넬 반사를 생성 할 수 없습니다. 커서 설정이 정확하지 않으면 오류가 발생합니다.