Измерение потерь в ВОЛС

Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Тема 22 ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЬ В ВОЛС 1 2 ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЬ В ВОЛС ....................................................................... 2 ОПТИЧЕСКИЕ ТЕСТЕРЫ ................................................................................ 2 2.1 Область применения ...................................................................................... 3 2.2 Общие требования к параметрам оптических тестеров ............................... 3 2.3 Обзор оптических тестеров ........................................................................... 4 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 Оптический тестер производства компании GreenLee ..................................... 4 Российский оптический тестер ТОПАЗ-7300-AL.............................................. 6 Универсальный измеритель оптической мощности EXFO FPM-600 ........... 10 Многофункциональный источник оптического излучения EXFO FLS-300 12 2.4 Техника безопасности при работе с оптическим тестером (оптическим излучателем) ................................................................................................. 16 3 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ .................................................................. 17 3.1 Метод вносимых потерь .............................................................................. 17 3.2 Метод вносимых потерь с обнулением начального уровня мощности ..... 19 3.3 Метод вносимых потерь с использованием 3-х эталонных патч-кордов .. 21 3.4 Возможные факторы возникновения погрешностей при измерении методом вносимых потерь ........................................................................... 23 3.5 Выводы по методу вносимых потерь .......................................................... 25 3.6 Метод обрыва ............................................................................................... 26 3.7 Метод обратного рассеяния ......................................................................... 30 1 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 1 ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЬ В ВОЛС Измерение затухания, вносимого различными элементами ВОЛС, производится с использованием согласованной пары приборов: стабилизированного источника оптического излучения и оптического ваттметра. Такая согласованная пара приборов называется оптическим тестером. Затухание П, вносимое элементом ВОЛС, определяется соотношением уровней мощности на входе и выходе тестируемого элемента в мВт:  P П  10 lg  ВХ  Р ВЫХ   , дБ.  Оно может быть также определено разностью между уровнями мощности входного РВХ и выходного РВЫХ сигналов, выраженными в дБм: ПдБ  РВХ дБм  РВЫХ дБм Поскольку величина вносимого затухания определяется соотношением уровней мощности на входе и выходе тестируемого элемента, процесс измерения вносимых потерь всегда включает в себя два этапа: этап измерения входной мощности и этап измерения выходной мощности. Существует два метода измерения затухания волокна: вносимых потерь и метод обрыва. Следует отметить, что для измерений затуханий кабеля применяется также метод обратного рассеяния, используемый в оптических рефлектометрах. Этот метод позволяет дополнительно определять распределение оптических потерь на смонтированной линии (на неоднородностях по длине кабеля) и будет рассмотрен в отдельной теме. 2 ОПТИЧЕСКИЕ ТЕСТЕРЫ Оптические тестеры – или измерители оптических потерь, предназначены для измерения среднего уровня мощности оптического излучения на рабочих длинах волн волоконно-оптических линий связи, определения сигнала в кабельной системе, измерения общих потерь в линии и в отдельных ее компонентах. В состав оптического тестера входят два основных прибора:  источник излучения, SLS (Stabilized Light Source);  измеритель оптической мощности, OPM (Optical power meter). Источник излучения и измеритель оптической мощности выпускаться в разных корпусах, либо оба прибора в одном корпусе. 2 могут Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 2.1 Область применения Оптические тестеры применяются:     при строительстве и обслуживании волоконно-оптических линий связи; при тестировании FTTx; при тестировании пассивных оптических сетей (РОN); при тестировании оптических компонентов. С помощью приборов можно проводить следующие измерения:      измерение средней мощности передатчика (дБм, мВт, мкВт); измерение потерь волоконной линии (дБ); измерение потерь, внесённых компонентами (дБ); измерение возвратных потерь* (дБ); измерение длины линии*. * – дополнительные функции, доступные в более дорогих моделях. 2.2 Общие требования к параметрам оптических тестеров Источники оптического излучения предназначены для излучения стабилизированной непрерывной и импульсно-модулированной оптической мощности при определении затухания оптических сигналов в одно- и многомодовых волоконных световодах. Обычно обозначаются SLS – Stabilized Light Source или OLT – Optical Light Source. Для источников оптического излучения наиболее важными параметрами являются:  тип излучателя (СИД или ЛД) и тип ОВ;  калиброванные длины волн, на которых SLS излучают оптическую мощность, нм;  уровень вводимой в оптическое волокно мощности, дБм (зависит от типа излучателя: для СИД обычно –20 дБм, для ЛД –7  +5 дБм);  стабильность выходной мощности кратковременная (до 20 мин.), ± дБ;  стабильность долговременная (1 час), ± дБ. Для измерителей мощности (ОРМ) наиболее важными параметрами являются:  калиброванные длины волн, на которых измеряют среднюю мощность, нм;  диапазон измеряемых мощностей Рмин, Рмакс, дБм;  погрешность измерения абсолютного уровня мощности, % или дБм;  погрешность измерения относительного уровня мощности (потерь), дБ;  разрешение (определяется числом отображаемых разрядов на индикаторе), дБм или дБ;  стабильность измерения мощности или потерь кратковременная (до 20 3 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС мин.), ± дБ;  стабильность измерения мощности или потерь долговременная (1 час), ± дБ;  предельно допустимая мощность на входе, превышение которой может вывести прибор из строя, Рпред (может наноситься на корпус прибора над индикатором, обычно это +10 дБм или +20 дБм). В настоящее время основные технические характеристики ОРМ регламентирует ГОСТ 51060-97 Средства измерений средней мощности оптического излучения для волоконно-оптических систем передачи (см. табл. 1) Таблица 1– Технические характеристики ОРМ по ГОСТ 51060-97 Наименование параметра Значение Диапазон рабочих длин волн, нм Диапазон измерений средней мощности, Вт Пределы основной допускаемой погрешности, %  диапазон 10-10 – 10-2 Вт  диапазон 10-12 – 10-3 Вт 600 – 1700 10-12 – 10-2 6-8 8-10 В спецификации на измеритель точность определения затухания может быть задана, например, так ±0,02 дБ/дБ. Это означает, что потери в 10 дБ измерены с погрешностью ±0,2 дБ, потери на уровне 30 дБ – с погрешностью ±0,6 дБ. 2.3 Обзор оптических тестеров 2.3.1 Оптический тестер производства компании GreenLee Рассмотрим характеристики простого оптического тестера производства компании GreenLee, используемого специалистами ВОЛС. Он включает:  стабилизированный источник излучения GreenLee 580XL (1310/1550 нм) c фиксированным FC адаптером;  измеритель оптической мощности GreenLee 560XL (850, 1300, 1310, 1550) с адаптерами под коннекторы FC, SC, ST. Стабилизированный источник излучения GreenLee 580XL может выдавать непрерывный и модулированный оптический сигнал со стабильностью не хуже ±0,05 дБ за 1 ч. Измеритель оптической мощности GreenLee 560XL позволяет измерять оптическую мощность в больших пределах (дБм), вносимых потерь (дБ) с погрешностью не более ± 0,25 дБ, имеет возможность установки опорного уровня мощности. Общий вид приборов приведен на рис. 1. 4 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС а) б) Рис. 1 – Комплект оптического тестера компании GreenLee 560/580XL а) – стабилизированный источник излучения б) – измеритель оптической мощности Таблица 2 – Характеристики источника излучения Greenlee 580XL Параметр Значение Рабочие длины волн, нм Максимальная ширина спектра, нм Стабильность (1 час), дБ Средняя выходная мощность, дБм Сигнал 1310/1550 <5 ±0,05 -7 (лазер) Непрерывный и модулированный выходной сигнал (выбирается пользователем) 270 Гц, 1 кГц, 2 кГц 2 батареи типа АА, 1,5 В (~80 часов непрерывной работы) FC -15 до +55 Частота модуляции Источник питания Тип коннектора Рабочая температура, °C 5 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Таблица 3 – Характеристики измерителя оптической мощности GreenLee 560XL Параметр Значение Рабочие длины волн, нм Диапазон измеряемых мощностей, дБм Точность, дБ Разрешение, дБ Источник питания 850, 1300, 1310, 1550 +3 ~ -60 ± 0,25 0,01 2 батареи типа АА, 1,5 В (~100 часов непрерывной работы) Адаптеры для SOC интерфейса: FC, SC, ST -15 до +55 Тип коннектора Рабочая температура, °C ВИДЕО Измерение затухания в оптическом волокне оптическим тестером компании GreenLee 560/580XL (2 мин): 2.3.2 Российский оптический тестер ТОПАЗ-7300-AL Рассмотрим наборы оптических тестеров серии «Топаз-7000-А», выпускаемых отечественным производителем ООО "НПК"СвязьСервис", г. Санкт-Петербург (https://skomplekt.com/topaz/):  Источники излучения ТОПАЗ-7100-А  Измерители мощности ТОПАЗ-7200-А  Оптический тестер ТОПАЗ-7300-А: содержит источник излучения и измеритель мощности;  Автоматический оптический тестер ТОПАЗ-7300-AL: содержит источник излучения, измеритель мощности, измеритель обратного отражения и измеритель длины линии. Позволяет проводить двусторонние измерения в автоматическом режиме. 6 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Перечисленные выше модели тестера оптического отличаются набором выполняемых функций. Выбор функции прибора производится переключением режима его работы. В таблице 4 представлены основные режимы работы приборов серии «Топаз-7000-А». Знаком «х» отмечено наличие режима в определенной модели прибора. Таблица 4 – Модели оптических тестеров серии «Топаз-7000-А» Режим работы Обозначение 7100-А 7200-А 7300-А 7300- AL Измеритель мощности X X X Измеритель потерь авто X X X X X Источник излучения X Тестер автомат X Измеритель длины линии X Индикатор мощности X Измеритель обратного отражения X На рис. 2 показан автоматический оптический тестер ТОПАЗ-7300-AL, как наиболее функциональный, имеющий дополнительные функции: Тестер автомат/Индикатор мощности/Измеритель длины линии /Измеритель обратного отражения. ТОПАЗ-7105-AL - многофункциональный оптический тестер с ORL (1310, 1550 нм) ТОПАЗ-7311-А - оптический тестер (850 нм /-85..+6 дБм) ТОПАЗ-7326-AL - многофункциональный оптический тестер с ORL (1310, 1550, 1490 нм / -50..+20 дБм) 7 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Рис. 2 – Внешний вид оптического тестера ТОПАЗ-7300-AL Для проведения измерений потерь в линии необходимо иметь два комплекта тестера. Достоинством автоматического измерителя мощности тестера ТОПАЗ-7300-AL является то, что он принимает от источника (аналогичного прибора на другом конце тестируемого волокна) код текущего значения длины волны излучения и автоматически переключается на соответствующую длину волны. Таблица 5 – Характеристики тестеров серии ТОПАЗ-7300-AL Модель 7321-А 7322-А 7323-А 7324-А 7325-А 7326-А Длины волн, нм 850 1310 1550 850 1300 Ширина спектра излучения, нм Уровень оптической мощности Относительная нестабильность за 15 мин. Относительная нестабильность за 8 часов Режимы работы <5 нм >-4,0 дБм 0,15 дБ 0,25 дБ Диапазон измерений мощности Погрешность измерения Разрешение Предустановленные длины волн Единицы измерения -50...+20 дБм 0,З дБ 0,01 дБ 850, 1310, 1490, 1550, 1625 мВт, мкВт, нВт, дБм, дБ Рабочая температура Питание -10 °С … +40 °С NiMH-аккумулятор (10 ч) 1310 1550 выкл. CW, 270 Гц, 2кГц., CW* 8 1310 1490 1550 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Измеритель длины Диапазон измерений расстояния, м 2 – 32 000 Разрешение, м 2 Измеритель ORL Диапазон измерений ORL, дБ –10 … –50 Погрешность измерений, дБ 1 ORL (Optical Return Loss Meter) – измеритель обратных потерь CW – немодулированный выходной сигнал CW* – режим периодического переключения длин волн с передачей информации о текущей длине волны. Тестеры предназначены для тестирования параметров одномодовых и многомодовых оптических волокон в процессе прокладки и обслуживания:  магистральных и локальных сетей;  сетей FTTx, PON;  сетей доступа. Оптические тестеры ТОПАЗ применяются при:  строительстве и обслуживании волоконно-оптических линий связи;  тестировании FTTx: пассивных оптических сетей (PON);  тестировании оптических компонентов. С помощью прибора можно проводить следующие измерения:  измерение средней мощности передатчика (дБм, Вт);  измерение потерь волоконной линии (дБм);  измерение потерь внесѐнных компонентами (дБ);  измерение возвратных потерь (дБм);  измерение длины линии. Особенности:  режим «Тестер автомат» ;  автоопределение длины волны излучения, одновременное отображение значений, измеренных на 3-х длинах волн;  режим автоматического переключения длин волн с определенной периодичностью с передачей информации о текущей длине волны (CW*);  измерение оптических возвратных потерь (ORL) ;  определение расстояния до повреждения;  хранение показаний (до 3200 измерений) ;  программное обеспечение для формирования отчета об измерениях;  управление от компьютера;  источник видимого излучения (визуальный дефектоскоп), который позволяет легко и быстро находить неисправности. С полным описанием оптического тестера ТОПАЗ-7300-AL можно ознакомиться в Руководство пользователя. 9 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 2.3.3 Универсальный измеритель оптической мощности EXFO FPM-600 Рассмотрим еще один представитель этой группы приборов – универсальный измеритель оптической мощности EXFO FPM-600, который является частью серии ручных приборов компании EXFO. Он имеет ряд дополнительных функций. EXFO FPM-600 измерители мощности используются для контроля волоконно-оптических линий связи. Совместно с источниками излучения EXFO FLS-300 и FLS-600 тестер способен измерять не только уровень сигнала, но и его потери. Есть две разновидности прибора: стандартный, измеряет мощность в диапазоне от +10 до –70 дБм и повышенной мощности от +26 до –55 дБм. Благодаря внутренней памяти на 1000 результатов измерений и программному обеспечению, прибор позволяет передавать результаты на персональный компьютер через USB порт. Для удобства работы, FPM-600 имеет встроенный красно/зеленый светодиодный индикатор (Pass/Fail), который позволяет сделать заключение о годности или негодности линии, согласно порогам, которые установил сам измеряющий, тем самым ускоряя и облегчая проведение измерений в полевых условия. Прибор откалиброван на 40 длинах волн, что позволяет использовать его на всех типах сетей (LAN, CDWM, DWDM). Имеет визуальный дефектоскоп (VFL), который позволяет легко и быстро находить неисправности. Прибор является частью серии, выпускаемой EXFO, для технологии FTTx. Позволяет проводить тестирование пассивных оптических сетей (PON) на трех длинах волн (1310, 1490 и 1550 нм), которые используются в сетях FTTH (fiber-to the-home) и FTTP (fiber-to-the-premises) согласно стандарту ITU-T G 983.3. 10 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС а) б) Рис. 3 – Комплект оптического тестера компании EXFO а) – стабилизированный источник излучения FLS-300 б) – измеритель оптической мощности FPM-600 . Таблица 6 – Технические характеристики измерителей оптической мощности моделей EXFO FPM-600 Модель Диапазон мощностей (дБм) Диапазон длин волн (нм) Количество калиброванных длин волн (нм) FPM-602 FPM-602X от 10 до -70 от 26 до -55 от 800 до 1650 от 800 до 1650 40 800, 820, 830, 840, 850, 860, 870, 880, 910, 980, 1270, 1280, 1290, 1300, 1310, 1320, 1330, 1340, 1350, 1370, 1390, 1410, 1430, 1450, 1460, 1470, 1480, 1490, 1500, 1510, 1520, 1530, 1540, 1550, 1560, 1570, 1580, 1590, 1600, 1610, 1620, 1630, 1640, 1650 Погрешность измерения мощности ± 5 % ± 0.1 нВт 11 ± 5 % ± 3 нВт Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Модель Разрешение (дБ) Автоматическое обнуление Единицы измерения Обнаружение модуляции Автоматическое распознавание длин волн Период прогрева (мин) Объем памяти (записей) Автономная работа (часов) FPM-602 FPM-602X ± 0.01 (от 10 до -60) да дБ, дБм, Вт 270 Гц, 1 кГц, 2 кГц да более 1000 72 ± 0.01 (от 26 до -45) да дБ, дБм, Вт 270 Гц, 1 кГц, 2 кГц да более 1000 72 2.3.4 Многофункциональный источник оптического излучения EXFO FLS-300 EXFO FLS-300-23BL – источник оптического излучения (1310/1550 нм) – используется для определения потерь в оптическом волокне (в паре с измерителем мощности FPM-300 или FPM-600). Источник может передавать вместе с излучением специальный код, который позволяет совместимым приборам автоматически настраиваться на нужную длину волны и удаленно устанавливать опорный уровень (правильные параметры калибровки). Таким образом, не требуется связь между инженерами, которые тестируют линию и находятся на расстоянии, что существенно уменьшает вероятность ошибок. Таблица 7 – Технические характеристики источника излучения EXFO FLS-300-23BL Параметр Значение Длины волн 1310/1550 нм Спектральная ширина, нм ≤5 Выходная мощность, дБм 1 Стабильность мощности (за 8 ч), дБ ±0,01 Модуляция 270 Гц, 1 кГц и 2 кГц Питание три батареи АА (до 120 часов) 12 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС ВИДЕО Обзор EXFO FPM 600, настройка, назначение клавиш, меню и т.д. (22 мин): Для проведения двустороннего тестирования оптической линии часто применяют комбинированные оптические тестеры – приборы, в которых одновременно реализованы функции как источников излучения, так и измерителей мощности. Это позволяет значительно экономить время на проведении измерений, а также дает возможность делать измерения в обоих направлениях. Усреднение двух результатов измерений увеличивает их точность. В качестве примера такого комбинированного оптического тестера можно привести многофункциональный оптический тестер FOT-930 (рис. 4). Рис. 4 – Оптический тестер FOT-930 MaxTester 13 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Многофункциональный оптический тестер FOT-930 MaxTester создан для того, что бы помочь провайдерам уменьшить капиталовложения на приобретение и эксплуатацию оборудования, позволить строителям легко адаптироваться ко всем типам сетей, обеспечить операторов кабельного телевидения решением «все-в-одном» для проведения измерений обратных потерь, длины волокна, измерений мощности, в том числе и повышенных уровней мощности, а также потерь линии, выполнять такие задачи как строительство магистральных высокоскоростных сетей, тестирование на длинах 1310/1490/1550 нм на сетях FTTx, выполнять тестирование многомодовых сетей предприятий и т.д. Имеет полный спектр возможностей по созданию отчетов и импорту их на компьютер. В сочетании с видеомикроскопом, этот прибор позволяет легко обнаруживать грязные и поврежденные коннекторы, обеспечивая четкое отображение коннекторов и торцов волокон на экране FOT-930 с высоким разрешением. Прибор «все-в-одном» – сочетает в себе восемь инструментов:         Тестер потерь Измеритель мощности Измеритель обратных оптических потерь (ORL) Визуальный дефектоскоп Многомодовые и одномодовые источники излучения Цифровое переговорное устройство Измеритель длины волокна Видеомикроскоп 14 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Рис. 5 – Порты многофункционального оптического тестера FOT-930 MaxTester 15 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС В состав тестера FOT-930 входит оптический телефон (дуплексное цифровое разговорное устройство), использующий РСМ-модуляцию. В отличие от разговорных устройств с частотной модуляцией (FM), динамический диапазон которых является функцией обратного отражения от разъема устройства или возвратных потерь в волоконно-оптической линии, цифровые оптические телефоны нечувствительны к шумам или искажениям, вызываемым отраженным сигналом. Гарантированный динамический диапазон разговорного устройства тестера FOT-930 составляет 45 дБ. Это означает, что связь по волоконно-оптическим линиям может осуществляться на расстоянии 180 км между двумя тестерами. Более того, шум и искажения отсутствуют при связи во всем динамическом диапазоне, независимо от обратного отражения от соединительного разъема телефона или от других соединений в тестируемой волоконно-оптической линии. Для тех, кто интересуется – с полной документацией на прибор можно ознакомиться в разделе «Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС» СДО Гиперметод – файл Многофункциональный оптический тестер FOT-930.pdf. 2.4 Техника безопасности при работе с оптическим тестером (оптическим излучателем) Если в приборе используется лазерный источник излучения, то к работе с прибором допускается персонал, ознакомленный с «Санитарными правилами при работе с лазерами» №2392-81, утвержденными Минздравом СССР и требованиями безопасности по ГОСТ 24469-80. Несоблюдение правил может нанести вред здоровью. На корпусе прибора, содержащего лазерный источник излучения всегда присутствует предупредительная информация. Пример на рис. 6. Рис. 6 – Обозначение лазерного источника 16 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 3 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ В качестве примера рассмотрим измерение затухания оптического волокна с помощью измерителей оптических потерь. При этом, согласно рекомендациям ITU-T G.651, EIA/TIA И ГОСТ 26814-86, следует различать два основных метода измерения затухания – методы разрушающего (обрыва) и неразрушающего (вносимых потерь) измерения. 3.1 Метод вносимых потерь Для определения потерь в линии этим способом источник калиброванного оптического излучения соединяют с измерителем мощности сначала через эталонный патч-корд, а затем через оптическую линию. Метод относится к группе «точка - точка» и выполняется в 2 этапа Этап 1: калибровка приборов. При калибровке измеритель оптической мощности подключают через два эталонных патч-корда и проходную розетку (адаптер) к стабилизированному источнику оптического излучения. На этом этапе необходимо выполнить следующие действия: 1. Выполнить проверку и чистку оптических коннекторов и проходной розетки 2. Подключить измеритель оптической мощности (ОРМ) через 2 эталонных патч-корда и проходную розетку (рис. 7) к стабилизированному источнику оптического излучения (SLS) 4. Включить источник 5. Выставить на SLS необходимую длину волны 6. Включить ОРМ 7. Выставить на ОРМ длину волны, на которой излучает SLS 8. Зафиксировать начальный уровень мощности, например, –7,00 дБм (см. рис. 7): 17 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 1-й эталонный патч-корд 2-й эталонный патч-корд -7,00 дБм 1310 1310 SLS OPM Измеритель мощности Источник Рис. 7 – Схема определения затухания волокна методом вносимых потерь. Этап 1– калибровка Этап 2: измерение затухания. Для проведения измерения тестируемое волокно, оконцованное коннекторами, включается вместо второго эталонного патч-корда: один коннектор тестируемого волокна подключают к проходной розетке, второй – к порту измерителя оптической мощности (рис. 8). На этом этапе необходимо выполнить следующие действия: 1. Выключить стабилизированный источник оптического излучения. Если SLS выполнен на базе светодиода диода (не имеет предупреждающей маркировки ), то его не следует выключать. 2. Выполнить проверку и чистку оптических коннекторов тестируемого волокна 3. Подключить тестируемое волокно одним коннектором к проходной розетке, второй коннектор – вставить в порт измерителя оптической мощности (ОРМ) 4. Включить источник 5. Выставить на SLS необходимую длину волны 6. Зафиксировать мощность на выходе тестируемого волокна, например, -24,50 дБм (рис. 8) 18 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 1-й эталонный патч-корд Тестируемый ВОК -24,50 дБм 1310 1310 SLS OPM Источник Измеритель мощности Рис. 8 – Измерение вносимых потерь Разность полученных значений на этапе калибровки и измерения определит затухание в линии: П = –7,00 – (–24,5) = 17,5 дБ. 3.2 Метод вносимых потерь с обнулением начального уровня мощности Для упрощения нахождения потерь в методе вносимых потерь используют обнуление начального уровня мощности. Последовательность действий следующая. Этап 1: калибровка приборов. 1. Выполнить проверку и чистку оптических коннекторов и проходной розетки 2. Подключить измеритель оптической мощности (ОРМ) через 2 эталонных патч-корда и проходную розетку к стабилизированному источнику оптического излучения (SLS) 3. Включить источник 4. Выставить на SLS необходимую длину волны 19 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 5. Включить ОРМ 6. Выставить на ОРМ длину волны, на которой излучает SLS 7. Зафиксировать начальный уровень мощности, например, –7,00 дБм (рис. 7) 9. Выполнить обнуление начального уровня мощности. Для этого нажать на ОРМ клавишу и удерживать ее более 2 секунд. Прибор автоматически запомнит текущее показание и перейдет в режим вывода значения в единицах относительной логарифмической шкалы («дБ»), используя новое значение уровня отсчета для преобразования результата измерения. Новое показание прибора должно быть 0.00 дБ. Опорный уровень у большинства ОРМ отображается в нижней строке индикатора. 1-й эталонный патч-корд 2-й эталонный патч-корд 0,00 дБ 1310 1310 мВт дБм дБ SLS OPM Измеритель мощности Источник Рис. 9 – Выполнение обнуления начального уровня мощности Этап 2: измерение затухания. 1. Выключить стабилизированный источник оптического излучения. Если SLS выполнен на базе светодиода диода (не имеет предупреждающей маркировки ), то его можно не выключать. 2. Выполнить проверку и чистку оптических коннекторов тестируемого волокна 20 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 3. Подключить тестируемое волокно одним коннектором к проходной розетке, второй коннектор – вставить в порт измерителя оптической мощности (ОРМ) 4. Включить источник 5. Выставить на SLS необходимую длину волны 6. На индикаторе измерителя мощности будет сразу выведено значение потерь в тестируемом волокне в дБ (17, 5 дБ на рис. 10) 1-й эталонный патч-корд Тестируемый ВОК 1310 17,50 дБ SLS OPM Источник Измеритель мощности 1310 Рис. 10 – Измерение потерь в дБ Такие измерения последовательно проводят на всех длинах волн, на которых работает ВОЛС. 3.3 Метод вносимых потерь с использованием 3-х эталонных патч-кордов Недостатком измерений с использованием 2-х патч-кордов является то, что коннектор тестируемого волокна подключается непосредственно к входному порту измерителя оптической мощности, что приводит к износу порта OPM. Для повышения ресурса работы ОРМ на практике используют 3 эталонных патч-корда (рис. 11). Методика проведения измерений остается прежней, только после калибровки вместо среднего патч-корда подключается тестируемое волокно. 21 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 1-й эталонный патч-корд 2-й эталонный патч-корд 3-й эталонный патч-корд 0,00 дБ 1310 мВт дБм дБ 1310 OPM SLS Измеритель мощности Источник 1-й эталонный патч-корд Тестируемый ВОК 2-й эталонный патч-корд 1310 -17,50 дБ SLS OPM 1310 Рис. 11 – Калибровка и измерение методом вносимых потерь с использованием 3-х эталонных патч-кордов 22 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 3.4 Возможные факторы возникновения погрешностей при измерении методом вносимых потерь Давайте проанализируем основные факторы, которые могут привести к погрешностям измерений. Фактор 1 – малая длина калибровочных патч-кордов. При малой длине калибровочных патч-кордов оптическая мощность внеапертурных лучей (лучей, входящих вне конуса углов, определяемого числовой апертурой волокна и рассеивающихся в оболочке) может дать вклад в начальный уровень мощности при калибровке. В этом случае мы получим завышенные потери в линии, т.к. ОРМ измерит на выходе линии только мощность распространяющихся (апертурных) лучей. Поэтому желательно длину калибровочных патч-кордов выбирать более 2 м. Фактор 2 – различие в параметрах волокна второго калибровочного патчкорда и волокна тестируемой линии. Пример: калибровочные патч-корды из одномодового волокна с диаметром поля моды 9,8 мкм. Тестируемое волокно – одномодовое с диаметром поля моды 9,4 мкм. Как вы считаете, в этом случае мы измерим завышенные или заниженные потери? Оцените погрешность в дБ. Какие рекомендации по выбору параметров калибровочных патч-кордов и параметров тестируемого оптического волокна вы можете дать (по соотношению диаметров сердцевины, по соотношению диаметров поля моды, по соотношению числовых апертур)? Фактор 3 – состояние коннекторов второго калибровочного патч-корда и коннекторов тестируемого волокна. Независимо от типа разъема, категории волокна, типа измерения или стандарта, следует обратить внимание на некоторую особенность коннекторов на измерительных шнурах. Стандарты говорят о двух разновидностях коннекторов: «Стандартные» («Random», Произвольные, Обыкновенные) и «Эталонные» («Reference»). Стандартные коннекторы имеют более широкие допуски по потерям чем «эталонные». 23 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Рис. 12 – Эталонные калиброванные патч-корды Международный стандарт IEC 14763-3 определяет использование, именно, «эталонных» разъемов для тестирования. В противном случае, слишком широкие допуски по потерям на коннекторах могут сравнятся, или быть даже больше, бюджета потерь всей оптической линии. Стандартный многомодовый коннектор может вносить потери до 0,75 дБ, в то время как эталонный – не более 0,1 дБ. Потери зависят от центровки волновода коннектора, качества материалов его изготовления и полировки ферулы. Эталонные коннекторы изготавливаются с соблюдением жестких норм и тестируются на соответствие заданным параметрам. Фактор 4 – кратковременная нестабильность источника излучения; стабильность светодиодного блока выше, чем у лазерного, однако при его использовании величина потерь в волокне оказывается завышенной примерно на 5 % из-за относительно широкой полосы излучения светодиода (50...100нм). Фактор 5 – нестабильность параметров SLS и OPM во времени при измерении протяженной линии на местности, когда требуется время на перемещение ОРМ от SLS ко второму концу кабеля. Фактор 6 – погрешность измерения абсолютного уровня мощности, указанная в спецификации на ОРМ. 24 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Пример: В паспорте погрешность измерения мощности измерителем оптической мощности EXFO FPM-600 указано, что она определяется как ± 5 % ± 0,1 нВт. Оцените погрешность измерения потерь, вносимую самим EXFO FPM-600 при измерении потерь на уровне –10 дБм и на уровне – 60 дБм. Фактор 7 – наибольшая же погрешность возникает из-за того, что не известна точно величина потерь в разъемах. Как известно, при соединении разъёмов «любого с любым» величина потерь в месте соединения разъёмов может отличаться от их номинального значения на величину порядка среднего значения этих потерь (~ 0.2 дБ). Эта неопределенность величины потерь в разъёмах и даст основной вклад в результирующую погрешность, возникающую при измерении полных потерь в линии. Всегда используйте тестовые шнуры с «эталонными» коннекторами. Фактор 8 – хотя потери в одномодовом волокне не зависят от направления распространения света, принято проводить измерения потерь в линии в обоих направлениях. Таким образом, удается исключить некоторые систематические погрешности. Например, если по ошибке к одномодовому волокну (в оптическом кабеле) был приварен пигтейл из многомодового волокна. Тогда потери в линии будут зависеть от направления распространения света (т.е. различаться больше чем погрешность измерений), так как коэффициент передачи со стороны одномодового волокна больше, чем со стороны многомодового волокна. 3.5 Выводы по методу вносимых потерь Достоинства:  Учет и исключение из результантов измерения потерь мощности на входе и выходе измеряемого объекта.  Простота процедуры измерений. Недостатки:  Необходимость обеспечения примерного равенства этих потерь при проведении калибровки и в рабочем режиме.  Метод имеет меньшую точность и повторяемость результатов, нежели метод обрыва, что связано прежде всего с разницей характеристик оптического волокна линии и эталонного кабеля. Однако в большинстве случаев результаты такого измерения получаются вполне удовлетворительными и достаточными для паспортизации и эксплуатации ВОЛС. Поэтому рассмотренный метод широко используется, особенно при полевых измерениях на протяженных трассах. 25 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Рекомендации: Метод вносимых потерь требует очень качественного соединения волокон, чтобы свести до минимума потери, вносимые данным соединением, и обеспечить достоверные результаты. При сертификации оптических соединений всегда используйте эталонные шнуры нужной категории и длины, всегда устанавливайте опорный уровень для компенсации потерь на тестовых шнурах, и каждый раз перед подключением очищайте коннекторы и порты (в том числе и самого измерительного прибора). Таким образом Вы получите истинные значения потерь оптической линии. В случае лабораторных измерений, где оба конца волокна находятся в одном месте, повторяемость измерения мощности в пределах ±0.1 дБ, а при измерениях, проводимых в полевых условиях, с учетом имеющих место сложностей из-за удаленного расположения концов волокна, отклонения при использовании источника калибровки, как правило, составляют порядка ±0.2 дБ. 3.6 Метод обрыва Он рекомендуется ITU-T G.651, EIA/TIA и ГОСТ 26814-86, является наиболее точным из используемых, но требует разрыва волокна, и его использование при инсталляции, техническом обслуживании и в полевых условиях нежелательно, поэтому он применяется только на кабельных площадках и при производстве ОВ. Метод основан на сравнении значений мощности оптического излучения, измеренной на выходе длинного волокна и на выходе короткого отрезка этого же волокна, образованного отсечением части длины ОВ (около 2 м) со стороны источника. В процессе реализации этого метода волокно  армируется наконечником (адаптером быстрого оконцевания),  подключается к источнику  фиксируется уровень выходного сигнала на другом конце волокна (рис . 13), например, – 32,8 дБм. 26 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Волокно 2 метра Тестируемый ВОК -32,80 дБм 1310 1310 SLS OPM Источник Измеритель мощности Рис. 13 – Измерение уровня мощности на выходном конце ОВ Затем на передающей стороне  отрезается кусок волокна длиной 2 м,  оконечивается адаптером быстрого оконцевания  снова замеряется уровень сигнала, который принимается за входной уровень (рис.14). 27 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС Волокно 2 метра Тестируемый ВОК LO 1310 1310 SLS OPM Отрезок волокна, оконцован адаптером быстрого оконцевания 1310 -6,42 дБм 1310 SLS OPM Рис. 14 – Измерение начального уровня мощности Разность полученных значений дает искомое затухание: П = – 6,42 – (–32,80) = 26, 38 дБ. Для увеличения точности рекомендуется произвести сколку несколько раз, а за уровень входного сигнала принять среднее из измеренных значений. Повторные измерения повторяют не менее двух раз (рис. 15). 28 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС 1310 LO SLS OPM 1310 -6,81 дБм SLS OPM 1310 LO 1310 1310 SLS Вторая сколка волокна Армирование адаптером сколотого волокна и второе измерение начального уровня мощности Третья сколка волокна OPM 1310 -6,75 дБм SLS OPM 1310 Армирование адаптером сколотого волокна и третье измерение начального уровня мощности Рис. 15 – Повторные сколы и измерения начального уровня мощности 29 Тема 22 Измерение потерь в ВОЛС В результате получи три значения начального уровня мощности:  6,42 дБм  6,81 дБм  6,75 дБм Измеренное затухание составит: OPM П  6,42   6,81   6,75   32,80  26,14 дБ . 3 Конкретное число повторных измерений начального уровня мощности определяют в соответствии с требованиями к случайной составляющей погрешности измерений и в соответствии с ГОСТ 8.207-76. Метод облома волокна обеспечивает наивысшую точность, так как в нем доля мощности, введенная в волокно, остается неизменной, т.к. в качестве калибровочного патч-корда используется само волокно. Его недостаток в том, что нарушается целостность волокна и его нельзя использовать в процессе монтажа линии передачи. Поэтому более распространенным является метод вносимых потерь. 3.7 Метод обратного рассеяния Общим недостатком рассмотренных ранее методов двух точек, обрыва и вносимых потерь является их неспособность дать информацию о распределении оптических потерь по длине оптического кабеля. Рассматриваемый метод обратного рассеяния пригоден для решения целого ряда задач: определения распределения оптических потерь по длине кабеля, измерений затуханий кабеля, параметров распределенных и локальных неоднородностей типа обрыва, мест сварки, а также расстояний до неоднородностей, длины волокна и расстояний до мест обрыва. Метод способен произвести диагностику и мониторинг целостности волокна и волоконно-оптической сети в целом. Метод будет рассмотрен далее в теме «Рефлектометрия оптических волокон». Дополнительная литература 1. Мандель А.Е. Методы и средства измерения в волоконно-оптических телекоммуникационных системах [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Мандель А.Е.– Электрон. текстовые данные.– Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012.– 120 c.– Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/14015.– ЭБС «IPRbooks», по паролю. 30