Analýza optické trasy optickým reflektometrem Zadání: Pomocí optického reflektometru, zkrácené označení OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer), proměřte trasu, která je složena z několika optických vláken. Změřte a vyhodnoťte průběh útlumu jako funkci vzdálenosti. Určete délku jednotlivých úseků optické trasy a definujte zapojení optických konektorů tak, abyste dosáhli maximální možné délky optické trasy. Prověřte různá nastavení optického reflektometru a vyhodnoťte, při kterém jste dosáhly nejpřesnějšího měření pro jednotlivé úseky i pro celkovou délku trasy. Vyhodnoťte použité typy konektorů z hlediska odrazu, který vzniká na spojení při jejich použití. Teoretický úvod: Optický reflektometr využívá laserové pulsy, které vysílá po testované trase a detekuje zpětné odezvy těchto pulsů. Tímto způsobem lze analyzovat optickou trasu z hlediska útlumů a odrazů. optické trasy kvantifikuje ztráty v optickém vlákně a udává se v db/km. Odraz je určen jako poměr odražené energie k energii vstupní nebo energii impulsu před odrazem. Pro odraz platí vztah podle rovnice 1. Udává se v db. Dále se stanovuje tzv. útlum zpětného odrazu (Optical Return Loss ORL). Jedná se o poměr vstupního optického výkonu k výkonu odraženému vztaženému k optické trase. Vyjadřuje se db. Výpočet útlumu zpětného odrazu popisuje Rovnice 2. 10 Rovnice 1 10 Rovnice 2 Hlavní vstupní parametry jsou šířka testovacího pulsu a index lomu vlákna. Parametr, který ovlivňuje rozlišení výsledků je vzorkovací rychlost OTDR. SW reflektometru umožňuje měnit hodnoty šířky testovacího pulsu i indexu lomu optického vlákna. Změnou šířky impulsu dochází ke změně velikosti energie vstupující do vlákna. Díky tomu při použití krátkého pulsu je krátká tzv. mrtvá zóna na začátku trasy a větší rozlišení měření. Při krátkém pulsu se do vlákna naváže méně energie a v důsledku toho se zkrátí vzdálenost, kterou můžeme testovat. Naopak při delším pulsu se prodlouží mrtvá zóna a sníží se rozlišení výměnou za možnost testovat na delší vzdálenosti. Index lomu vlákna převádí čas měřený OTDR na vzdálenost, která je vynesena na ose X. Pro tento převod platí Rovnice 3 kde v je rychlost světla v daném optickém prostředí, n je index lomu v daném optickém prostředí a c je rychlost světla ve vakuu. Na Obr. 1 Schéma OTDR je znázorněno blokové schéma OTDR. Rovnice 3
Obr. 1 Schéma OTDR Na výsledném signálu můžeme pozorovat základní jevy, a to útlum sváru, útlum konektoru a konec vlákna. Průběh je schematicky znázorněn na Obr. 2 Signál OTDR. Testovací puls vlákna sváru konektoru Svár Konektor Konec vlákna Obr. 2 Signál OTDR Požadavky na ideální vláknový spoj jsou evidentní. Požadujeme nulový útlum, mechanickou odolnost spoje a nulový odraz. Skutečné vláknové prvky jako jsou vláknové sváry, nebo rozebíratelné konektorové spojky těchto parametrů nedosahují. Vláknové sváry se vyznačují pouze malým útlumem a žádným odrazem procházejícího signálu. Pro zajištění mechanické pevnosti se spojované místo zataví do ochranné izolace s výztuží. U rozebíratelných spojů je útlum ve srovnání se sváry vyšší a nastává zde také odraz. Odraz je způsoben přechodem záření z optického vlákna do vzduchu a zpět do vlákna. Tímto přechodem dojde ke změně indexu lomu prostředí, ve kterém se záření šíří. Platí zde zákon lomu a odrazu při přechodu záření mezi prostředími s rozdílnou optickou hustotou. Přehled konektorů najdete v příloze.
Ovládání OTDR: Ovládání zařízení probíhá prostřednictvím PC a obslužného programu. Před zpuštěním programu je nutné zapnout hardwarovou část OTDR. Spuštění SW plocha - > WinOTDR. Po načtení a inicializaci HW vyberte profil vlákna č. 2. Detailní popis ovládacího programu na Obr. 3 Základní pracovní okno programu WinOTDR. Mód Preview. Spouští režim, při kterém je přijímaný signál přímo zobrazován. Je zde vysoká hladina šumu. Mód Avg. Výsledkem je signál, který je zbaven šum díky průměrování a to po nastavitelnou dobu. Mód Auto. Spustí se automatická procedura, která použije předem definované parametry pro test trasy. Hlavní ovládací prvky Nastavení parametrů trasy Nastavení os Pozice kurzorů Status bar Stav laseru Obr. 3 Základní pracovní okno programu WinOTDR Jako cvičná optická trasa poslouží optický kabel namotaný na cívce. Tento kabel má délku přibližně 80m. Jelikož je v něm větší počet vláken, optickou trasu je možno skládat sériovým propojením jednotlivých vláken v kabelu. Mezi jednotlivými konektory zakončujícími vlákno je vždy úsek vlákna délky cca 80m.
Konektory jednotlivých úseků optické trasy Vstup Nezapojeno Obr. 4 Konektor optické trasy Postup: Zkontrolujte, zda je vstup/výstup OTDR zabezpečen proti úniku záření včetně konektoru optické trasy. Zapněte hardwarovou část ODTR. Zpusťte SW pro ovládání OTDR. Po inicializaci zařízení vyberte profil vlákna č. 2. Zapojte vstup/výstup OTDR do vstupu optické trasy. Spusťte analýzu trasy. Pozorujte a zaznamenejte odezvu. Postup opakujete při postupném prodlužování trasy.
Příloha: