Qu'est-ce que l'OTDR et comment fonctionne un OTDR?
Réflectomètre optique dans le domaine temporel (OTDR)
Le réflectomètre optique dans le domaine temporel (OTDR) est utile pour tester l'intégrité des câbles à fibres optiques. Il peut vérifier la perte d'épissure, mesurer la longueur et trouver les défauts. L'OTDR est également couramment utilisé pour créer une «image» d'un câble à fibre optique lorsqu'il est nouvellement installé. Plus tard, des comparaisons peuvent être faites entre la trace originale et une seconde trace prise si des problèmes surviennent. L'analyse de la trace OTDR est toujours facilitée par la documentation de la trace d'origine créée lors de l'installation du câble.
Les OTDR sont les plus efficaces pour tester des câbles longs (plus de 250 mètres ou 800 pieds environ) ou des installations de câbles avec épissures. Les données produites par l'OTDR sont généralement utilisées pour créer une image appelée «trace» ou «signature» qui contient des informations précieuses pour l'utilisateur formé et peut être stockée pour référence ultérieure ou pour vérifier par rapport à un plan en cas de problème de réseau. Les OTDR ne doivent pas être utilisés pour mesurer la perte d'insertion dans le câble à fibre optique - cette tâche est mieux confiée à une source de test à fibre optique et à un wattmètre. Les OTDR vous montrent simplement où les câbles sont terminés et confirment la qualité des fibres, des connexions et des épissures. Bien sûr, les traces OTDR sont également utilisées pour le dépannage, car elles peuvent montrer où se trouvent les ruptures dans la fibre lorsque les traces sont comparées à la documentation d'installation.
Comment fonctionne un OTDR?
Contrairement aux sources et aux compteurs de puissance qui mesurent directement la perte de l'installation de câbles à fibres optiques, l'OTDR fonctionne indirectement. La source et le compteur dupliquent l'émetteur et le récepteur de la liaison de transmission à fibre optique, de sorte que la mesure est bien corrélée avec la perte réelle du système. L'OTDR, cependant, utilise un phénomène optique unique de fibre pour mesurer indirectement la perte.
Le principal facteur de perte de fibre optique est la diffusion. Dans la fibre, la lumière est diffusée dans toutes les directions, y compris une partie rétrodiffusée vers la source, comme indiqué ici. L'OTDR utilise cette «lumière rétrodiffusée» pour effectuer des mesures avec la lumière réfléchie par les connecteurs ou les extrémités de fibre coupées.
L'OTDR se compose d'un émetteur laser haute puissance qui envoie une impulsion de lumière dans la fibre. La lumière rétrodiffusée et la lumière réfléchie retournent à l'OTDR à travers la fibre et sont dirigées vers un récepteur sensible via un coupleur dans l'extrémité avant de l'OTDR. Pour chaque mesure, l'OTDR émet une impulsion de puissance très élevée et mesure la lumière qui revient au fil du temps. À tout moment, la lumière perçue par l'OTDR est la lumière diffusée par l'impulsion traversant une région de la fibre. Pensez à l'impulsion OTDR comme étant une «source virtuelle» créée par la diffusion qui teste toute la fibre entre elle-même et l'OTDR lorsqu'elle se déplace le long de la fibre. Puisqu'il est possible de calibrer la vitesse de l'impulsion lorsqu'elle passe dans la fibre à partir de l'indice de réfraction du verre dans le cœur de la fibre, l'OTDR peut corréler ce qu'il voit dans la lumière rétrodiffusée avec un emplacement réel dans la fibre. Ainsi, il peut créer un affichage de la quantité de lumière rétrodiffusée en tout point de la fibre le long de sa longueur.
Il y a quelques calculs impliqués. N'oubliez pas que la lumière doit s'éteindre et revenir, vous devez donc en tenir compte dans les calculs de temps, en réduisant le temps de moitié. Il faut également réduire la perte de moitié, car la lumière voit la perte dans les deux sens. La perte de puissance est une fonction logarithmique, donc la puissance est mesurée et affichée en dB.
La quantité de lumière renvoyée vers l'OTDR est proportionnelle à la rétrodiffusion de la fibre, à la puissance de crête de l'impulsion de test OTDR et à la longueur de l'impulsion émise. Si vous avez besoin de plus de lumière rétrodiffusée pour obtenir de bonnes mesures, vous pouvez augmenter la puissance de crête d'impulsion ou la largeur d'impulsion ou envoyer plus d'impulsions et faire la moyenne des signaux renvoyés. Tous les trois sont utilisés dans de nombreux OTDR, avec le contrôle par l'utilisateur de certaines sélections.
Les OTDR sont toujours utilisés avec un câble de lancement et peuvent utiliser un câble de réception. Le câble de lancement, parfois également appelé «suppresseur d'impulsions», permet à l'OTDR de se stabiliser après l'envoi de l'impulsion de test dans la fibre et fournit un connecteur de référence pour le premier connecteur du câble testé pour déterminer sa perte. Un câble de réception peut être utilisé à l'extrémité distante pour permettre également des mesures du connecteur à l'extrémité du câble testé.
Informations dans la trace OTDR
Ils disent qu'une image vaut mille mots, et l'image OTDR (ou "trace" comme on les appelle) prend beaucoup de mots pour décrire toutes les informations qu'elle contient! Considérez le diagramme d'une trace à droite.
La pente de la trace de fibre montre le coefficient d'atténuation de la fibre et est calibrée en dB / km par l'OTDR. Afin de mesurer l'atténuation de la fibre, vous avez besoin d'une longueur de fibre assez longue sans distorsion à chaque extrémité de la résolution OTDR ou surcharge due à de grandes réflexions. Si la fibre semble non linéaire à l'une ou l'autre extrémité, en particulier à proximité d'un événement réfléchissant comme un connecteur, évitez cette section lors de la mesure de la perte.
Les connecteurs et les épissures sont appelés «événements» dans le jargon OTDR. Les deux devraient montrer une perte, mais les connecteurs et les épissures mécaniques montreront également un pic réfléchissant. La hauteur de ce pic indiquera la quantité de réflexion lors de l'événement, sauf si elle est si grande qu'elle sature le récepteur OTDR. Ensuite, le sommet aura un sommet et une queue plats à l'extrémité, indiquant que le récepteur a été surchargé.
Parfois, la perte d'une bonne épissure par fusion sera trop petite pour être vue par l'OTDR. C'est bon pour le système mais peut être déroutant pour l'opérateur. Il est très important de connaître les longueurs de toutes les fibres du réseau, afin que vous sachiez où rechercher les événements et que vous ne soyez pas confus lorsque des événements inhabituels apparaissent (comme des fantômes, nous allons les décrire ci-dessous).
Les impulsions réfléchissantes peuvent vous montrer la résolution de l'OTDR. Vous ne pouvez pas voir deux événements plus près que ne le permet la largeur d'impulsion. En général, des largeurs d'impulsion plus longues sont utilisées pour pouvoir voir plus loin le long de l'installation de câbles et des impulsions plus étroites sont utilisées lorsqu'une résolution élevée est nécessaire, bien que cela limite la distance que l'OTDR peut voir.
Faire des mesures avec l'OTDR
Atténuation de la fibre par la méthode en deux points.
L'OTDR mesure la distance et la perte entre les deux marqueurs. Cela peut être utilisé pour mesurer la perte d'une longueur de fibre, où l'OTDR calculera le coefficient d'atténuation de la fibre, ou la perte d'un connecteur ou d'une épissure.
Pour mesurer la longueur et l'atténuation de la fibre, nous plaçons les marqueurs à chaque extrémité de la section de fibre que nous souhaitons mesurer. L'OTDR calculera la différence de distance entre les deux marqueurs et donnera la distance. Il lira également la différence entre les niveaux de puissance des deux points où les marqueurs traversent la trace et calculera la perte, ou la différence entre les deux niveaux de puissance en dB. Enfin, il calculera le coefficient d'atténuation de la fibre en divisant la perte par la distance et présentera le résultat en dB / km, les unités normales d'atténuation.
Afin d'obtenir une bonne mesure, il est nécessaire de trouver une section de fibre relativement longue pour donner une bonne ligne de base pour la mesure. De courtes distances signifieront de petites pertes, et l'incertitude de la mesure sera plus élevée que si la distance est plus longue. Il est également conseillé de rester à l'écart d'événements tels que les épissures ou les connecteurs, car l'OTDR peut avoir un certain temps de stabilisation après ces événements, en particulier s'ils sont réfléchissants, ce qui entraîne des non-linéarités de la trace causées par l'instrument lui-même.
Atténuation des fibres par la méthode des moindres carrés
L'OTDR mesure la distance et la perte entre les deux marqueurs mais calcule mathématiquement la ligne de meilleur ajustement entre les deux points en utilisant la méthode des «moindres carrés» pour réduire le bruit. Lorsque les marqueurs sélectionnent la partie bruyante de la trace de fibre, l'outil d'atténuation des moindres carrés (LSA à 2 points) peut être appliqué pour calculer la perte en dB entre les curseurs. Regardez attentivement et vous verrez une ligne grise épaisse entre les marqueurs, indiquant le meilleur ajustement à la trace, faisant la moyenne de tout le bruit.
Perte d'épissure par méthode en deux points
L'OTDR mesure la distance par rapport à l'événement et la perte lors d'un événement - un connecteur ou une épissure - entre les deux marqueurs.
Pour mesurer la perte d'épissure, rapprochez les deux marqueurs de l'épissure à mesurer, chacun étant à peu près à la même distance du centre de l'épissure. L'épissure n'aura pas l'air aussi nette que celle-ci, la résolution de l'instrument et le bruit rendant la trace moins nette, comme vous le verrez plus tard. L'OTDR calculera la perte en dB entre les deux marqueurs, vous donnant une lecture de perte en dB.
Les mesures de perte de connecteur ou d'épissures avec une certaine réflectance seront très similaires, sauf que vous verrez un pic au niveau du connecteur, causé par la réflexion arrière du connecteur.
Perte d'épissure par les moindres carrés (LSA)
L'OTDR mesure la distance et la perte lors d'un événement - un connecteur ou une épissure - entre les deux marqueurs, mais calcule la meilleure ligne d'ajustement entre les deux points en utilisant la méthode des «moindres carrés» pour réduire le bruit.
Si vous avez remarqué, les marqueurs sont séparés par une certaine distance, ce qui inclut la perte de fibre de chaque côté du connecteur ou de l'épissure réelle.La plupart des OTDR calculeront la perte pour vous en extrapolant les traces de fibre des deux côtés de l'événement et en calculant perte sans aucune influence de la longueur de la fibre. La méthode mathématique utilisée est appelée «approximation des moindres carrés», d'où le terme «LSA» utilisé par de nombreux OTDR dans leurs menus d'affichage et de configuration.
La définition de LSA nécessite la définition de plusieurs marqueurs - un sur le pic, les deux marqueurs réguliers près de l'événement et les deux marqueurs de fin qui définissent les segments utilisés pour l'analyse des moindres carrés. Ces segments doivent être suffisamment longs pour permettre une bonne mesure mais pas assez longs pour approcher d'autres événements.
Réflectance
L'OTDR mesure la quantité de lumière renvoyée par la rétrodiffusion dans la fibre et réfléchie par un connecteur ou une épissure. La quantité de lumière réfléchie est déterminée par les différences d'indice de réfraction des deux fibres jointes, en fonction de la composition du verre dans la fibre, ou de tout air dans l'espace entre les fibres, commun aux terminaisons et aux épissures mécaniques.
Il s'agit d'un processus compliqué impliquant la ligne de base de l'OTDR, le niveau de rétrodiffusion et la puissance dans le pic réfléchi. Comme toutes les mesures de rétrodiffusion, elle présente une incertitude de mesure assez élevée, mais présente l'avantage de montrer où se trouvent les événements réfléchissants afin qu'ils puissent être corrigés si nécessaire.
En choisissant la mesure de réflectance et en plaçant le curseur droit (bleu) sur le pic de la réflexion et le curseur gauche (rouge) juste à gauche de la réflexion, l'OTDR mesurera la réflectance.
Comparaison des traces
La comparaison de deux traces dans la même fenêtre est utile pour confirmer la collecte de données et comparer différentes méthodes de test sur la même fibre. Les comparaisons sont également utilisées pour comparer les traces de fibre pendant le dépannage avec des traces juste après l'installation pour voir ce qui a changé. Tous les OTDR offrent cette fonctionnalité, dans laquelle vous pouvez copier une trace et la coller sur une autre pour les comparer. Voici un exemple de la façon dont vous pouvez utiliser cette fonctionnalité.
Notez que les deux traces proviennent de la même usine de câbles à fibres optiques multimodes à des longueurs d'onde de test différentes. La différence majeure dans la pente des traces affiche le coefficient d'atténuation différent de la fibre. La ligne bleue (en haut) représente le coefficient d'atténuation du câble à 1300 nm, la ligne verte (en bas) représente le même câble mesuré à 850 nm. Il existe également une différence notable dans la réflectance au niveau de l'épissure. Les variations de réflectance dues à la différence de longueur d'onde ne sont pas inhabituelles.
D'autres raisons pour lesquelles vous voudrez peut-être comparer deux traces incluent:
Comparez plusieurs fibres dans le même câble pour voir si elles sont différentes.
Traces prises à différents moments pour voir si le câble a changé.
À différentes longueurs d'onde, puisque la fibre est plus sensible aux contraintes à des longueurs d'onde plus longues, cela permet de trouver les points de contrainte causés par l'installation.
A différentes largeurs d'impulsion (ci-dessous) pour décider quel réglage donne le meilleur compromis entre bruit et résoluton ou pour trouver des événements perdus avec de larges largeurs d'impulsion.
Modification des paramètres de configuration OTDR pour obtenir les meilleurs résultats de test
Moyennage
Les OTDR peuvent prélever plusieurs échantillons de la trace et faire la moyenne des résultats. Les deux traces illustrées ici ont été capturées à partir de la même usine de câbles avec tous les mêmes paramètres à l'exception du nombre de moyennes. La trace de gauche n'est qu'un test, tandis que celle de droite est moyennée à partir de 1024 impulsions.
Notez la différence de distance parcourue par le signal avant que le niveau de bruit ne devienne significatif. Dans l'image de gauche, nRep = 1 ou une seule trace d'échantillon a été prise et le bruit devient significatif à seulement 3 km. Sur la droite, le bruit est très faible jusqu'au bout du câble à 5,5 km.
Si vous essayez d'obtenir des distances plus longues avec une résolution élevée, utiliser plus de moyennes avec une impulsion de test courte sera généralement le meilleur choix. Il faudra simplement plus de temps pour acquérir chaque trace.
Largeur d'impulsion
L'ajustement de la largeur d'impulsion est un autre moyen d'obtenir plus de distance de mesure car la puissance supplémentaire dans l'impulsion créera un signal de rétrodiffusion plus important, mais avec une perte de résolution entre les événements. Alors que les impulsions plus longues produisent des traces avec moins de bruit et une capacité de distance plus longue, la capacité à résoudre et à identifier les événements diminue, et l'impulsion de test surcharge l'OTDR réduisant sa capacité à voir les événements à proximité.
Réglez la largeur d'impulsion sur la largeur la plus courte qui permet à l'OTDR d'atteindre l'extrémité de l'installation de câbles avec un nombre raisonnable de moyennes. De toute évidence, il y a des compromis. Si vous avez besoin de temps de test courts, vous pouvez faire un compromis sur une largeur d'impulsion plus longue pour réduire le bruit. Si vous avez besoin de plus de résolution, augmentez la moyenne avec des impulsions de test plus courtes. En général, le câblage des locaux utilise l'impulsion la plus courte possible et le long courrier utilise une impulsion moyenne pour le premier test. Ensuite, une analyse de la trace indiquera à l'opérateur comment sélectionner le bon compromis.
Longueur d'onde
Étant donné que la fibre a une perte plus faible à une longueur d'onde plus longue, on peut également utiliser la source de longueur d'onde plus longue pour effectuer des mesures à des distances plus longues avec un meilleur rapport signal sur bruit. Vous verrez cet effet dans la section suivante sur la comparaison des traces.
Index de réfraction
L'indice de réfraction est l'étalonnage de la vitesse de la lumière dans la fibre que l'OTDR utilise pour calculer la distance dans la fibre. Étant donné que le câble à fibre optique a environ 1% de fibre en excès, la longueur réelle du câble est inférieure à la fibre de ce montant. L'OTDR effectue ses mesures sur la fibre, pas sur le câble, il faut donc estimer la longueur du câble. Si vous avez une longue longueur de câble avec des distances marquées, vous pouvez la mesurer avec l'OTDR et utiliser l'indice de réfraction pour calibrer à la longueur réelle du câble. Si vous faites cela, nous vous suggérons de faire des mesures sur plusieurs fibres et en moyenne.
Incertitude de mesure OTDR
La plus grande source d'incertitude de mesure qui se produit lors d'un test avec un OTDR est une fonction du coefficient de rétrodiffusion, la quantité de lumière de l'impulsion de test sortante qui est renvoyée vers l'OTDR. L'OTDR examine le signal de retour et calcule la perte en fonction de la quantité décroissante de lumière qu'il voit revenir. La lumière rétrodiffusée pour la mesure n'est pas une constante. C’est une fonction de l’atténuation de la fibre et du diamètre du cœur de la fibre. La fibre à atténuation plus élevée a plus d'atténuation parce que le verre dans son noyau diffuse plus de lumière. Si vous regardez deux fibres différentes réunies dans un OTDR, la différence de rétrodiffusion de chaque fibre est une source d'erreur majeure.
Si les deux fibres sont identiques, par exemple pour épisser une fibre cassée ensemble, la rétrodiffusion sera la même des deux côtés du joint, de sorte que l'OTDR mesurera la perte d'épissure réelle. provoquer le renvoi d'un pourcentage différent de lumière vers l'OTDR. Si la première fibre a plus d'atténuation que celle après la connexion, le pourcentage de lumière de l'impulsion de test OTDR diminuera, de sorte que la perte mesurée sur l'OTDR inclura la perte réelle plus une erreur de perte causée par le niveau de rétrodiffusion inférieur, rendant la perte affichée plus grande qu'elle ne l'est réellement. En regardant dans le sens opposé, d'une fibre à faible atténuation à une fibre à forte atténuation, nous constatons que la rétrodiffusion augmente, ce qui rend la perte mesurée inférieure à ce qu'elle est réellement. En fait, si le changement de rétrodiffusion est supérieur à la perte d'épissure, cela montre un «gainer», une confusion majeure pour les nouveaux utilisateurs d'OTDR.
Un vrai "gainer" - une épissure à 35 km dans une liaison fibre installée.
Voici une autre trace qui montre l'idée des gagnants comme ils apparaissent souvent dans de vraies installations. Le gainer n ° 1 est une section de fibre à haute rétrodiffusion, probablement avec une différence de diamètre de champ de mode, épissée en une liaison. La première épissure sur ce segment montre un gain, mais la seconde montre une grosse perte.
L'événement 1 montre un autre problème important concernant les gagnants - il y a aussi des «perdants». Un gainer dans la direction opposée devient un perdant - la même différence de coefficient de rétrodiffusion qui entraîne le gainer dans une direction entraîne un perdant dans l'autre, ce qui peut causer des problèmes considérables d'épissage si vous ne testez que dans une direction. Dans le sens du perdant, la perte indiquée par l'OTDR sera toujours la perte réelle plus la différence du coefficient de rétrodiffusion, donc même si la perte de l'épissure réelle est très faible, la perte mesurée sera élevée. Cela peut causer des problèmes si vous essayez de réappliquer pour corriger le problème, car la mesure sera toujours erronée et affichera la perte aussi élevée.
Vous pouvez voir un autre bon moyen de déterminer que la perte d'épissure OTDR n'est pas digne de confiance avec même # 2. Remarquez comment la pente de la courbe est beaucoup plus élevée dans la fibre de ce segment? Comparez cela au dessin ci-dessus et vous verrez une autre façon de comprendre quand la perte d'épissure n'est pas digne de confiance. Il suffit de mesurer la perte de fibre de chaque côté de la trace et de voir si la direction est une perte élevée> une perte faible ou vice versa.
Bien que cette source d'erreur soit toujours présente, elle peut être pratiquement éliminée en prenant des lectures dans les deux sens et en faisant la moyenne des mesures, et de nombreux OTDR l'ont programmé dans leurs routines de mesure. C'est le seul moyen de tester les épissures en ligne pour la perte et d'obtenir des résultats précis.
OTDR ou OLTS?
De nombreuses normes internationales n'autorisent pas l'utilisation d'OTDR pour mesurer la perte d'une installation de câbles installée. Au lieu de cela, des tests de perte d'insertion à l'aide d'un OLTS ou d'une source et d'un wattmètre sont nécessaires.
OTDR "Fantômes"
Si vous testez des câbles courts avec des connecteurs hautement réfléchissants, vous rencontrerez probablement des «fantômes». Celles-ci sont causées par la lumière réfléchie par le connecteur d'extrémité éloignée qui se reflète dans les deux sens dans la fibre jusqu'à ce qu'elle soit atténuée au niveau de bruit.
Les fantômes sont très déroutants, car ils semblent être de vrais événements réfléchissants comme des connecteurs, mais ne montreront aucune perte. Si vous trouvez un événement réfléchissant dans la trace à un point où il n'est pas censé y avoir de connexion, mais que la connexion du câble de lancement au câble à tester est hautement réfléchissante, recherchez des fantômes à des multiples de la longueur du câble de lancement. ou le premier câble que vous testez.
Sur des câbles très courts, de multiples réflexions peuvent vraiment vous dérouter! Nous avons vu une fois un câble qui a été testé avec un OTDR et jugé mauvais car il était cassé au milieu. En fait, il était très court et l'image fantôme le faisait ressembler à un câble avec une rupture au milieu, semblable à la trace montrée ici. Le testeur n'avait pas regardé l'échelle de distance ou il aurait noté que la «rupture» était à 40 mètres et que le câble ne faisait que 40 mètres de long. Le fantôme à 80 mètres ressemblait à l'extrémité du câble pour lui!
Vous pouvez éliminer les fantômes en réduisant les reflets, par exemple en utilisant un fluide de correspondance d'index à l'extrémité du câble de lancement.