Техническое описание. Поиск и устранение неисправностей в волоконно-оптических линиях | www.flukenetworks.com

Техническое описание. Поиск и устранение неисправностей в волоконно-оптических линиях

Поиск и устранение неисправностей

    СОДЕРЖАНИЕ

  • Возможные причины
  • Тестеры визуальной локации неисправностей
  • Источник света и измеритель мощности (LSPM) и тестер для определения оптических потерь (OLTS)
  • Оптические искатели неисправностей
  • Расширенный поиск неисправностей с помощью OTDR
  • Анализ результатов OTDR
  • Поиск неисправностей в оптоволоконном кабеле с разъемами на обоих концах

Возможные причины

Проблемы в волоконно-оптических линиях могут возникать по целому ряду причин. Очень частая проблема — неполное вхождение штекера в разъем. Такой штекер сложно заметить на заполненной патч-панели. Кроме того, причина может крыться в качестве самого разъема — плохая геометрия поверхности, не соответствующая параметрам, определенным в стандартах IEC PAS 61755-3, в том числе плохая полировка, неправильная высота волокна, радиус изгиба или смещение верхней части.

Еще более частая причина — плохое оконечное соединение: воздушные зазоры и высокие вносимые потери или царапины, дефекты и загрязнения на поверхности разъема. Известно, что основной причиной неполадок в волоконно-оптических линиях остаются загрязнения. Пыль, отпечатки пальцев и другие маслянистые вещества вызывают чрезмерные потери, а иногда и полностью повреждают поверхность разъемов.

Нельзя исключать и неправильное сращивание световодов, отклонение от соосности и неверную полярность. Плохая укладка кабеля может создавать напряжение на разъеме, вызывая его смещение. Штекер может быть неправильно вставлен и соединен с ответной частью. Иногда причинами неисправностей становятся сломанные защелки на разъемах или переходниках. В самом кабеле волокно, возможно, подвергалось микро- или макроизгибам или было в каком-то месте повреждено.

Причиной вносимых потерь и плохих характеристик может быть и общее устройство кабельной системы. Даже если все разъемы высокого качества, не загрязнены и правильно терминированы, но на один канал приходится слишком много соединений, то потери могут превышать значения, указанные в спецификации, для конкретного варианта применения. То же самое касается многомодового волокна в случае нарушения ограничений на расстояние, что приводит к высоким межмодовым искажениям.

Тестеры визуальной локации неисправностей

Простейший инструмент для поиска неисправностей — тестер визуальной локации повреждений или VFL (Visual Fault Locator). Этот недорогой инструмент можно найти в сумке практически любого специалиста по оптоволоконным соединениям. В нем применяется яркий лазерный луч (как правило красный), легко видимый человеческим глазом, в отличие от невидимого инфракрасного света, который используется активной электроникой внутри системы. VFL отлично подходит для проверки целостности и полярности, поиска разрывов в кабелях, разъемах и сращиваниях. Это также великолепное средство поиска другого конца отдельного оптоволоконного кабеля, терминированного в стойке. На некоторых терминированных разъемах есть окно VFL. Оно позволяет подключать VFL сразу к разъему после терминирования для проверки его работоспособности — если свет от VFL уходит и появляется в окне VFL разъема, значит поверхности в разъеме совмещены неправильно.

VFL с режимами непрерывного свечения и мигания, такой как Fluke Networks VisiFault™ VFL, намного упрощает идентификацию. VFL, совместимые с различными типами разъемов посредством простых сменных переходников, позволяют тестировать разъемы размером 2,5 мм, например, SC, ST, FC, FJ и размером 1,25 мм, например, LC и MU. Немаловажным качеством инструмента является продолжительное время работы от аккумулятора, а также общая прочность конструкции, гарантирующая его надежность.

Также VFL может применяться для обнаружения обрывов, потерь от макроизгибов, обусловленных заломами оптоволоконных кабелей и плохими сращиваниями. Красный видимый свет, испускаемый VFL, достаточно ярок, чтобы обнаружить его сквозь оплетку волокна в месте разрыва или макроизгиба, особенно в средах с недостаточной освещенностью. Поэтому VFL также полезен для обнаружения некачественных сращиваний внутри настенных муфт.

По сравнению с другими низкоуровневыми инструментами для поиска неисправностей, VFL также является хорошим дополнением к оптическим рефлектометрам OTDR, поскольку способен находить близко расположенные друг к другу неисправности, которые затем можно правильно изолировать с помощью OTDR, а также неисправности, находящиеся слишком близко к OTDR, внутри «мертвой зоны». Он может быть особенно полезен для идентификации некачественных сращиваний при использовании стыкуемых пигтейлов, т. к. они находятся близко к концу кабеля.

Поиск и устранение неисправностей

Источник света и измеритель мощности (LSPM) и тестер для определения оптических потерь (OLTS)

Для поиска неисправностей также можно применять более точный инструмент, который в основном используется для сертификации Tier 1 и во время приемочных испытаний — источник света и измеритель мощности (LPSM — light source and power meter) или тестер для определения оптических потерь (OLTS — Optical Loss Test Set). Сравнивая величины потерь линии с требованиями технологии, вы можете определить, является ли оптоволоконная линия источником проблемы. Их также можно применять для проверки выходной мощности с устройства, например, с коммутатора, целостности линий и полярности соединений.

Тестеры LSPM и OLTS позволяют определять, где потери: в отдельном волокне или во всех волокнах в кабеле. Если потери имеются во всех волокнах в кабеле, скорее всего, речь идет о повреждении или перекручивании кабеля. Если потери в отдельном волокне, проблема, скорее всего, в плохом сращивании или разъеме. Однако важно отметить, что ни LSPM, ни OLTS не определят и не укажут конкретное место возникновения потерь в линии. Здесь-то и пригодятся искатели повреждений и инструменты OTDR.

Оптические искатели неисправностей

Тестеры VFL хороши на волоконно-оптических линиях, к которым есть доступ, они подсвечивают места некачественных соединений и обрывы, но они не очень подходят для длинных кабельных линий, закрытых от глаз или недоступных, или сквозь оплетку которых не может проникнуть лазерный луч. Оптические рефлектометры (OTDR) предоставляют графические данные и результаты анализа по всей длине кабеля, но такие рефлектометры могут быть дорогими и требовать для работы больше времени и навыков. В вопросах поиска неисправностей оптические искатели повреждений заполняют пробел между VFL и OTDR.

Поиск и устранение неисправностей

Оптические искатели повреждений, такие как Fiber OneShot PRO компании Fluke Networks, быстро и эффективно измеряют длину, определяют случаи высоких потерь и разрывы в одномодовой линии длиной до 23 000 метров (15 миль). Тестер Fiber QuickMap от компании Fluke Networks выполняет те же функции на многомодовой линии длиной до 1 500 метров (4 921 футов). Эти простые в использовании односторонние оптические искатели повреждений работают на технологии, аналогичной OTDR. Они отправляют лазерный световой импульс по волокну и замеряют мощность и время отражения света от соединений с высокими потерями и сращиваний, а также от конца волокна. Они идеально подходят для измерения сращиваний с высокими потерями, соединений и разрывов волоконной линии, а также общей длины линии. Кроме того, перед тестированием эти искатели неисправностей также обнаруживают имеющиеся оптические сигналы.

Способность быстро измерять длину оптического волокна делает этот инструмент незаменимым. Если вы тестируете волокно длиной 3 километра, а инструмент сообщает о длине 1,2 км, скорее всего, где-то есть обрыв. Он также очень удобен для поиска случайно отошедших с обоих сторон разъемов. Эта распространенная проблема является причиной полной неработоспособности соединения. Проблема особенно актуальна для патч-панелей, в которых нельзя просто или безопасно осмотреть порт, чтобы увидеть, на месте ли штифт.

Эти приборы просты в эксплуатации. После зачистки соединений компенсационная катушка присоединяется к тестеру. С помощью возбуждающего и концевого волокна тестер позволяет находить инциденты на концах линии или рядом. Затем пользователь нажимает кнопку TEST и спустя несколько секунд устройство отображает количество инцидентов, обнаруженных в оптоволоконной линии. К инцидентам относятся разъемы, сращивания и конец линии. Инцидентами считаются события, превышающие величины запрограммированного ограничения потерь или коэффициента отражения. По каждому инциденту пользователь может видеть расстояние и величину потерь. См. пример на рисунке 3.

Поиск и устранение неисправностей

Рисунок 3. Оптические искатели повреждений определяют расстояние до отражающих инцидентов в оптоволоконной линии.

Расширенный поиск неисправностей с помощью оптических рефлектометров (OTDR)

Иногда просто выявить проблему с помощью VFL или оптического искателя неисправностей недостаточно — требуется больше информации. Оптический рефлектометр (OTDR) рассчитывает величину потерь сигнала, на основании количества отраженного света или обратно рассеянного излучения. Благодаря этой технологии OTDR может использоваться для поиска обрывов оптического волокна, скручиваний, сращиваний и разъемов, а также для измерения величины потерь от этих конкретных событий. Наличие этих данных дает полную картину монтажа оптоволоконной линии и информацию об общем качестве работы. Тестеры OTDR дороже, чем VFL, LSPM/OLTS и оптические искатели повреждений, требуют некоторого опыта, но зато позволяют определять места возникновения, величины потерь и характеристики отдельных событий и поэтому считаются наиболее совершенным инструментом для поиска неисправностей.

OTDR — это оптический аналог электронного рефлектометра. Прибор посылает в оптоволокно серию оптических импульсов и считывает с того же конца волокна рассеянный (рэлеевское обратное рассеяние) или отраженный от участков оптоволокна свет. Полученный таким образом рассеянный или отраженный свет используется для определения характеристик оптического волокна. Тем же самым способом электронный рефлектометр замеряет отражения, вызываемые изменениями сопротивления проверяемого кабеля. Сила вернувшегося импульса измеряется, переводится в функцию времени и отображается как функция от длины оптического волокна.

С помощью Scatter Line или Trace делается вывод о величине потерь, основываясь на падении силы сигнала рэлеевского обратного рассеяния. Если бы рэлеевское обратное рассеяние не возникало, OTDR никогда бы не был создан. Рэлеевское обратное рассеяние возникает во всех волоконно-оптических кабелях. Не вся световая энергия может быть абсорбирована молекулами стекла в сердцевине оптоволоконного кабеля, поэтому этот неабсорбированный свет рассеивается во всех направлениях. Лишь небольшая часть направленного в волокно света отражается обратно в OTDR. Это явление называется линией обратного рассеяния (иногда просто рассеяния).

Когда свет, проходя по оптоволоконному кабелю, встречает на своем пути материал другой плотности, например, воздух, то до 8 % света отражается обратно в сторону источника, а остальной свет продолжает движение сквозь новый материал. Этот эффект называется френелевским отражением и показывает, где находятся разъемы. Путем сравнения светового сигнала до разъема и после можно определить потери и коэффициент отражения разъема.

Возбуждающие и приемные кабели, компенсация

Обратно рассеянный свет, поступающий в OTDR для измерения, это лишь малая толика тестового импульса. Поэтому приемный контур OTDR должен быть очень чувствительным. Разъем OTDR создает сильное отражение, которое пронизывает приемник OTDR. После такого мощного отражения датчик восстанавливается несколько секунд. Похожим образом ваши глаза восстанавливаются после яркой вспышки. Время зависит от расстояния, поэтому, если добавить возбуждающий кабель между OTDR и первым разъемом, у датчика будет достаточно времени, чтобы восстановиться и быть готовым к регистрации отражения от первого разъема в линии. Длина возбуждающего волокна должна быть достаточной для поддержания максимальной ширины импульса, необходимой для тестирования длины волокна. При достаточной длине возбуждающего волокна (как правило, 100 м и более) появляется линия обратного рассеяния перед событием и после него, что позволяет произвести измерения первого соединения.

При ударе светового импульса о последнее соединение в линии возникает сильное отражение из-за перехода света через границу стекло-воздух. Поскольку после соединения нет оптоволокна, отсутствует и обратное рассеяние, а измеряемое значение падает до уровня шума датчика OTDR. При использовании приемного кабеля (иногда называемого хвостовым) обратное рассеяние продолжается, поэтому оно существует как до последнего соединения, так и после него. Это позволяет техническому специалисту производить замеры и включать потери на последнем соединении в свой тест.

Сопротивление постоянному току

Рисунок 4. Без приемного или «хвостового» кабеля измерить характеристики последнего разъема не представляется возможным.

Измерение потерь с помощью OTDR

Рисунок 5. С помощью возбуждающего и приемного волокна в конце кабеля OTDR
можно замерять потери на первом и последнем разъемах в линии.

Однако технические специалисты и лица, принимающие протоколы испытаний, не хотели бы видеть в протоколах значения, относящиеся к возбуждающему и приемному кабелям. Тестеры OTDR позволяют компенсировать (фактически, удалять) возбуждающий и приемный кабели из испытаний, поэтому в протоколе фигурируют только результаты самой проверяемой линии.

EventMap

Рисунок 6. На графике сигнала присутствуют возбуждающее и приемное волокна в начале и в конце
проверяемой линии. На схеме событий, изображенной справа, показана компенсация возбуждения для исключения его
влияния на результаты испытаний.

Анализ результатов OTDR

При поиске неисправностей с помощью OTDR вы получаете графическую сигнатуру потерь оптоволокна по всей длине. Несмотря на свою кажущуюся сложность, график OTDR точно описывает испытываемую линию, каждая ее впадина или пик свидетельствуют о соответствующем типе событий.

Результаты OTDR

Рисунок 7. Результаты испытаний с помощью OTDR.

Опытные пользователи OTDR могут распознавать отражения от разъемов тестера, возбуждающих кабелей, кабельных разъемов, механических сращиваний, сварных сращиваний, неправильно совмещенных волокон и концов линии. Они также знают, что небольшие всплески после окончания линии — это побочные эффекты, которые не стоит брать в расчет.

Но, если вы не специалист по анализу графиков сигналов, не волнуйтесь. В OptiFiber® Pro применяется усовершенствованная логика по интерпретации графиков и выводу схемы EventMap™, характеризующая действительно имевшие место события. Любые неисправности сопровождаются красными значками, чтобы вы могли быстро обнаруживать проблемы.

Кроме того, тестер OptiFiber Pro даже предложит действия по устранению любых проблем. Для этого нужно нажать на значок помощи в нижнем левом углу схемы EventMap.

При поиске неисправностей на линии с несколькими потенциальными событиями рекомендуется начинать с ближайших к OTDR. После их устранения тестер сможет точнее определить тип остальных, следующих за ними событий.

Экранная справка EventMap

Рисунок 8. Вид EventMap со справкой на экране

В современных OTDR многие функции автоматизированы и упрощены, поэтому практически любой пользователь может проводить анализ не хуже специалиста. Однако в некоторых случаях для дальнейшего анализа состояния оптоволокна и выявления дополнительных подробностей требуется больше опыта. В двух следующих разделах речь пойдет о расширенных параметрах OTDR и анализе графика сигнала.

Расширенные параметры OTDR — ширина импульса

Изменение ширины импульса позволяет оператору находить баланс между возможностью проводить замеры в длинном оптоволоконном кабеле и возможностью идентифицировать отдельные события в нем. Чтобы гарантировать возврат обратного рассеяния в OTDR на больших расстояниях, тестер должен тратить больше энергии, включая свет на большее время, т. е. увеличивая ширину импульса. Однако, чем шире импульс, тем больше мертвая зона — минимальное расстояние между событиями, которые OTDR может различить. Таким образом, поскольку свет распространяется со скоростью около 0,2 метров в наносекунду, узкий импульс шириной 3 нс не позволит «увидеть» два события, находящиеся на расстоянии менее 0,6 метров друг от друга. Широкий импульс шириной 1000 нс позволит увидеть два отдельных события, только если они находятся на расстоянии более 200 метров друг от друга.

Ширина импульса

Рисунок 9. Менее широкий импульс позволяет различать более близкие друг к другу события.

Длина волны

Поэтому для поиска скручиваний или трещин в оптоволоконном кабеле рекомендуется проводить тестирование на разных длинах волн. Даже если во время эксплуатации канала для передачи используется только более короткая длина волны, при поиске неисправностей с помощью OTDR рекомендуется выполнять тестирование на 850 и 1300 нм для многомодового волокна, либо на 1300 и 1550 для одномодового. Как правило, большая длина волны должна показывать низкие потери, но если оптоволоконный кабель находится под механическим напряжением, большая длина волны будет показывать значительно большие потери, что позволяет легче выявлять такую проблему. Следует отметить, что длины волн «граничные», т. е. указанных выше длин волн достаточно для тестирования, даже если при эксплуатации будут использоваться другие значения длины. Если проблема локализуется в стыкуемом пигтейле, то вам может потребоваться VFL, чтобы выяснить, где находится проблема: в треснутом или перекрученном оптоволоконном кабеле, либо в разъеме пигтейла, поскольку событие на графике сигнала обычно появляется на расстоянии от разъема. Как раз на такой случай в OptiFiber Pro предусмотрен удобный встроенный VFL.

Пороговые значения и усреднение

Возможны ситуации, когда требуется ручная настройка параметров OTDR. Например, при правильном исполнении сращивание может демонстрировать потери менее 0,1 дБ. Такое сращивание может быть не виден с помощью OTDR, если пороговое значение потерь задано выше величины потерь сращивания. По умолчанию в тестере OptiFiber Pro Auto компании Fluke Networks установлено пороговое значение параметра потерь 0,15 дБ, т. е. он будет находить только те события, потери которых находятся выше этого уровня. Для поиска сращиваний с крайне малыми потерями можно вручную задать пороговое значение потерь.

Следует иметь в виду, что чем меньше пороговые значения, тем больше потребуется измерений или потребуются более широкие импульсы, что приведет к увеличению времени тестирования или появлению мертвых зон на графике сигнала. Однако пороговое значение менее 0,15 дБ может вызвать ложные срабатывания OTDR из-за естественных неоднородностей оптоволоконного кабеля. Изменение времени усреднения тоже может помочь в поиске сварных сращиваний. Время усреднения задает количество измерений, усредняемых вместе, для получения финального графика сигнала — более продолжительное время снижает шум и позволяет выявлять больше деталей, таких как события, связанные с неотражающими сращиваниями. При диагностике длинных линий может потребоваться увеличение динамического диапазона OTDR, чтобы достичь конца оптоволокна. Это, в свою очередь, означает большую ширину импульса, а, значит, большее время тестирования и мертвых зон.

Расширенный анализ графика сигнала

По мере удаления от возбуждающего волокна график сигнала имеет тенденцию к медленному снижению. Это вызвано снижением уровня обратного отражения из-за потерь по всей длине кабеля. Разъемы на графике имеют характерный «пик» из-за отражения, за которым следует падение, которое указывает на потери (затухание), свойственные разъему.

Истинное затухание

Рисунок 10. Падение на графике сигнала указывает на потери в разъеме.

События, не связанные с отражением

На события, не связанные с отражением, указывает падение силы сигнала обратного рассеяния, без «пиков», характерных для разъемов. «Скрытые» события, например, вызванные двумя близко расположенными разъемами, находящимися в мертвой зоне OTDR.

Другой пример — это «призраки», которые создаются высокоотражающими соединениями в отраженном сигнале и приводят к многократному отражению от одного соединения к другому. Большинство призраков отображаются как отражающие события за краем оптоволоконного кабеля. Однако некоторые из них могут появляться и в графике сигнала. Такие события можно выявлять, поскольку они представляют собой отражающие события без потерь. OptiFiber Pro обнаруживает призраков, а затем определяет их источник, упрощая тем самым устранение основной причины.

Источник призрака

Рисунок 11. «Призраки» — это несуществующие события, появляющиеся в результате появления сильных отраженных сигналов от действительных событий.

График сигнала в реальном времени

Графиком сигнала в реальном времени называется непрерывно обновляющаяся линия графика сигнала обратного рассеяния оптоволокна. Эту функцию можно применять для проверки оптоволокна в катушках, чтобы убедиться в отсутствии повреждений после транспортировки. Ее используют перед протяжкой или закапыванием оптоволоконного кабеля. Также ее можно применять для «проверки покачиванием». Если технический специалист подозревает, что разъемы ослабли или повреждены, он в реальном времени наблюдает за графиком сигнала, покачивая разъем туда-сюда или нажимая на него. Если соединение восстанавливается, значит дело в разъеме.

Поиск неисправностей в оптоволоконном кабеле с разъемами на обоих концах

Оптоволоконные кабели с разъемами на обоих концах — это неотъемлемая часть любой оптоволоконной сети. Они применяются как для соединения двух коммутируемых участков и коммутаторов в центре обработки данных, так и на выходе из ЛВС для подключения оконечных устройств в схемах «оптоволокно-до-рабочего-места».

К сожалению, оптоволоконные кабели с разъемами на обоих концах, как правило, самое слабое звено в сети. Их берут в руки и переключают чаще, чем любой другой компонент, из-за этого они больше подвержены повреждениям. Кроме того, зачастую они считаются отдельными позициями товарной номенклатуры, и некоторые пользователи экономят, приобретая их у малоизвестных производителей, что сказывается на качестве и соответствии требованиям.

Выявить проблемы, не обнаруженные во время испытаний постоянной линии, к которой не относятся оптоволоконные кабели с разъемами на обоих концах и которая считается оптимальной практикой для новых установок, может помочь последующее тестирование канала. Диагностику отдельных оптоволоконных кабелей с разъемами на обоих концах можно выполнять с помощью тестера для определения оптических потерь (OLTS — optical loss test set), такого как CertiFiber Pro от компании Fluke Networks. Тестирование проводится с помощью эталонного кабеля и переходника для подключения к нему испытуемого кабеля. Другой конец кабеля подключается к удаленному устройству. Проверяются только потери соединения между эталонным кабелем и испытуемым. Чтобы проверить второй разъем, достаточно просто перевернуть кабель.

 
 
Powered By OneLink