Máy đo cáp quang OTDR và các thông số đo kiểm

Kiến thức cơ bản về đo kiểm OTDR

– Máy đo cáp quang OTDR (viết tắt của từ: optical time-domain reflectometer ) là một thiết bị quang tử dùng để đo kiểm, xác định đặc tính của sợi cáp quang. OTDR kết hợp nguồn laser và máy dò để cung cấp cái nhìn bên trong của liên kết sợi quang. Nguồn laser sẽ gửi tín hiệu vào sợi quang – nơi máy dò nhận được ánh sáng phản xạ từ các phần tử khác nhau của liên kết. Điều này tạo ra một dấu vết trên một biểu đồ được thực hiện phù hợp với tín hiệu nhận được và bảng sự kiện sau phân tích chứa thông tin đầy đủ về mỗi thành phần mạng sau đó sẽ được tạo. Tín hiệu được gửi đi là một xung ngắn mang một lượng năng lượng nhất định. Sau đó, một máy đo sẽ tính toán chính xác thời gian di chuyển của xung và thời gian đó được chuyển thành khoảng cách – xác định được các đặc tính của sợi quang này. Khi xung di chuyển dọc theo sợi quang, một phần nhỏ năng lượng của xung quay trở lại máy dò do sự phản xạ của các kết nối và bản thân sợi quang. Khi xung hoàn toàn quay trở lại máy dò, một xung khác được gửi đi — cho đến khi thời gian thu thập hoàn tất. Do đó, nhiều hoạt động tiếp nhận dữ liệu sẽ được thực hiện và tính trung bình trong một giây để cung cấp một bức tranh rõ ràng về các thành phần của liên kết.

– Sau khi thu thập xong, xử lý tín hiệu được thực hiện để tính toán khoảng cách, suy hao và phản xạ của từng sự kiện, ngoài ra còn tính toán tổng độ dài liên kết, tổng suy hao liên kết, ORL và suy hao sợi quang. Ưu điểm chính của việc sử dụng OTDR là kiểm tra một đầu – chỉ yêu cầu một nhà điều hành và công cụ đủ điều kiện liên kết hoặc tìm ra lỗi trong mạng.

– Như đã đo kiểm trước đó, OTDR cung cấp một cái nhìn về liên kết bằng cách đọc mức độ ánh sáng trở lại từ xung được gửi đi. Lưu ý rằng có hai loại mức ánh sáng: mức thấp không đổi được tạo ra bởi sợi gọi là “tán xạ ngược Rayleigh” và đỉnh phản xạ cao tại các điểm kết nối được gọi là “phản xạ Fresnel”. Tán xạ ngược Rayleigh được sử dụng để tính toán mức độ suy hao trong sợi quang như một hàm của khoảng cách (biểu thị bằng dB / km), được thể hiện bằng độ dốc thẳng trong một vết OTDR. Hiện tượng này xuất phát từ sự phản xạ tự nhiên và hấp thụ các tạp chất bên trong sợi quang. Khi bị tác động, một số hạt chuyển hướng ánh sáng theo các hướng khác nhau, tạo ra cả sự suy giảm tín hiệu và tán xạ ngược. Các bước sóng cao hơn ít bị suy hao hơn các bước sóng ngắn hơn.

– Loại phản xạ thứ hai được sử dụng bởi OTDR – phản xạ Fresnel – phát hiện các sự kiện vật lý dọc theo liên kết. Khi ánh sáng chiếu vào làm thay đổi đột ngột chỉ số khúc xạ (ví dụ: từ thủy tinh sang không khí), một lượng ánh sáng cao hơn sẽ bị phản xạ trở lại, tạo ra phản xạ Fresnel, có thể lớn hơn hàng nghìn lần so với tán xạ ngược Rayleigh. Phản xạ Fresnel có thể nhận biết được bằng các xung gai trong dấu vết OTDR. Ví dụ về phản xạ như vậy là đầu nối, mối nối cơ khí, vách ngăn, đứt sợi hoặc đầu nối hở.

– Vậy khi nào sử dụng OTDR? OTDR là thiết bị đo kiểm đơn lẻ cần thiết để cung cấp xác nhận liên kết end-to-end chính xác và đầy đủ nhất. Trái ngược với phương pháp đo kiểm nguồn sáng và máy đo công suất đơn giản, OTDR có thể xác định và định vị bất kỳ lỗi, lỗi vĩ mô hoặc đứt gãy tiềm ẩn nào có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của mạng.

Cài đặt hoặc khắc phục sự cố liên kết cáp quang

– Sử dụng chính xác ngay lần đầu tiên khi lắp đặt hoặc khắc phục sự cố cáp quang. Có nghĩa là thiết bị và quy trình đo kiểm của bạn là đáng tin cậy.

– Để xác định đặc tính của sợi, thiết bị đo kiểm sẽ cần đo / tìm các thông số chính sau:

 + Suy hao chèn (IL): Suy hao công suất tín hiệu được biểu thị bằng decibel (dB) do sự hiện diện của một sự kiện trên liên kết sợi quang. Chẳng hạn như mối nối hoặc đầu nối. Nó đại diện cho một tỷ lệ giữa công suất đi ra khỏi liên kết so với công suất đi vào.

 + Suy hao phản xạ (ORL): Mất công suất tín hiệu do phản xạ gây ra ở một sợi quang bị gián đoạn. Nó đại diện cho một tỷ lệ của công suất được phản ánh trên công suất đi vào.

 + Độ dài liên kết quang: Khoảng cách giữa đầu nối mạng đầu tiên và điểm cuối của liên kết sợi, bao gồm các sự kiện khác nhau (đầu nối, mối ghép hợp nhất, macrobend, v.v.). Chiều dài sợi quang có thể là từ điểm đến điểm hoặc có thể được đo đi qua bộ chia đến ONT, tùy thuộc vào thiết bị đo được sử dụng.

 + Lỗi dựa trên sợi quang: Bất kỳ sự kiện nào trên liên kết quang không đáp ứng các ngưỡng cần thiết để đạt được chẩn đoán vượt qua cho một phép đo cụ thể.

– Các phép đo này và việc phát hiện lỗi được thực hiện bằng cách sử dụng máy đo phản xạ miền thời gian quang học, thường được gọi là máy đo OTDR.

Các thuật ngữ trong đo kiểm OTDR

     1. Vùng chết – Dead Zone là gì?

– Phản xạ kênh dẫn đến một đặc điểm kỹ thuật OTDR quan trọng được gọi là “vùng chết” hay “vùng mù”. Có hai loại vùng chết: vùng chết sự kiện và vùng chết suy hao. Cả hai đều bắt nguồn từ phản xạ Fresnel và được biểu thị bằng khoảng cách (mét) thay đổi tùy theo công suất của những phản xạ đó. Vùng chết được định nghĩa là khoảng thời gian trong đó máy dò bị mù tạm thời bởi lượng ánh sáng phản xạ cao, cho đến khi nó phục hồi và có thể đọc lại ánh sáng – hãy nghĩ đến khi bạn lái xe ô tô vào ban đêm và bạn vượt qua một chiếc xe khác trong theo hướng ngược lại; mắt của bạn bị mù tạm thời trong một thời gian ngắn. Trong thế giới OTDR, thời gian được chuyển thành khoảng cách; do đó, phản xạ nhiều hơn khiến máy dò mất nhiều thời gian hơn để phục hồi, dẫn đến vùng chết dài hơn. Hầu hết các nhà sản xuất chỉ định vùng chết ở độ rộng xung ngắn nhất hiện có và phản xạ -45 dB đối với sợi đơn mode và -35 dB đối với sợi đa mode. Vì lý do này, điều quan trọng là phải đọc chú thích của bảng thông số kỹ thuật vì các nhà sản xuất sử dụng các điều kiện đo kiểm khác nhau để đo vùng chết – đặc biệt chú ý đến độ rộng xung và giá trị phản xạ. Ví dụ, phản xạ -55 dB đối với sợi quang đơn mode cung cấp các thông số kỹ thuật lạc quan hơn về vùng chết ngắn hơn so với sử dụng -45 dB, đơn giản vì -55 dB là mức phản xạ thấp hơn và bộ dò phục hồi nhanh hơn. Ngoài ra, sử dụng các phương pháp khác nhau để tính toán khoảng cách cũng có thể trả về vùng chết ngắn hơn so với thực tế. Điều quan trọng là phải đọc chú thích của bảng thông số kỹ thuật vì các nhà sản xuất sử dụng các điều kiện thử nghiệm khác nhau để đo các vùng chết – đặc biệt chú ý đến độ rộng xung và giá trị phản xạ.

     Vùng chết sự kiện

– Vùng chết sự kiện là khoảng cách tối thiểu sau phản xạ Fresnel nơi OTDR có thể phát hiện ra một sự kiện khác. Nói cách khác, nó là chiều dài tối thiểu của sợi quang cần thiết giữa hai sự kiện phản xạ. Vẫn sử dụng ví dụ về ô tô đã đề cập ở trên, khi mắt bạn bị một ô tô khác làm chói mắt, sau một vài giây bạn có thể nhận ra một vật thể trên đường mà không thể xác định được chính xác. Trong trường hợp OTDR, sự kiện liên tiếp được phát hiện, nhưng tổn thất không thể đo lường được. OTDR hợp nhất các sự kiện liên tiếp và trả về phản ánh toàn cục và tổn thất cho tất cả các sự kiện đã hợp nhất. Để thiết lập các thông số kỹ thuật, phương pháp công nghiệp phổ biến nhất là đo khoảng cách ở mức -1.5 dB từ mỗi phía của đỉnh phản xạ. Một phương pháp khác đo khoảng cách từ khi bắt đầu sự kiện cho đến khi mức phản xạ giảm xuống -1.5 dB từ đỉnh của nó cũng đã được sử dụng; phương pháp này trả về một vùng chết dài hơn, nhưng nó không thường được các nhà sản xuất sử dụng.

– Tầm quan trọng của việc có vùng chết sự kiện ngắn nhất có thể cho phép OTDR phát hiện các sự kiện có khoảng cách gần nhau trong liên kết. Ví dụ: đo kiểm trong các mạng cơ sở yêu cầu OTDR với các vùng chết sự kiện ngắn vì các bản vá lỗi liên kết các trung tâm dữ liệu khác nhau là cực kỳ ngắn. Nếu các vùng chết quá dài, một số đầu nối có thể bị bỏ sót và kỹ thuật viên sẽ không xác định được, điều này khiến việc xác định sự cố tiềm ẩn khó khăn hơn.

     Vùng chết suy hao

– Vùng chết suy hao là khoảng cách tối thiểu sau phản xạ Fresnel nơi OTDR có thể đo lường chính xác sự mất mát của một sự kiện liên tiếp. Vẫn sử dụng ví dụ về ô tô đã đề cập trước đó, sau một thời gian dài, mắt bạn sẽ hồi phục đủ để nhận biết và phân tích bản chất của vật thể trên đường. Máy đo có đủ thời gian để phục hồi để có thể phát hiện và đo lường sự mất mát của sự kiện liên tiếp. Khoảng cách yêu cầu tối thiểu được đo từ khi bắt đầu sự kiện phản xạ cho đến khi phản xạ trở lại 0,5 dB so với mức tán xạ ngược của sợi quang.

     Tầm quan trọng của Vùng chết

– Các vùng chết suy hao ngắn cho phép OTDR không chỉ phát hiện một sự kiện liên tiếp mà còn trả lại sự mất mát của các sự kiện có khoảng cách gần nhau. Ví dụ, hiện tại có thể biết được suy hao của một dây nối ngắn trong mạng, điều này giúp các kỹ thuật viên có một bức tranh rõ ràng về những gì bên trong liên kết. Vùng chết cũng bị ảnh hưởng bởi một yếu tố khác: độ rộng xung. Thông số kỹ thuật sử dụng độ rộng xung ngắn nhất để cung cấp vùng chết ngắn nhất. Tuy nhiên, các vùng chết không phải lúc nào cũng có cùng độ dài; chúng giãn ra khi độ rộng xung tăng lên. Sử dụng độ rộng xung dài nhất có thể dẫn đến vùng chết cực kỳ dài, tuy nhiên điều này có một cách sử dụng khác, sẽ được nghiên cứu thêm trong tương lai.

     2. Dải động:

– Một tham số OTDR quan trọng là dải động. Tham số này cho biết mức suy hao quang học tối đa mà OTDR có thể phân tích từ mức tán xạ ngược tại cổng OTDR xuống mức nhiễu cụ thể. Nói cách khác, nó là chiều dài tối đa của sợi quang mà xung dài nhất có thể đạt được. Do đó, dải động càng lớn (tính bằng dB) thì khoảng cách đạt được càng dài. Rõ ràng là khoảng cách tối đa thay đổi từ ứng dụng này sang ứng dụng khác vì việc mất liên kết đang được đo kiểm là khác nhau. Đầu nối, mối nối và bộ chia là một số yếu tố làm giảm độ dài tối đa của OTDR. Do đó, tính trung bình trong một khoảng thời gian dài hơn và sử dụng phạm vi khoảng cách thích hợp là chìa khóa để tăng khoảng cách tối đa có thể đo được. Hầu hết các thông số kỹ thuật về dải động được cung cấp bằng cách sử dụng độ rộng xung dài nhất với thời gian trung bình ba phút, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) = 1 (mức trung bình của giá trị nhiễu bình phương trung bình gốc (RMS)). Một lần nữa, lưu ý rằng điều quan trọng là phải đọc phần chú thích của đặc điểm kỹ thuật để biết các điều kiện đo kiểm chi tiết.

– Một nguyên tắc chung là chọn OTDR có dải động cao hơn từ 5 đến 8 dB so với mức suy hao tối đa sẽ gặp phải. Ví dụ, một OTDR một chế độ có dải động 35 dB có dải động có thể sử dụng là khoảng 30 dB. Giả sử suy giảm sợi quang điển hình là 0,20 dB / km ở 1550 nm và mối nối với mỗi mối nối cách nhau 2 km (suy hao 0,1 dB mỗi mối nối), một thiết bị như thiết bị này sẽ có thể xác nhận chính xác khoảng cách lên đến 120 km. Khoảng cách tối đa có thể được tính gần đúng bằng cách chia độ suy hao của sợi quang cho dải động của OTDR. Điều này giúp xác định dải động nào sẽ cho phép thiết bị đi đến cuối sợi quang. Hãy nhớ rằng càng có nhiều điểm gây suy hao trong mạng, thì càng cần nhiều dải động hơn.

     3. Độ rộng xung:

     Độ rộng xung là gì?

– Độ rộng xung thực sự là thời gian mà tia laser bật. Như chúng ta đã biết, thời gian được chuyển đổi thành khoảng cách để độ rộng xung có chiều dài. Trong OTDR, xung mang năng lượng cần thiết để tạo ra phản xạ ngược để mô tả đặc tính liên kết. Xung càng ngắn thì năng lượng nó mang theo càng ít và quãng đường nó đi được càng ngắn do sự mất mát dọc theo liên kết (tức là suy hao, đầu nối, mối nối, v.v.). Một xung dài mang nhiều năng lượng hơn để sử dụng cho các sợi cực dài.

– Nếu xung quá ngắn, nó sẽ mất năng lượng trước đầu sợi quang, làm cho mức tán xạ ngược trở nên thấp đến mức thông tin bị mất ở mức nhiễu sàn. Điều này dẫn đến việc không thể tiếp cận được phần cuối của sợi. Do đó, không thể đo liên kết hoàn chỉnh vì khoảng cách đầu cuối của sợi quang được trả về ngắn hơn nhiều so với chiều dài thực của sợi. Một vấn đề khác là khi dấu vết trở nên quá nhiều và gần đầu sợi quang; OTDR không còn có thể tiến hành phân tích tín hiệu và các phép đo có thể bị lỗi.

     Xử lý độ rộng xung

– Khi dấu vết trở nên nhiễu, có hai cách dễ dàng để có được dấu vết rõ ràng hơn. Đầu tiên, thời gian thu nhận có thể được tăng lên, dẫn đến cải thiện đáng kể (tăng) SNR, đồng thời duy trì độ phân giải tốt của xung ngắn. Tuy nhiên, việc tăng thời gian tính trung bình cũng có giới hạn của nó, vì nó không cải thiện SNR vô thời hạn. Nếu dấu vết vẫn chưa đủ mịn, thì chúng ta chuyển sang phương pháp thứ hai, đó là sử dụng xung tiếp theo có sẵn cao hơn (nhiều năng lượng hơn). Tuy nhiên, hãy nhớ rằng vùng chết mở rộng cùng với độ rộng xung. May mắn thay, hầu hết các OTDR trên thị trường đều có chế độ tự động chọn độ rộng xung thích hợp cho sợi quang được đo kiểm; tùy chọn này rất thuận tiện khi chiều dài hoặc độ suy hao của sợi được đo kiểm là không xác định.

– Khi mô tả đặc tính của mạng hoặc sợi quang, bắt buộc phải chọn độ rộng xung phù hợp cho liên kết được đo kiểm. Độ rộng xung ngắn, vùng chết ngắn và công suất thấp được sử dụng để đo kiểm các liên kết ngắn nơi các sự kiện có khoảng cách gần nhau, trong khi độ rộng xung dài, vùng chết dài và công suất cao được sử dụng để đạt khoảng cách xa hơn cho các mạng dài hơn hoặc mạng có tổn thất cao.

>>>> Tham khảo thêm: Công nghệ đo kiểm đa xung tự động iOLM

     4. Độ phân giải lấy mẫu

– Khả năng OTDR xác định đúng khoảng cách của một sự kiện dựa vào sự kết hợp của các thông số khác nhau — trong số đó là độ phân giải lấy mẫu và các điểm lấy mẫu. Độ phân giải lấy mẫu được định nghĩa là “khoảng cách tối thiểu giữa hai điểm lấy mẫu liên tiếp mà thiết bị thu được”. Thông số này rất quan trọng, vì nó xác định độ chính xác khoảng cách tối đa và khả năng tìm lỗi của OTDR. Tùy thuộc vào độ rộng xung và phạm vi khoảng cách đã chọn, giá trị này có thể thay đổi từ 4 cm đến vài mét. Do đó, phải có một số lượng lớn các điểm lấy mẫu được thực hiện trong quá trình thu nhận để duy trì độ phân giải tốt nhất có thể.

Tìm kiếm điều gì trong OTDR?

– Độ tin cậy và độ chính xác: các thông số kỹ thuật tốt nhất hiện nay rất quan trọng để đảm bảo rằng nền tảng cáp quang có thể hỗ trợ các dịch vụ 5G và IoT quan trọng. OTDR là một khoản đầu tư quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy của mạng cáp quang. Do đó, bản thân các phép đo OTDR cần phải có độ tin cậy và độ chính xác cao. Trong bối cảnh viễn thông phát triển ngày nay, hiệu suất cao nhất và đáng tin cậy chắc chắn sẽ mang lại lợi ích đầu tư tốt nhất. Các OTDR cấp thấp sẽ có rủi ro cao hơn và cuối cùng là chi phí cao hơn.

– Tính đơn giản và dễ sử dụng: Với sự phức tạp liên quan đến đo kiểm OTDR, hãy tìm các quy trình đo kiểm tự động và phân tích kết quả. Chẩn đoán thông minh và hiển thị hình ảnh trực quan có thể giúp đội ngũ hiện trường nâng cao hiệu quả mà không cần đào tạo tối thiểu.

– Độ bền và yếu tố hình thức nhỏ gọn: Với mật độ sợi quang, việc sử dụng OTDR sẽ tăng cường tại hiện trường, trong trung tâm dữ liệu và thậm chí gần cơ sở của khách hàng. Tìm kiếm các ODTR được thiết kế có tính thiết thực và chắc chắn.