OTDR Messtechnik. September 2009 Jörg Latzel Online Training

Transkript

1 OTDR Messtechnik September 2009 Jörg Latzel Online Training

2 Optische Meßtechnik

3 Wir beschäftigen uns mit: OTDR Quellen und Empfänger Intereferenzen und Störeffekte Dämpfungsmessungen mit Testsets OTDR Messungen und Marker Totzonen und Mittelungsmethoden Live Demonstrationen Auflösung/Totzone in Abhängigkeit von der Pulsbreite Auflösung in Abhängigkeit der Messpunkte

4 Meßverfahrenentstehung Aus Kupfer Technik bekannte Verfahren mussten abgewandelt werden Statt Generatoren kommen optische Quellen zum Einsatz (LASER (OTDR) und LED (DÄMPFUNGSTESTER) Statt Empfängern Rezeptoren (InGaAs für 1310/1550; Si oder Ge für 850nm; auch da immer häufiger InGaAs)

5 Optische Messtechnik Messverfahren Durchlichtverfahren Abschneideverfahren Einfügeverfahren Reflektometerverfahren

6 Durchlichtmethode nach dem Abschneideverfahren Referenzfaser FUT Schritt 1 Schnittstelle P1 dbm Referenzfaser FUT Referenzfaser Schritt 2 P2 dbm Dämpfung = (P2- P1) db

7 Durchlichtmethode nach dem Einfügeverfahren St.2 St.5 Schritt 1 St.1 St.6 P 1 dbm Schritt 2 St.1 St.2 St.3 FUT St.4 S t.5 St.6 Dämpfung = (P 1 - P 2 ) db P 2 dbm

8 OTDR - Optische Rückstreumessung

9 OTDR Die Messung Eine OTDR Messung gibt Auskunft über: Faserlänge in km, m Gesamtdämpfung der Faser in db, db/km (Dämpfungsbelag) Stecker- / Spleissdämpfung in db Dämpfung (Stecker und Spleiss) db Return Loss (Stecker) Wie erarbeitet ein OTDR diese Werte? ->

10 Prinzipaufbau eines AQ7275 Direktionaler Koppler z.b.: halbdurchlässiger Spiegel LD Laserdiode Testfaser Pulsgenerator Fotodiode Elektr. Verstärker Rechner

11 OTDR das Meßverfahren Bei der optischen Rückstreumessung wird ein Lichtimpuls mit bekannter Impulslänge (10ns bis 20 µs) und der Wellenlänge L (in der Regel eine Wellenlänge aus den drei optischen Fenstern 850, 1300 oder 1550nm), in die Faser eingekoppelt. Zeitgleich startet eine Uhr, welche die Zeit mißt, die der Impuls bis zu einem sogenannten Ereignis (Spleiß, Stecker, Faserende) und zurück zum Meßgerät benötigt. Größe und Form des Ereignisse geben Auskunft über die Art. Der Zeitpunkt t kann bei bekannter Brechzahl n in den Ort umgerechnet werden nach der Formel: L = t*c/2n (c = Lichtgeschwindigkeit) Tritt beispielsweise der Bruch einer Glasfaser nach 100 µs auf, so heißt das, die Faser ist nach 10 km gebrochen. Spleiße oder Stecker treten in Form von zusätzlicher Dämpfung auf. Pulslänge 10µs = 2000m (in Faser) -> Totzone 1000m Pulslänge 1µs = 200m -> Totzone 100m Pulslänge 100ns = 20m -> Totzone 10m Pulslänge 10ns = 2m -> theoretische Totzone 1m Pulslänge 3ns = 0,6m -> theoretische Totzone 0,3m

12 Dämpfungsverlauf anhand des reflektierten Lichts Fusionsspleiß Konnektor 100% 96% 4% max. 4% ( 14dB ) Spleißdämpfung Konnektordämpfung

13 Beurteilung der Messung (1/4) Dämpfungsmessung Steht keine Vorlauffaser zur Verfügung, sind wie in der Abbildung Marker zu setzen. Die Dämpfung kann dann an der Skalierung abgelesen werden. Der Anfangs- und Endstecker können so nicht beurteilt werden! Dämpfung in db ohne Anfangs- und Endstecker

14 Beurteilung der Messung (2/4) Dämpfungsmessung Optimal ist die Messung unter Verwendung von Vorund Nachlauf. Zur Dämpfungsbeurteilung wird ein Marker vor den Reflex des ersten Steckers und der Endmarker nach der letzten Steckung gesetzt Die Gesamtdämpfung beinhaltet somit sowohl die Steckung am Anfang, als auch am Ende der Faser Dämpfung in db Vorlauf Zu testende Faser mit Steckern Nachlauf

15 Beurteilung der Messung (3/4) Spleiss-Dämpfungsmessung Es werden 4 Marker verwendet: M1 ist soweit wie möglich im linearen Bereich vor den Spleiss zu setzen, M2 auf den Spleiss, M3 dicht nach dem Spleiss und M4 soweit wie möglich nach dem Spleiss; M3 und M4 werden dann zur Interpolation verwendet, so dass die Dämpfung unmittelbar am Spleiss beurteilt wird (ein Spleiss hat keine Länge) M1 M2 M3 M4

16 Beurteilung der Messung (4/4) Spleiss-Dämpfungsmessung Es werden 5 Marker verwendet: Für M1-M4 gilt gleiches wie bei der Spleissdämpfung. M3 und M4 werden wieder zur Interpolation verwendet, so dass die Dämpfung unmittelbar am Stecker beurteilt wird (ein Stecker hat keine Länge) Der Delta Marker dient der Rückflussdämpfungsbeurteilubg von Reflektionen; je niedriger die Reflektion, desto höher der Betrag der Rückflussdämpfung, z.b.: - 60dB; der RL hat immer ein negatives Vorzeichen M1 M2 meist autom. gesetzter DELTA Marker M3 M4

17 Bedingungen der Messung Unter welchen Voraussetzungen kann die Faser mit OTDR Messungen beurteilt werden? Als gegeben gelten auf der Glasfaserübertragungsstrecke: Fresnel Reflexionen Rayleigh Backscatter ( Rückstreuung ) Was ist das? ->

18 FRESNEL REFLEXION Fresnelreflex Am Übergang unterschiedlicher Medien wird Licht zum Teil reflektiert. Dadurch ist es möglich, Stecker zu lokalisieren und die Stärke des Reflexes zu beurteilen (Prinzip wie bei Reflex an Wasseroberfläche)

19 RAYLEIGH-RÜCKSTREUUNG Rayleigh Rückstreuung Durch Inhomogenitäten im Glas kommt es an jeder Stelle in der Faser zu Streuungen. Diese Streuung fällt teils als Rückstreuung aus und wird somit zum Sender (OTDR) zurück gestreut. Dieses Licht verwendet das OTDR um eine Aussage zur Dämpfung zu machen: Je höher die Rückstreuung umso größer die Dämpfung Kern LD- Quelle ankommendes Licht gestreutes Licht (teils rückgestreut)

20 OTDR - Messtechnische Spezifikation Für die Qualität der OTDR Messungen von Bedeutung sind: Definitionen des Dynamikbereiches Pulslängen aus beiden vorgenannten Punkten entstehende gegenseitige Abhängigkeiten

21 DEFINITION DES DYNAMIK-BEREICHS (1/3) Beispiel nach IEC: 98% Rauschen Beginn der Rückstreukurve Dynamik-Bereich 98% Rauschen Umrechnungsfaktor von SNR=1 zu 98% Rauschen: -1.8dB

22 PULSBREITE Die Pulsbreitenauswahl wirkt sich unmittelbar auf die Qualität der Ergebnisse aus: Größere Pulsbreite: Mehr Energie, größerer Dynamik-Bereich Kleinere Pulsbreite: Bessere Auflösung, Dynamik-Bereich wird dadurch reduziert, mehr Mittelungen notwendig LIVE DEMO AUFLÖSUNG!

23 OTDR Messung zur Pulsbreite (LIVE DEMO) Messung mit geringer Ortsauflösung Messung mit hoher Auflösung, aber ohne Mittelung Mittelung über 6000 Messungen mit hoher Auflösung

24 Pulsbreite: Eine kleine Berechnung Eine Pulsbreite von 10 ns hat eine berechnete Länge von: 10 x 10-9 x (c/ior) = 2 m -> Wegen 2 Wegemessung ->/2!!! c=3 x 10 8 ; IOR = 1,50 bei 1 µs ergibt das eine Länge von 200 m - OTDR 100m

25 OTDR - wichtige Einstellungen LSA/2PA; Welche Unterschiede ergeben sich? Genauigkeit / Linearität IOR/EIOR Totzone

26 LSA/2PA (1/7) 2PA - Eine einfache Gerade verbindet zwei Punkte miteinander

27 LSA/2PA (2/7) LSA- Gerade, die die geringste Abweichung zu allen Punkten zwischen zwei Markern besitzt

28 LSA/2PA (3/7) Gesamtdämpfung 2PA Korrekte Messung

29 LSA/2PA (4/7) Gesamtdämpfung LSA Spleiße und Fresnel-Reflexionen führen zu Fehlern Fehlerhafte Messung

30 LSA/2PA (5/7) Spleißdämpfung, 2 Markers Fehlerhafte Messung Fehler

31 LSA/2PA (6/7) Spleißdämpfung, 2PA Markerposition verändert das Ergebnis Fehlerhafte Messung

32 LSA/2PA (7/7) Spleißdämpfung, LSA - Korrekt Korrekte Messung

33 Grenzen der Physik Totzone Auflösung

34 Messpunktanzahl / Anzeigeauflösung LIVE DEMO Messung 1 zeigt eine Messauflösung von 2m ( Messpunkte im 100km Distanzbereich) Messung 2 zeigt eine Messauflösung von 4m ( Messpunkte im 100km Distanzbereich) und die damit einhergehende mögliche Positionsfehlbestimmung Gemessene Spleißposition hohe Auflösung) 1 2

35 Totzone (1/3) Die Qualität der Reflexion hat einen entscheidenden Einfluss auf die Totzone Wie gezeigt gilt, je höher der Reflex, umso höher die auf den Detektor fallende Energie und umso länger die Zeit, die zur Rückkehr in den linearen Bereich benötigt wird

36 Totzone (2/3) Bei ca. L = 12,3 km tritt eine zusätzliche Dämpfung auf, die von einem Spleiß herrühren könnte; die Dämpfung wird mit etwa 0,75 db gemessen Die scheinbare Länge des Ereignisses beträgt ca. 100 m. Da ein Spleiß wirklich aber nur einige µm Länge hat, nennt man diesen Bereich Totzone.

37 Totzone (3/3) Zusammenfassen ist die Totzone abhängig von: Pulsbreite / Schalter / Empfängerbandbreite Return Loss des Konnektors 0,5dB 0,5dB 1,5dB Rückstreukurve Totzone (Ereignis) Totzone (Dämpfung)

38 OTDR - besondere Ereignisse Ghosts aufgrund schlechter Stecker aufgrund falscher Einstellungen Rauschen and Average (Mittelwert) Spleißgewinn und Zwei-Wege-Messung

39 GHOSTS (1/3) 7,25km 14,5km 7,25km

40 GHOSTS (2/3) 7,25km 14,5km

41 GHOSTS (3/3) 100km Distanz-Bereich 10km Distanz-Bereich 35km 35km

42 RAUSCHEN UND AVERAGE Distanzbereich jeweils 20 km Smode Faser Wellenlänge 1550nm Pulslänge 20 ns Mittelungszeit links 4 sec Mittelungszeit rechts 60 sec

43 SPLEIßGEWINN UND ZWEI-WEGE-MESSUNG Faser 1 Faser 2 Faser 2 Faser 1 0,1dB 0,5dB Tatsächliche Dämpfung = ( )/2 = 0.2dB

44 Wir haben diese Themen behandelt: OTDR Quellen und Empfänger Intereferenzen und Störeffekte Dämpfungsmessungen mit Testsets OTDR Messungen und Marker Totzonen und Mittelungsmethoden

45 Danke für die Aufmerksamkeit!