OTDR Messtechnik
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OTDR Messtechnik September 2009 Jörg Latzel Online Training Optische Meßtechnik OTDR Grundlagen 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 OTDR Grundlagen 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) OTDR Grundlagen Optische Messtechnik Messverfahren Durchlichtverfahren Abschneideverfahren Einfügeverfahren Reflektometerverfahren OTDR Grundlagen Durchlichtmethode nach dem Abschneideverfahren Referenzfaser Schritt 1 FUT Schnittstelle Referenzfaser P1 dBm FUT Referenzfaser Schritt 2 P2 dBm Dämpfung = (P2- P1) dB OTDR Grundlagen Durchlichtmethode nach dem Einfügeverfahren St.2 Schritt 1 St.5 St.6 St.1 P 1 dBm Schritt 2 St.2 St.3 FUT St.4 S t.5 St.6 St.1 P2 dBm Dämpfung = (P1- P2) dB OTDR Grundlagen OTDR Optische Rückstreumessung OTDR Grundlagen OTDR – Die Messung Eine OTDR Messung gibt Auskunft über: Faserlänge in Gesamtdämpfung der Faser in km, m dB, dB/km (Dämpfungsbelag) Stecker- / Spleissdämpfung in dB Dämpfung (Stecker und Spleiss) dB Return Loss (Stecker) Wie erarbeitet ein OTDR diese Werte? -> OTDR Grundlagen Prinzipaufbau eines AQ7275 Direktionaler Koppler z.B.: halbdurchlässiger Spiegel LD Laserdiode Testfaser Puls generator Fotodiode Elektr. Verstärker Rechner OTDR Grundlagen 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 Pulslänge Pulslänge Pulslänge Pulslänge OTDR Grundlagen 10µs = 2000m (in Faser) -> Totzone 1000m 1µs = 200m -> Totzone 100m 100ns = 20m -> Totzone 10m 10ns = 2m -> theoretische Totzone 1m 3ns = 0,6m -> theoretische Totzone 0,3m Dämpfungsverlauf anhand des reflektierten Lichts Fusionsspleiß Konnektor 100% 96% 4% max. 4% ( 14dB ) Spleißdämpfung Konnektordämpfung OTDR Grundlagen 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 OTDR Grundlagen 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 OTDR Grundlagen Zu testende Faser mit Steckern Nachlauf 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 OTDR Grundlagen M4 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 meist autom. gesetzter DELTA Marker M2 M3 OTDR Grundlagen M4 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? -> OTDR Grundlagen 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) OTDR Grundlagen 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 OTDR Grundlagen gestreutes Licht (teils rückgestreut) OTDR - Messtechnische Spezifikation Für die Qualität der OTDR Messungen von Bedeutung sind: Definitionen des Dynamikbereiches Pulslängen aus beiden vorgenannten Punkten entstehende gegenseitige Abhängigkeiten OTDR Grundlagen 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 OTDR Grundlagen 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! OTDR Grundlagen OTDR Messung zur Pulsbreite (LIVE DEMO) Messung mit geringer Ortsauflösung Messung mit hoher Auflösung, aber ohne Mittelung Mittelung über 6000 Messungen mit hoher Auflösung OTDR Grundlagen 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 108 ; IOR = 1,50 bei 1 µs ergibt das eine Länge von 200 m -OTDR 100m OTDR Grundlagen OTDR - wichtige Einstellungen LSA/2PA; Welche Unterschiede ergeben sich ? Genauigkeit / Linearität IOR/EIOR Totzone OTDR Grundlagen LSA/2PA (1/7) 2PA - Eine einfache Gerade verbindet zwei Punkte miteinander OTDR Grundlagen LSA/2PA (2/7) LSA- Gerade, die die geringste Abweichung zu allen Punkten zwischen zwei Markern besitzt OTDR Grundlagen LSA/2PA (3/7) Gesamtdämpfung 2PA Korrekte Messung OTDR Grundlagen LSA/2PA (4/7) Gesamtdämpfung LSA Spleiße und Fresnel-Reflexionen führen zu Fehlern Fehlerhafte Messung OTDR Grundlagen LSA/2PA (5/7) Spleißdämpfung, 2 Markers Fehlerhafte Messung Fehler OTDR Grundlagen LSA/2PA (6/7) Spleißdämpfung , 2PA Markerposition verändert das Ergebnis Fehlerhafte Messung OTDR Grundlagen LSA/2PA (7/7) Spleißdämpfung, LSA - Korrekt Korrekte Messung OTDR Grundlagen Grenzen der Physik Totzone Auflösung OTDR Grundlagen Messpunktanzahl / Anzeigeauflösung LIVE DEMO Messung 1 zeigt eine Messauflösung von 2m (50.000 Messpunkte im 100km Distanzbereich) Messung 2 zeigt eine Messauflösung von 4m (25.000 Messpunkte im 100km Distanzbereich) und die damit einhergehende mögliche Positionsfehlbestimmung Gemessene Spleißposition „hohe Auflösung) 1 2 OTDR Grundlagen 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 OTDR Grundlagen 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. OTDR Grundlagen Totzone (3/3) Zusammenfassen ist die Totzone abhängig von: Pulsbreite / Schalter / Empfängerbandbreite Return Loss des Konnektors 1,5dB 0,5dB 0,5dB Rückstreukurve Totzone (Ereignis) Totzone (Dämpfung) OTDR Grundlagen OTDR - besondere Ereignisse Ghosts aufgrund schlechter Stecker aufgrund falscher Einstellungen Rauschen and Average (Mittelwert) Spleißgewinn und Zwei-Wege-Messung OTDR Grundlagen GHOSTS (1/3) 7,25km 14,5km 7,25km OTDR Grundlagen GHOSTS (2/3) 7,25km OTDR Grundlagen 14,5km GHOSTS (3/3) 100km Distanz-Bereich 10km Distanz-Bereich 35km 35km OTDR Grundlagen RAUSCHEN UND AVERAGE Distanzbereich jeweils 20 km Smode Faser Wellenlänge 1550nm Pulslänge 20 ns Mittelungszeit links 4 sec Mittelungszeit rechts 60 sec OTDR Grundlagen SPLEIßGEWINN UND ZWEI-WEGE-MESSUNG Faser 2 Faser 1 Faser 1 Faser 2 0,1dB 0,5dB Tatsächliche Dämpfung = (-0.1+0.5)/2 = 0.2dB OTDR Grundlagen Wir haben diese Themen behandelt: OTDR – Quellen und Empfänger Intereferenzen und Störeffekte Dämpfungsmessungen mit Testsets OTDR Messungen und Marker Totzonen und Mittelungsmethoden OTDR Grundlagen Danke für die Aufmerksamkeit!
