THEORIE OTDR-METER
Het doel van een OTDR-meter ( Optical Time Domain Reflecto meter) is het doormeten van een glasvezelverbinding tussen een optische zender en ontvanger.
Het principe van deze meter is dat er met behulp van een laser een lichtpuls in de vezel wordt gestuurd. Het door backscattering terug komende licht wordt naar een Avalanche
Photo Diode gestuurd. Het van de diode komende signaal wordt bewerkt en op een scherm
weergegeven.
Backscattering bestaat in dit geval uit Raleigh scattering en Fresnel-reflectie.
Raleigh scattering is terugkaatsen van licht door inhomogeniteiten van de kern.
Een gedeelte van het licht loopt weer terug naar het begin van de fiber.
Een fout in de transmissie weg wordt gelokaliseerd door een abrupte afname van het backscatter niveau. Fouten kunnen mis aanpassingen zijn, veroorzaakt door connectoren.
Ook door een te scherpe buiging van de fiber ontstaan er lichtverliezen naar de cladding.
Zie onderstaande figuur.(afb.1.)
Op de "eerste bult" in het display komen we later terug.
Fresnel-reflectie ontstaat door verschillen in brekingsindex.
Dit kan ontstaan door breuken, scheef afgewerkte einden en open einden.
Deze veroorzaken reflecties van het lichtvermogen volgens de volgende formule:
Pref/P = {(n2 - n1)/(n2+n1)}exp2
Hierin is:
Pref=gereflecteerde vermogen.
P=het optische vermogen ter plaatse van de reflectie
n1 en n2= De brekingsindex ter plaatse van de reflectie.
De op het display zichtbaar gemaakte reflectie kan zowel positief zijn als negatief.
Dit hangt af van de grootte van n1 en n2 .
Een voorbeeld figuur staat hieronder.(afb.2)
We kunnen uit een OTDR meting de volgende gegevens halen:
1. De fiberlengte.
2. De overdrachtseigenschappen en daarmee de demping.
3. De kwaliteit van de lassen en connectoren.
4. Fouten in het netwerk.
We hebben nu het principe van de OTDR-meting besproken maar als men het direct op
deze manier zou doen loopt men vast op bepaalde fysische factoren die hier nog niet genoemd zijn.
Aan de hand van een meetopstelling zullen we het geheel doornemen.
We bekijken hiervoor onderstaande figuur.(afb.3)
Wat in bovenstaande figuur gemeten moet worden zijn het rangeerpaneel of dataverdeelkast
en de te meten kabel.
Daarvoor is een voorspanhaspel getekend. Dit is een hoeveelheid glasvezelkabel op een haspel gewikkeld. De lengte van deze fiber is ongeveer 500 meter tot 1000 meter.
In de praktijk is het een blote fiber, die in een doosje van bv 20 cm bij 20 cm bij 5cm
in schuimplastic is opgedraaid.
Het is dus geen kleine houten haspel van de Twentsche Kabel Fabrieken.
Het doel van deze voorspanhaspel is er voor te zorgen dat de reflecties van het netwerk niet in de dode zone vallen.
Stel dat de laser van de OTDR-meter een puls van 30 ns weg zendt.
Voor de dode zone geldt nu:
Dode zone = c t/2n
Hierin is c de lichtsnelheid en n de brekingsindex. n = 1,5
De pulslengte is dan 3 meter.
Dit zou geen probleem zijn, maar er treedt nog een ander verschijnsel op.
Op het moment dat de OTDR laser zijn lichtpuls wegstuurt wordt door de backscattering van de eerste connector, dus op de OTDR-meter zoveel licht gereflecteerd dat de fotodiode
in de ontvanger zwaar overstuurd wordt en in verzadiging komt. Verzadigde halfgeleiders zijn traag en gedurende die tijd is het ding "blind" en kan het niets meten. Dit is dan ook de "bult"
waar we het in het begin over hadden.
Door nu tussen het te meten netwerk en de OTDR-meter een lange gedefinieerde fiber te plaatsen doet de heengaande puls er langer over om bij de eerste connector te komen.
De eerste door de eerste connector gereflecteerde puls doet er dus ook langer over om
weer bij de fotodiode van de ontvanger te komen. De fotodiode heeft zodoende alle tijd om weer uit verzadiging te komen voordat de eerste geflecteerde puls binnen komt. Deze kan dan gewoon gemeten worden.
De functie van de naspanhaspel is tweeledig.
Allereerst kan men de laatste koppeling testen. Bovendien kan men controle op kruisingen van vezels uitoefenen. Dit geldt alleen indien men kabels test waarin meerdere fibers aanwezig zijn. De naspanhaspel is reflectieloos afgesloten. Wanneer er geen naspanhaspel gebruikt zou worden krijgen we een beeld als in onderstaande figuur.(afb.4)
De connector A in de bovenstaande figuur geeft alleen wat demping, geen reflectie.
Omdat de fiber niet reflectieloos is afgesloten ontstaat er een reflectiepuls aan het eind.
De figuur op de volgende bladzijde geeft een beeld indien er wel een naspanhaspel gebruikt wordt. De fiber is dan ook reflectieloos afgesloten.(afb5.)
Ook hier is in de bovenstaande figuur aangenomen dat de connector A alleen wat demping geeft en geen reflectie. Connector B geeft wel reflectie.We hebben nu wat karakteristiekvormen bekeken maar wat voor waarden moeten we nu ongeveer aanhouden?
Voor een multimode vezel (850nm) kan men de volgende waarden aanhouden:
Voor een singlemode vezel gelden andere waarden. Lange afstandsnetwerken die steden als Amsterdam- Parijs met elkaar verbinden ( Worldcom, KPN/Qwest ) zijn allemaal singlemode vezels. Als deze vezels aan elkaar verbonden moeten worden doet men dat met een fusielas.
De singlemode fibers werken met twee lichtvensters nl 1310 nm en 1550 nm.
Dit zijn de centrale frequenties van de lichtvensters. Het gebied kan echter lopen van 1285 nm tot 1335 nm. De benodigde pulsduur kan dan wel oplopen tot 1�sec.
De verliezen in de fiber kan 0,35 dB/km zijn voor 1310 nm en 0,25 dB/km voor 1550 nm.
Beschouwing van traces bij een OTDR-meter.
Men kan op verschillende manieren een trace bij een OTDR-meter bekijken.
We zullen hieronder enige manieren bespreken.
Threshold Detectie.
Indien men een OTDR-meter een trace laat uitvoeren produceert de software een tabel van allerlei reflecties, dempingen enz. Voor sommige lassen of splices is het helemaal niet nodig dat deze worden getoond.
Men kan nu een drempelwaarde instellen dat bepaalde objecten kleiner dan een bepaalde waarde niet getoond worden. Zie onderstaande figuur.(afb.6)
De Optical Return Los.
De Optical Return Los is het gereflecteerde vermogen / heengaande vermogen.
Hier moet dan 10log van genomen worden. We krijgen dan:
ORL = 10log reflected vermogen/heengaand vermogen.
Zie onderstaande figuur.(afb.7)
Dynamic Range, 98% Bellcore Methode.
De dynamische range meting wordt al lange tijd gebruikt voor OTDR metingen.
De 98% Bellcore methode vertegenwoordigd het verschil tussen het begin niveau en een referentie ruis niveau.
Het referentie ruisniveau is dat niveau in het ruis gebied waar 98% van de ruis pieken lager ligt dan het referentie niveau.. Twee procent van de ruispieken komt dus nog boven dat referentie niveau uit. Zie onderstaande figuur.(afb.8)
Dynamic Range SNR = 1 Methode.
Ook de SNR = 1 methode wordt al jaren gebruikt. Het verschil tussen het begin niveau en het niveau waar de signaal/ruis = 1 is het dynamisch gebied.
Ten opzichte van de 98% methode ligt de ruisvloer 1,5 dB lager. Zie onderstaande figuur.(afb.9)
Vermogensbudget
Als laatste komt het optische vermogensbudget aan de orde.
Gaan we uit van een laser vermogen van -0dBm en een detector gevoeligheid van - 45 dBm
dan is het powerbudget 45 dB. Gaan we uit van een single mode vezel met een demping van 0,25 dB/km dan is het maximale bereik van de OTDR-meter :
Afstand = 45/0,25 = 180 km.
Verhalen dat men 400 km kan meten is onzin. Dit zou betekenen dat bij een gegeven detector gevoeligheid van -45 dBm de OTDR-meter een laser vermogen van 55 dBm moet kunnen leveren. Omgerekend is dit een laservermogen van ruim 316 W. Hier zijn de connectoren niet op berekend. Deze kunnen dan smelten.
Een plaatje van een vermogensbudget is hieronder getekend. De marge is nog 5dB.(afb.10)
=====================
Bronvermelding.
Commonly used otdr terms and definitions. c. n. Rood b.v.
Glasvezel meetmethoden. Communicatie Techniek Twente B.V.
OTDR-meetrapport. Schuuring . Harderwijk.
Handboek Universele bekabeling Deel 3
F. H. M. Schut Telematica 3 Transmissietechniek.
