¿Qué es un OTDR y cómo funciona?

2020-05-14

Reflectómetro óptico de dominio del tiempo (OTDR)

El reflectómetro óptico de dominio de tiempo (OTDR) es útil para probar la integridad de los cables de fibra óptica. Puede verificar la pérdida de empalme, medir la longitud y encontrar fallas. El OTDR también se usa comúnmente para crear una "imagen" del cable de fibra óptica cuando se instala nuevamente. Más tarde, se pueden hacer comparaciones entre la traza original y una segunda traza tomada si surgen problemas. Para analizar la traza del OTDR siempre es necesario tener la documentación con la traza original cuando se instaló el cable.

Los OTDR son más efectivos cuando se prueban cables largos (de aproximadamente 250 metros u 800 pies) o plantas de cables con empalmes. Los datos que produce el OTDR se utilizan generalmente para crear una imagen llamada "traza" o "firma" que tiene información valiosa para el usuario capacitado y se puede almacenar para su posterior consulta o para verificar un plano cuando surgen problemas de red. Los OTDR no deben usarse para medir la pérdida de inserción en el cable de fibra óptica; es mejor dejar esa tarea en una fuente de prueba de fibra óptica y un medidor de potencia. Los OTDR simplemente le muestran dónde terminan los cables y confirman la calidad de las fibras, las conexiones y los empalmes. Por supuesto, las trazas OTDR también se usan para la resolución de problemas, ya que pueden mostrar dónde están las roturas en la fibra cuando se comparan las trazas con la documentación de instalación.

¿Cómo funciona un OTDR?

A diferencia de las fuentes y medidores de potencia que miden la pérdida de la planta de cable de fibra óptica directamente, el OTDR funciona indirectamente. La fuente y el medidor duplican el transmisor y el receptor del enlace de transmisión de fibra óptica, por lo que la medición se correlaciona bien con la pérdida real del sistema. Sin embargo, el OTDR utiliza un fenómeno óptico único de fibra para medir indirectamente la pérdida.

El factor más importante en la pérdida de fibra óptica es la dispersión. En fibra, la luz se dispersa en todas las direcciones, incluidas algunas dispersas hacia la fuente, como se muestra aquí. El OTDR utiliza esta "luz retrodispersada" para realizar mediciones junto con la luz reflejada de los conectores o extremos de fibra cortada o escindida.

El OTDR consiste en un transmisor láser de alta potencia que envía un pulso de luz por la fibra. La luz dispersada hacia atrás y la luz reflejada regresa al OTDR a través de la fibra y se dirige a un receptor sensible a través de un acoplador en el extremo frontal del OTDR. Para cada medición, el OTDR envía un pulso de muy alta potencia y mide la luz que regresa con el tiempo. En cualquier momento, la luz que ve el OTDR es la luz dispersada por el pulso que pasa a través de una región de la fibra. Piense en el pulso OTDR como una "fuente virtual" creada por la dispersión que está probando toda la fibra entre sí y el OTDR a medida que baja por la fibra. Como es posible calibrar la velocidad del pulso a medida que pasa por la fibra desde el índice de refracción del vidrio en el núcleo de la fibra, el OTDR puede correlacionar lo que ve en la luz dispersa con una ubicación real en la fibra. Por lo tanto, puede crear una visualización de la cantidad de luz retrodispersada en cualquier punto de la fibra a lo largo de su longitud.

 

Hay algunos cálculos involucrados. Recuerde que la luz tiene que apagarse y volver, por lo que debe incluir eso en los cálculos de tiempo, reduciendo el tiempo a la mitad. También se debe reducir la pérdida a la mitad, ya que la luz ve la pérdida en ambos sentidos. La pérdida de potencia es una función logarítmica, por lo que la potencia se mide y se muestra en dB.

 

La cantidad de luz dispersada de regreso al OTDR es proporcional a la retrodispersión de la fibra, la potencia máxima del pulso de prueba del OTDR y la longitud del pulso enviado. Si necesita más luz de retrodispersión para obtener buenas mediciones, puede aumentar la potencia máxima del pulso o el ancho del pulso o enviar más pulsos y promediar las señales devueltas. Los tres se utilizan en muchos OTDR, con el control del usuario de algunas de las selecciones.

 

Los OTDR siempre se usan con un cable de lanzamiento y pueden usar un cable de recepción. El cable de lanzamiento, a veces también llamado "supresor de pulso", permite que el OTDR se estabilice después de enviar el pulso de prueba a la fibra y proporciona un conector de referencia para el primer conector del cable bajo prueba para determinar su pérdida. Se puede usar un cable de recepción en el extremo más alejado para permitir mediciones del conector en el extremo del cable bajo prueba también.

 

La información en la traza del OTDR

Dicen que una imagen vale más que mil palabras, y la imagen OTDR (o "trazas como se las llama) cuenta con muchas palabras para describir toda la información que contiene. Considere el diagrama de un rastro a la derecha.

La pendiente del trazo de fibra muestra el coeficiente de atenuación de la fibra y el OTDR lo calibra en dB / km. Para medir la atenuación de fibra, necesita una longitud de fibra bastante larga sin distorsiones en ninguno de los extremos de la resolución OTDR o sobrecarga debido a grandes reflejos. Si la fibra se ve no lineal en cualquier extremo, especialmente cerca de un evento reflectante como un conector, evite esa sección al medir la pérdida.

Los conectores y los empalmes se denominan "eventos" en la jerga OTDR. Ambos deberían mostrar una pérdida, pero los conectores y los empalmes mecánicos también mostrarán un pico reflectante. La altura de ese pico indicará la cantidad de reflexión en el evento, a menos que sea tan grande que sature el receptor OTDR. Luego, el pico tendrá una parte superior plana y una cola en el otro extremo, lo que indica que el receptor estaba sobrecargado.

A veces, la pérdida de un buen empalme de fusión será demasiado pequeña para que el OTDR pueda verla. Eso es bueno para el sistema, pero puede ser confuso para el operador. Es muy importante conocer las longitudes de todas las fibras en la red, para saber dónde buscar eventos y no confundirse cuando aparezcan eventos inusuales (como fantasmas, lo describiremos a continuación).

Los pulsos reflectantes pueden mostrarle a usted la resolución del OTDR. No puede ver dos eventos más cerca de lo permitido por el ancho de pulso. En general, se utilizan anchos de pulso más largos para poder ver más lejos a lo largo de la planta de cable y pulsos más estrechos cuando se necesita alta resolución, aunque esto limita la distancia a la que puede ver el OTDR.

El OTDR mide la distancia y la pérdida entre los dos marcadores. Esto puede usarse para medir la pérdida de una longitud de fibra, donde el OTDR calculará el coeficiente de atenuación de la fibra, o la pérdida de un conector o empalme.

Para medir la longitud y la atenuación de la fibra, colocamos los marcadores en cada extremo de la sección de fibra que deseamos medir. El OTDR calculará la diferencia de distancia entre los dos marcadores y dará la distancia. También leerá la diferencia entre los niveles de potencia de los dos puntos donde los marcadores cruzan la traza y calculan la pérdida, o la diferencia en los dos niveles de potencia en dB. Finalmente, calculará el coeficiente de atenuación de la fibra dividiendo la pérdida por distancia y presentará el resultado en dB / km, las unidades normales de atenuación.

Para obtener una buena medición, es necesario encontrar una sección relativamente larga de fibra para proporcionar una buena línea de base para la medición. Las distancias cortas significarán pequeñas pérdidas, y la incertidumbre de la medición será mayor que si la distancia es mayor. También es aconsejable mantenerse alejado de eventos como empalmes o conectores, ya que el OTDR puede tener un tiempo de estabilización después de estos eventos, especialmente si son reflexivos, lo que hace que la traza tenga no linealidades causadas por el propio instrumento.

Atenuación de fibra por Método de Mínimos Cuadrados

El OTDR mide la distancia y la pérdida entre los dos marcadores, pero calcula matemáticamente la mejor línea de ajuste entre los dos puntos utilizando el método de "mínimos cuadrados" para reducir el ruido. Cuando los marcadores seleccionan la parte ruidosa del trazo de fibra, se puede aplicar la herramienta de atenuación de mínimos cuadrados (LSA de 2 puntos) para calcular la pérdida de dB entre los cursores. Mire de cerca y verá una gruesa línea gris entre los marcadores, que indica el mejor ajuste a la traza, promediando todo el ruido.

Pérdida de empalme por “Método de Dos Puntos”

El OTDR mide la distancia al evento y la pérdida en un evento (un conector o empalme) entre los dos marcadores.

Para medir la pérdida de empalme, mueva los dos marcadores cerca del empalme a medir, teniendo cada uno aproximadamente la misma distancia desde el centro del empalme. El empalme no se verá tan ordenado como este, con la resolución del instrumento y el ruido haciendo que la traza se vea menos nítida, como verá más adelante. El OTDR calculará la pérdida de dB entre los dos marcadores, dándole una lectura de pérdida en dB.

Las medidas de pérdida del conector o empalmes con cierta reflectancia se verán muy similares, excepto que verá un pico en el conector, causado por el reflejo posterior del conector.

Pérdida de empalme por mínimos cuadrados (LSA)

El OTDR mide la distancia y la pérdida en un evento (un conector o empalme) entre los dos marcadores, pero calcula la línea de mejor ajuste entre los dos puntos utilizando el método de "mínimos cuadrados" para reducir el ruido.

Si se dio cuenta, los marcadores están separados por cierta distancia, lo que incluye la pérdida de algo de fibra a cada lado del conector o empalme real. La mayoría de los OTDR calcularán la pérdida por usted extrapolando los rastros de fibra en ambos lados del evento y calculando el pérdida sin ninguna influencia de la longitud de la fibra. El método matemático utilizado se llama "Aproximación de mínimos cuadrados", de ahí el término "LSA" utilizado por muchos OTDR en sus menús de visualización y configuración.

Establecer LSA requiere establecer marcadores severos: uno en el pico, los dos marcadores regulares cerca del evento y los dos marcadores finales que definen los segmentos utilizados para el análisis de mínimos cuadrados. Estos segmentos deben ser lo suficientemente largos como para permitir una buena medición, pero no tanto como para acercarse a otros eventos.

Reflectancia

El OTDR mide la cantidad de luz que devuelve la dispersión posterior en la fibra y se refleja desde un conector o empalme. La cantidad de luz reflejada está determinada por las diferencias en el índice de refracción de las dos fibras unidas, una función de la composición del vidrio en la fibra, o cualquier aire en el espacio entre las fibras, común con terminaciones y empalmes mecánicos.

Este es un proceso complicado que involucra la línea base del OTDR, el nivel de retrodispersión y la potencia en el pico reflejado. Al igual que todas las mediciones de retrodispersión, tiene una incertidumbre de medición bastante alta, pero tiene la ventaja de mostrar dónde se encuentran los eventos reflectantes para que puedan corregirse si es necesario.

Al elegir la medición de reflectancia y colocar el cursor derecho (azul) en el pico de la reflexión y el cursor izquierdo (rojo) justo a la izquierda de la reflexión, el OTDR medirá la reflectancia.

Comparar trazas

Comparar dos trazas en la misma ventana es útil para confirmar la recopilación de datos y contrastar diferentes métodos de prueba en la misma fibra. Las comparaciones también se utilizan para comparar trazas de fibra durante la resolución de problemas con las trazas tomadas justo después de la instalación para ver qué ha cambiado entre una y otra. Todos los OTDR ofrecen esta función, donde puede copiar un rastro y pegarlo en otro para compararlos. Aquí hay un ejemplo de cómo puede usar esta función.

Tenga en cuenta que las dos trazas se toman de la misma planta de cable de fibra multimodo en diferentes longitudes de onda de prueba. La principal diferencia en la pendiente de las trazas muestra los diferentes coeficientes de atenuación de la fibra. La línea azul (arriba) representa el coeficiente de atenuación del cable a 1300 nm, la línea verde (abajo) representa el mismo cable medido a 850 nm. También hay una diferencia notable en la reflectancia en el empalme. Las variaciones en la reflectancia debido a la diferencia de longitud de onda no son inusuales.

Otras razones por las que quisiera comparar dos rastros incluyen:

  • Comparar varias fibras en el mismo cable para ver si son diferentes.
  • Rastros tomados en diferentes momentos para ver si el cable ha cambiado.
  • En diferentes longitudes de onda, dado que la fibra es más sensible al estrés en longitudes de onda más largas, esto permite encontrar puntos de estrés causados por la instalación.
  • En diferentes anchos de pulso (a continuación) para decidir qué configuración ofrece el mejor compromiso entre el ruido y la resolución o para encontrar eventos perdidos con anchos de pulso amplios.  

Modificación de los parámetros de configuración de OTDR para obtener los mejores resultados de la prueba

Promediando

Los OTDR pueden tomar múltiples muestras de la traza y promediar los resultados. Las dos huellas que se muestran aquí fueron capturadas de la misma planta de cable con la misma configuración, excepto por el número de promedios. La traza de la izquierda es solo una prueba, mientras que la de la derecha tiene un promedio de 1024 pulsos.

 Observe la diferencia en la distancia que recorre la señal antes de que el nivel de ruido se vuelva significativo. En la imagen de la izquierda, nRep = 1 o solo se tomó un rastro de muestra y el ruido se vuelve significativo a solo 3 km. A la derecha, el ruido es muy bajo hasta el final del cable a 5,5 km.

Si está tratando de obtener distancias más largas con alta resolución, usar más promedios con un pulso de prueba corto generalmente será la mejor opción. Simplemente tomará más tiempo adquirir cada rastro.

Ancho de pulso

Ajustar el ancho del pulso es otra forma de obtener más distancia de medición ya que la potencia adicional en el pulso creará una señal de retrodispersión más grande. Mientras que los pulsos más largos producen trazas con menos ruido y una capacidad de distancia más larga, la capacidad de resolver e identificar eventos se reduce, y el pulso de prueba sobrecarga el OTDR reduciendo su capacidad de ver eventos cercanos.

Establezca el ancho de pulso en el ancho más corto que permita que el OTDR llegue al final de la planta de cable con un número razonable de promedios. Obviamente hay compensaciones. Si necesita tiempos de prueba cortos, puede comprometer un ancho de pulso más largo para reducir el ruido. Si necesita más resolución, promedie más con pulsos de prueba más cortos. En general, el cableado de las instalaciones utiliza el pulso más corto posible y el recorrido largo usa un pulso medio para la primera prueba. Luego, un análisis de la traza le dirá al operador cómo seleccionar el compromiso correcto.

Longitud de onda

Dado que la fibra tiene una pérdida menor en una longitud de onda más larga, también se puede usar la fuente de longitud de onda más larga para realizar mediciones en rangos más largos con una mejor relación señal / ruido. Verá este efecto en la siguiente sección sobre la comparación de trazas.

Índice de refracción

El índice de refracción es la calibración de la velocidad de la luz en la fibra que utiliza el OTDR para calcular la distancia en la fibra. Dado que el cable de fibra óptica tiene aproximadamente un 1% de exceso de fibra, la longitud real del cable es menor que la fibra en esa cantidad. El OTDR realiza sus mediciones en la fibra, no en el cable, por lo que se debe estimar la longitud del cable. Si tiene un cable largo con distancias marcadas, puede medirlo con el OTDR y usar el índice de refracción para calibrarlo a la longitud real del cable. Si hace esto, le sugerimos que haga mediciones en varias fibras y promedio.

Incertidumbre de medición del OTDR

La mayor fuente de incertidumbre de medición que ocurre cuando se prueba con un OTDR es una función del coeficiente de retrodispersión, la cantidad de luz del pulso de prueba saliente que se dispersa hacia el OTDR. El OTDR observa la señal de retorno y calcula la pérdida en función de la disminución de la cantidad de luz que ve regresar. La luz dispersada hacia atrás para la medición no es una constante. Es una función de la atenuación de la fibra y el diámetro del núcleo de la fibra. La fibra de mayor atenuación tiene más atenuación porque el vidrio en su núcleo dispersa más luz. Si observa dos fibras diferentes unidas en un OTDR, la diferencia en la retrodifusión de cada fibra será una fuente importante de error.

Si ambas fibras son idénticas, como unir una fibra rota de nuevo, la retrodispersión será la misma en ambos lados de la junta, por lo que el OTDR medirá la pérdida real de empalme. Sin embargo, si las fibras son diferentes, los coeficientes de retrodispersión harán que se envíe un porcentaje diferente de luz al OTDR. Si la primera fibra tiene más atenuación que la que sigue a la conexión, el porcentaje de luz del pulso de prueba del OTDR disminuirá, por lo que la pérdida medida en el OTDR incluirá la pérdida real más un error de pérdida causado por el nivel de retrodispersión inferior, haciendo que la pérdida mostrada sea mayor de lo que realmente es. Mirando en la dirección opuesta, desde una fibra de baja atenuación a una fibra de alta atenuación, encontramos que la retrodispersión aumenta, haciendo que la pérdida medida sea menor de lo que realmente es. De hecho, si el cambio en la retrodifusión es mayor que la pérdida de empalme, esto muestra un "ganador", una gran confusión para los nuevos usuarios de OTDR.

Aquí hay otro rastro que muestra la idea de los ganadores, ya que a menudo aparecen en instalaciones reales.

Gainer # 1 es una sección de fibra de alta retrodispersión, probablemente con una diferencia de diámetro de campo de modo, empalmada en un enlace. El primer empalme en este segmento muestra una ganancia, pero el segundo muestra una gran pérdida.

El evento 1 muestra otra cuestión importante sobre los ganadores: también hay "perdedores". Un ganador en la dirección opuesta se convierte en un perdedor: la misma diferencia en el coeficiente de retrodispersión que hace que el ganador en una dirección cause un perdedor en la otra, lo que puede causar problemas considerables en el empalme si solo prueba en una dirección. En la dirección del perdedor, la pérdida mostrada por el OTDR siempre será la pérdida real más la diferencia en el coeficiente de retrodispersión, por lo que incluso si la pérdida del empalme real es muy baja, la pérdida medida será alta. Esto puede causar problemas si intenta realizar una reposición para corregir el problema, porque la medición siempre será incorrecta y mostrará la pérdida tan alta.

Puede ver otra buena manera de determinar que la pérdida de empalme OTDR no es confiable incluso con el número 2. Observe: ¿Cómo la pendiente de la curva es mucho más alta en la fibra en este segmento? Compare esto con el dibujo de arriba y verá otra forma de comprender cuándo la pérdida de empalme no es confiable. Simplemente mida la pérdida de la fibra a cada lado de la traza y vea si la dirección es pérdida alta > pérdida baja o viceversa.

Si bien esta fuente de error siempre está presente, puede eliminarse prácticamente tomando lecturas en ambos sentidos y promediando las mediciones, y muchos OTDR tienen esto programado en sus rutinas de medición. Esta es la única forma de probar los empalmes en línea para detectar pérdidas y obtener resultados precisos.

OTDR o OLTS?

Muchos estándares internacionales no permiten el uso de OTDR para medir la pérdida de una planta de cable instalada. En su lugar, se requieren pruebas de pérdida de inserción utilizando un OLTS o fuente y medidor de potencia.

“Fantasmas” del OTDR

Si está probando cables cortos con conectores altamente reflactantes, es probable que encuentre "fantasmas". Estos son causados ​​por la luz reflejada desde el conector del extremo lejano que se refleja hacia adelante y hacia atrás en la fibra hasta que se atenúa al nivel de ruido.

Los fantasmas son muy confusos, ya que parecen ser verdaderos eventos refractivos como conectores, pero no mostrarán ninguna pérdida. Si encuentra un evento refractivo en la traza en un punto donde se supone que no hay ninguna conexión, pero la conexión del cable de lanzamiento al cable bajo prueba es altamente refractive, busque fantasmas en múltiplos de la longitud del cable de lanzamiento o el primer cable que pruebes.

¡En cables muy cortos, múltiples reflaxiones realmente pueden confundirte! Una vez vimos un cable que se probó con un OTDR y se consideró malo porque estaba roto en el medio. De hecho, fue muy corto y la imagen fantasma hizo que pareciera un cable con una rotura en el medio, similar al rastro que se muestra aquí. El probador no había mirado la escala de distancia o habría notado que la "ruptura" estaba a 40 metros y el cable tenía solo 40 metros de largo. ¡El fantasma a 80 metros le parecía el final del cable!

Puede eliminar los fantasmas reduciendo los reflejos, por ejemplo, utilizando el fluido de coincidencia de índice en el extremo del cable de lanzamiento.

 

En un cuento:Lista de retorno
© 2011-2020 KomShine. Todos los derechos reservados.