Pomiary światłowodów – tłumienność spawu

Pomiary światłowodów

Po wykonaniu połączenia spawanego zaleca się pomiar jego tłumienności. Istnieje kilka metod aby wykonać pomiary światłowodów. To która metoda zostanie użyta do pomiaru zależy od kilku czynników, uwzględniając projekt, przeznaczenie sieci oraz rodzaj sieci, jak również dane techniczne oraz standardy, które mogą być zmieniane.

Trzy podstawowe metody pozwalające na pomiary światłowodów zostały opisane w tym artykule.

1.      Straty szacowane przez spawarkę

Po wykonaniu złącza spawanego, wiele urządzeń wyświetla szacowane straty spawu na podstawie geometrii złącza. Rzeczywiste straty zawierają się w dosyć szerokim zakresie, dlatego ocena tego złącza zależna jest m.in. od doświadczenia i rozwagi instalatora.

Starty szacowane przez urządzenie są najczęściej przydatne w ogólnej ocenie, czy poprawić spaw czy pozostawić go do dokładniejszych pomiarów. Jeżeli spaw osiągnie wysokie straty, zaleca się powtórzenie procedury spawania. Kryterium spawów dopuszczalnych w dużej mierze zależy od urządzenia, światłowodów, instalatora oraz czynników zewnętrznych ( jak temperatura, wiatr, kurze itp.) Najdokładniejsze metody są uzupełnione o pomiary światłowodów za pośrednictwem dodatkowych urządzeń (opisanych poniżej). Zapewnia to korelacje między szacowanymi stratami przez urządzenie i rezultatem końcowym. Proces ten może wymagać okresowego powtarzania, zwłaszcza jeśli zmieniamy typ światłowodu, użytkownika czy środowisko.

2.      Metoda transmisyjna – OLTS (Optical Loss Set Test, czyli źródło światła i miernik mocy)

Tradycyjne źródło światła i miernik mocy mogą być używane do oszacowania strat na spawie dla relatywnie krótkich linii zawierających jeden spaw. Jest to w dalszym ciągu wartość szacowana, ponieważ pomiary tłumienności metodą OLTS zawierają tłumienność całego włókna jak i spawu. W relatywnie krótkich liniach, tłumienność samego włókna powinna być bardzo mała, więc miernik mocy odczyta starty, które będzie można przypisać dla samego złącza spawanego. Jeśli zaś tłumienność światłowodu jest znana, może zostać odjęta od odczytanej mocy na mierniku co będzie wskazywało na tłumienność generowaną przez sam spaw.

Dla długich linii, większa część bądź całkowite straty są przypisane dla samego włókna, utrudniając oszacowanie strat na spawie. Co więcej, jeśli na linii pojawi się więcej niż jedno złącze spawane, OLTS odczyta jedynie straty generowane przez wszystkie spawy łącznie. Nie można więc odróżnić strat indywidualnie dla każdego złącza.

OLTS jest ekonomicznym i użytecznym sposobem aby upewnić się że cała linia mieści się w określonym „budżecie mocy”, co oczywiście jest najważniejszym kryterium. Nawet jeśli na linii są spawy, które uznano za zbyt wysokie, nie ma to dużego znaczenia jeśli końcowe starty mocy na całej linii mieszczą się w normie.

3.      Metoda reflektometryczna – OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

Reflektometr optyczny jest instrumentem przeznaczony do pomiarów światłowodowych. Jest to niezwykle użyteczne urządzenie, generujące raport z całą charakterystyką badanej linii światłowodowej, wymagając przy tym dostępu tylko do jednego końca włókna. Jest to do tej pory najlepsza metoda pomiaru tłumienności i reflektancji linii światłowodowej, uwzględniając pomiar na każdym połączeniu z osobna. Mimo to, zrozumienie działania reflektometrów optycznych jest niezbędne aby uniknąć niepewności związanych z pomiarem.

 

Reflektometr optyczny Yokogawa AQ7280

Reflektometr optyczny Yokogawa AQ7280

Aby maksymalnie ułatwić zrozumienie podstaw działania reflektometru OTDR, co rozszerzy pogląd na ustawianie parametrów w urządzeniu oraz na interpretację wyników pomiarowych, poniżej przedstawiono w punktach wartości charakterystyczne. Punktem wyjściowym jest założenie że „światło po wejściu do włókna podróżuje w nim napotykając różne przeszkody”

przyklady OTDR

Przebieg z pomiaru OTDR zawierający podstawowe zdarzenia.

Raport z przebiegu pomiarowego OTDR

Raport z przebiegu pomiarowego OTDR

 

Ponieważ pomiar OTDR opiera się na świetle odbitym jest to nadal szacowana tłumienność na światłowodzie. Metoda pomiaru opisana powyżej jest bardziej dokładna w przypadku pomiaru end-to-end, lecz nie generuje raportu z całej linii.

W dodatku pomiary światłowodów wykonywane przez OTDR, wykorzystując odbicie wsteczne, mogą być „oszukane” względem rzeczywistych strat na danym zdarzeniu. Powodem mogą być fluktuacje (zmiany) w średnicy pola modu (MFD). Jeśli światło biegnie z mniejszej średnicy pola modu do większej, wtedy po przejściu z włókna o większym MFD powraca mniej światła rozproszonego, co może powodować pozorne zwiększenie tłumienności. Odwrotną sytuacją będzie przypadek w której światło biegnie z większej średnicy pola modu do mniejszej, wtedy więcej światła rozproszonego odnotujemy po przejściu. OTDR odczyta to jako wzrost wartości (podbicie), często określane pojęciem „gainer”. W rzeczywistości moc nie może wzrastać, biorąc pod uwagę fakt , iż duża część strat jest generowana przez złącza. Należy pamiętać, że straty w takich przypadkach są silnie uzależnione od jakości łączonych światłowodów. W zależności od producenta, tłumienność spawu w przypadku skrajnie niedopasowanych rdzeni może osiągać 0,033 dB (wysokiej jakości włókna OFS). Jednak w przypadku spawania gorszych włókien lub łączenia światłowodów różnych producentów starty zgodnie z normą ITU mogą sięgać nawet 0,3dB.

gainer

Problemy wynikające z różnicy pola modu (MFD) są bardzo często generowane przez łączenie włókien innych producentów, bądź najzwyczajniej innych typów. Nie jest to jednak regułą, często MFD występuje w przypadku spawania włókien tego samego typu, od tego samego producenta. Wynika to z nie centryczności rdzeni we włóknach, powstałych na etapie produkcji. Światowej klasy producenci, narzucili pewne tolerancje dla MFD, rzędu ± 0.4 μm dla fali 1310nm i ± 0.8 μm, 1550 nm. Te mikroskopowe różnice są widoczne na przebiegu OTDR jeśli jedno włókno spawane było poniżej tej tolerancji a drugie powyżej.

Ważna informacją do zapamiętania jest podbicie „gainer” jako zjawisko pozorne. Jak należy odczytać straty na spawie w takim przypadku?

Dwukierunkowe pomiary światłowodów 

Uznano, że najbardziej dokładnym pomiarem jest pomiar światłowodów w dwóch kierunkach (bidirectional) na OTDR. Jest to udokumentowane w ANSI/TIA/EIA-455-8-2000 “Measurement of Splice or Connector Loss and Reflectance using an OTDR.”

Tłumienność spawu = średnia z pomiarów dwukierunkowych

Przykład:

Pomiar Kierunek Tłumienie spawu
1 A -> B 0,18 dB
2 B -> A -0,14 dB (gainer)
Suma 0,04 dB
Starty rzeczywiste (dwukierunkowa średnia) 0,02 dB

 

Przykład 2:

Pomiar Kierunek Tłumienie spawu
1 A -> B -0,20 dB (gainer)
2 B -> A 0,14 dB
Suma -0,06 dB
Starty rzeczywiste (dwukierunkowa średnia)  

-0,03 dB*

 

*Notatka: Nawet jeśli „rzeczywiste straty” są ujemne, jak już zaznaczono, mocy nie da się podwyższyć za pomocą spawu. Jednakże, z powodu marginesu błędu OTDR, ujemny wynik z pomiaru dwukierunkowego jest możliwy. W rzeczywistości, straty w takim przypadku są pomijalne.

 

Przykład 3:

Pomiar Kierunek Tłumienie spawu
1 A -> B 0,10 dB
2 B -> A 0,00 dB
Suma 0,10 dB
Starty rzeczywiste (dwukierunkowa średnia)  

0,05 dB*

 

Jednokierunkowe a dwukierunkowe pomiary światłowodów

Ze względu na możliwości OTDR wynikające z pomiarów jednokierunkowych, często zadajemy sobie pytanie po co wykonywać pomiary światłowodowe w obu kierunkach? Otóż jeżeli jest wymagany certyfikat (raport) z pomiarów, pomiar powinien zostać wykonany w obu kierunkach, gdyż jedynie prawdziwa wydajność linii światłowodowej jest odzwierciedlona przez pomiar dwukierunkowy.

Jednokierunkowe pomiary nie odzwierciedlają prawdziwych strat na spawie. Może to wprowadzić instalatora w błąd. Sytuacja w której pomiar jednokierunkowy zdaje egzamin to wyszukiwanie problemów na linii lub pomiar w pierwszym kierunku, w celu ustalenia czy każdy z wykonanych spawów jest gotowy do pomiarów w drugim kierunku.

Specyfikacje dotyczące tłumienności spawu

Specyfikacja dotycząca tłumienności spawów pozwala na zachowanie pewnych norm, np. czy dany spaw mieści się w „budżecie mocy”. Wydajność linii zależy od całkowitych strat mocy na tej linii a nie od pojedynczego złącza. Na przykład, jeśli budżet na linii wynosi 8 dB (po uwzględnieniu marginesu błędu) oraz tłumienność w kablu przyczynia się tylko do 4,8 dB strat (np. 0,4 dB/km przy 12 km to 4,8 dB), wtedy 3,2 dB jest przeznaczona na straty generowanej przez spawy i złącza. Jeśli niektóre spawy będą wysoko -stratne a niektóre mniej, ale łączna wartość będzie mieściła się w zakresie, nie będzie to stanowiło większego problemu.

Nakładanie rygorystycznych specyfikacji na pojedyncze spawy może być niekorzystne. Generalnie, rozsądne wymogi dotyczące tłumienności spawu powinny zostać ustalone na podstawie projektu oraz powinna być to średnia wszystkich spawów. Ustalając indywidualne specyfikacje dla linii należy pamiętać o czynnikach wpływających na straty, czyli niedopasowanie geometrii włókna, sprzęt, środowisko pracy, doświadczenie instalatora itp., w skrajnych przypadkach spawy mogą nie mieścić się w określonych przez użytkownika normach. Nie powinno się nakładać dodatkowych norm na nieudane spawy. W porównaniu do całej linii, straty na jednym nieudanym złączu będą nadrobione przez inne dobrze wykonane połączenia.

Unikaj dobierania specyfikacji w odniesieniu do jednego kierunku. Pomiary jednokierunkowe są użyteczne jedynie w lokalizacji zdarzeń, nie mają realnego odniesienia do rzeczywistych strat mocy na spawie. Jeżeli stosowane są pomiary jednokierunkowe, należy posiadać pewną wiedzę dotyczącą światłowodów oraz znając możliwości użytkowanego sprzętu. Ograniczenia dla pomiarów jednokierunkowych często powodują wiele niepotrzebnych przeróbek na linii.

Jednym z rozwiązań aby wykonać w miarę poprawne pomiary światłowodów w jednym kierunku jest ustalenie progu na poziomie 0,3 dB lub więcej. Jeżeli po przeróbkach dalej otrzymujemy niesatysfakcjonujący nas wynik, możemy mieć odczynienia z niezgodnością pola modu. Wskazany jest pomiar w drugim kierunku, zanim zdecydujemy się na kolejne poprawki.

Wytyczne dla projektantów sieci

Specyfikacje różnią się nieco w dopuszczalnych stratach dla pojedynczych spawów, jednak zawsze uwzględnia się dwie podstawowe kwestie:

  • Tłumienność spawu opiera się na dwukierunkowym, uśrednionym pomiarze OTDR
  • Specyfikacja dotycząca tłumienności bazują na średniej stracie wszystkich złącz spawanych.

Aby zapewnić zadawalający efekt końcowy dla sieci o dużej wydajności, zachowując przy tym niskie koszty instalacji, projektanci i instalatorzy powinni:

  • Ustalić specyfikacje dla tłumienności spawów oparte na ogólnych wymaganiach linii.
  • Ustalić tłumienność spawu opartą o średnie straty wszystkich złącz spawanych
  • Specyfikacja uśrednionych pomiarów dwukierunkowych OTDR dla pomiarów strat na złączach spawanych.
  • Unikać ograniczeń dla tłumienności spawów w pomiarach jednokierunkowych OTDR

Wytyczne dotyczące spawania dla instalatorów

Na przełomie ostatnich lat dokonano olbrzymiego postępu związanego z technologią spawania światłowodów, jednak ważną kwestią pozostają umiejętności techniczne, które mogą mieć wpływ na wiele czynników. W celu zagwarantowania jakości linii, efektywnego spawania z uwzględnieniem minimalnych poprawek, instalator powinien przestrzegać następujących zasad:

Ogólnie:

  • Postępuj zgodnie z wytycznymi producentów urządzeń dotyczącymi użytkowania oraz konserwacji
  • Utrzymuj urządzenia w czystości, zwłaszcza konektory i porty optyczne.

Tłumienie spawu:

  • Używaj spawarek światłowodowych z funkcją szacowania strat, jako wstępną ocenę spawu.
  1. Ustal wartość graniczną dla tego samego zakresu dB tłumienności spawów, zgodnie ze specyfikacją pracy.
  2. Jeśli początkowe straty nie mieszczą się w zakresie, powtórz proces spawania, nie więcej niż dwa razy przed pomiarem dwukierunkowym OTDR.
  • Jeśli używasz pomiarów jednokierunkowych OTDR w celu wstępnej analizy spawów:
  1. W przypadku zauważenia podbicia (tzw. „Gainer”) nie poprawiaj spawu. Zazwyczaj nie zauważa się znacznych zmian.
  2. Nie poprawiaj spawów więcej niż raz bez potrzeby. Często wystarczy wykonać pomiar dwukierunkowy.

One thought on “Pomiary światłowodów – tłumienność spawu

  • Naprawdę bardzo przydatny artykuł – pozwolił nam zaoszczędzić sporo nerwów przy pomiarach OTDRem z jednej strony

Komentarze są niedostępne