INSTRUKCJA DO LABORATORIUM Spawarka światłowodowa, reflektometr optyczny OTDR (ang. Optical time domain reflectometer), zestaw transmisyjny
1. SPAWARKA ŚWIATŁOWODOWA Spawanie światłowodów polega na połączeniu dwóch oddzielnych odcinków światłowodów w jeden ciągły. Są dwie drogi umożliwiające łączenia światłowodów: a) Mechaniczne, b) Spawanie światłowodu. a) Spawarka światłowodowa konstrukcja i zasada działania Rys. 1. Spawarka światłowodowa Fitel S177 Rys. 2. Korpus główny
Rys. 3. Zadania przypisane dla poszczególnych przycisków, opis sygnalizacji diod LED Rys. 4. Wyświetlacz LCD spawarki światłowodowej b) Przygotowanie i spawanie włókna światłowodowego - usunięcie warstw ochronnych włókna przy pomocy obcinarki, Rys. 5. Typowa konstrukcja kabla światłowodowego - wyczyszczenie okładziny i rdzenia, teraz możemy zainstalowad kabel światłowodowy w specjalnych uchwytach, następnie zamykamy pokrywę ochronną. Jeśli wszystko będzie w porządku *, na wyświetlaczu LCD powinniśmy zobaczyd centrowanie kabli światłowodowych. Po wycentrowaniu spawanie powinno rozpocząd się automatycznie. * jeśli otrzymamy błąd, powinniśmy sprawdzid przygotowywane koocówki kabli i ewentualnie powtórzyd jeszcze raz obcinanie, czyszczenie itd.
Po udanym połączeniu przewodów, należy zabezpieczyd miejsce spawania specjalną ochronną otuliną, którą w celu lepszego dopasowania należy ogrzad we wbudowanej grzałce. Aby rozpocząd proces grzania, należy wybrad żółty przycisk. Ogrzewanie zakooczy się w sposób automatyczny. Włókna optyczne są zespawane i gotowe do użycia. Dobry spaw powinien wprowadzad tłumienie w granicach od 0.1 do 0.3 db. 2. REFLEKTOMETR OPTYCZNY OTDR Reflektometr optyczny OTDR jest to elektroniczne urządzenie służące do pomiarów długości i tłumienności włókien światłowodowych. Zasada działania urządzenia opiera się na porównaniu sygnału wysłanego z sygnałem odbitym od kooca włókna lub od niejednorodności występujących we włóknie. a) Konstrukcja i zasada działania OTDR Rys. 6. Zasada działania reflektometru optycznego b) Zjawiska zachodzące we włóknie optycznym Rozpraszanie Rayleigha Rys. 7. Rozpraszanie Rayleigha we włóknie światłowodowym
Odbicie w miejscu występowania spawu Odbicie w punkcie połączenia dwóch światłowodów Rys. 8. Odbicie na złączu Odbicie Fresnela na początku i koocu światłowodu Rys. 9. Odbicie Fresnela Rys. 10. Odbicie Fresnela na koocu światłowodu
Martwa strefa Obszar, w którym wpływ jednego zdarzenia (np. miejsca połączenia dwóch światłowodów przez łącznik) zasłania wystąpienie innego zdarzenia (np. miejsca wystąpienia spawu). W wyniku zajścia dwóch zjawisk będących w bliskiej obecności niemożliwe jest rozpoznanie tego drugiego. Można wyróżnid następujące typy martwych stref: a) Zdarzenia (ang. event) Obszar, w którym sąsiadujące ze sobą odbicia nie mogą zostad rozdzielone w efekcie, czego możliwe jest zmierzenie tłumienia tylko dla pierwszego zdarzenia. b) Tłumienia (ang. attenuation) Obszar, w którym z powodu dużego odbicia nie mogą zostad rozdzielone i zmierzone tłumienia dla występujących obok siebie zjawisk. Rys. 11. Martwa strefa Efekt Ducha (ang. Ghost effect) Kursor Duch jest wykorzystywany do sprawdzenia odbid wtórnych. Odbicie wtórne to odbicie, które zostało wykryte w miejscu, w którym w rzeczywistości nie występuje żadne zdarzenie. Duch tworzony jest przez impuls, który odbija się od kooca światłowodu, następnie od pierwszego złącza reflektometru i ponownie od kooca światłowodu. Rys. 12. Efekt Ducha
c) Reflektometr OTDR YOKOGAWA AQ7280 Rys. 13. AQ7280 główny panel Rys. 14. AQ7280 wyświetlacz LCD z widokiem na główne menu
Rys. 15. AQ7280 LCD obszar roboczy Rys. 16. AQ7280 LCD obszar roboczy
Rys. 17. AQ7280 LCD obszar roboczy po wykonaniu pomiarów Tab. 1. Najważniejsze opcje w OTDR Długośd fali (ang. Wavelength): - 1310 nm, - 1550 nm (więcej energii), Zasięg (ang. Distance range): - powinien byd dwukrotnie większy niż mierzony światłowód, Szerokośd impulsu (ang. pulse width): - krótki dokładniejsze pomiary, mniejsza martwa strefa, niewskazany dla długich pomiarów (zbyt mała moc), - długi większa moc, większa strefa martwa, większa martwa strefa. Interwał próbkowania: - wysoka rozdzielczośd krótki odstęp oznacza wysoką dokładnośd.
Tab. 1. Cd Typ pomiaru: - Hi-Speed zalecana opcja dla krótkiego światłowodu bez odbicia, - Hi-Reflection eliminuje wpływ dużych odbid w reflektometrze, wybór tej opcji wydłuża czas pomiaru, Światłowód w użyciu: - jest to funkcja, która sprawdza czy we włóknie, który chcemy poddad pomiarom, nie jest prowadzona transmisja optyczna. d) Inspekcja złączy kabli światłowodowych z wykorzystaniem kamery Tab. 2. Zdjęcia z kamery inspekcyjnej Czyste złącze Zanieczyszczenia (kurz, brud, tłuszcz, płyn) albo uszkodzenie złącza (wada fabryczna, zadrapania, uszkodzenia mechaniczne, spalone włókno)
e) Analiza zdarzeo z charakterystyk otrzymanych z reflektometru - Analiza charakterystyk zawierających elementy pasywne (złącza, rozdzielacze, złączki, spawy, zgięcia). Rys. 18. Przykładowy wynik pomiaru z reflektometru optycznego Rys. 19. Spawy, złącza kątowe, zgięcia światłowodu wpływ na wyniki pomiarów
3. REFLEKTOMETR OTDR I SPAWARKA ŚWIATŁOWODOWA W PRAKTYCE a) Infrastruktura światłowodowa Rys. 20. Przykładowy przebieg infrastruktury światłowodowej b) Typowe zastosowania reflektometru optycznego OTDR - sprawdzanie toru optycznego po wybudowaniu (a przed zestawieniem transmisji optycznej), w celu określenia dopuszczalnego tłumienia oraz sprawdzenia stanu fizycznego włókien, - sprawdzenie lokalizacji poprowadzenia włókien optycznych, - sprawdzenie poprawności podłączenia włókien optycznych na odpowiednie porty, - lokalizacja awarii włókna optycznego (spowodowanego przecięciem lub uszkodzeniem z powodu zużycia lub najczęściej prowadzenia prac budowlanych nowej sieci optycznej, sieci wodociągowej bądź energetycznej). c) Charakterystyki otrzymane z rzeczywistych pomiarów w terenie d) Reflektometr OTDR i spawarka światłowodowa w praktyce Rys. 21. Widok otwartej studni kablowej wraz z zapasem kabla i mufą
Rys. 22. Mufa kablowa Rys. 23. Mufa kablowa od wewnątrz
Rys. 24. Mufa kablowa z widokiem na wewnętrzne rozmieszczenie włókien z dwóch kierunków Rys. 25. Mufa kablowa z widokiem dwóch tub
Rys. 26. Mufa kablowa Fist Rys. 27. Spawarka światłowodowa etap montowania zespawanych włókien w zgrzewarce
Rys. 28. Spawarka światłowodowa etap przygotowywania do rozpoczęcia zgrzewania Rys. 29. Spawarka światłowodowa spawanie włókna jednomodowego z wielomodowym
Rys. 30. Spawarka światłowodowa spawanie stopionych włókien
4. ZESTAWY ŚWIATŁOWODOWE a) Oscyloskop Rys. 31. Oscyloskop firmy Keysight z widocznym wykresem okowym Rys. 32. Oscyloskop wybrane opcje b) Wyznaczenie charakterystyk prądowo-mocowych źródeł światła. Połączyd patch-cordem wyjście diody LED z wejściem odbiornika i zmieniając prąd polaryzacji (pokrętłem) odczytad odpowiadające mu poziomy mocy (odczyt z wyświetlacza odbiornika). Sporządzid wykres. Wyznaczyd optymalny punkt pracy połowa prądu maksymalnego. Nastawid w nadajniku LED prąd polaryzacji na optymalny punkt pracy (nie zmieniad tego ustawienia do kooca dwiczenia).
Powtórzyd badanie dla lasera (połączyd patch-cordem wyjście lasera z wejściem odbiornika). Sporządzid wykres i zaznaczyd punkt określający prąd progowy I th. Wyznaczyd optymalny punkt pracy : I opt = I max I th + I 2 th. Nastawid w nadajniku laserowym prąd polaryzacji na optymalny punkt pracy (nie zmieniad tego ustawienia do kooca dwiczenia). c) Oszacowad BER na podstawie wykresu oczkowego. Suplement na koocu instrukcji przypomina jak wyliczad BER z parametru Q posługując się wykresem oczkowym. Wykonad połączenie jak na schemacie poniżej. Rys. 33. Schemat połączenia dla dwiczenia z podpunktu C Oszacowad BER dla trzech połączonych szpul na podstawie parametru Q dla następujących przypadków: przepływności 10 i 40 Mbit/s badanie wykonad dla lasera i diody LED jako nadajnika (w sumie 4 przypadki); w tym punkcie włączyd w oscyloskopie ograniczenie pasma BW, aby zmniejszyd poziom szumu w razie wątpliwości proszę spytad prowadzącego.
Suplement. Wyliczanie BER. Rys. 34. Wykres okowy Wykres oczkowy z zaznaczonymi wartościami potrzebnymi do obliczenia parametru Q Parametr Q to elektryczny stosunek sygnału do szumu, zdefiniowany jako *2+: U 1 0 Q, 1 U 0 U 1 - wartośd średnia sygnału przy 1, U 0 - wartośd średnia sygnału przy 0, 1 - odchylenie standardowe wartości sygnału przy 1, 0 - odchylenie standardowe wartości sygnału przy 0. Można również skorzystad z uproszczonego wzoru do wyznaczania BER, opisanego zależnością: BER 1 exp Q 1 2 2 Q 2.