OTDR Messtechnik

September 2009Jörg LatzelOnline Training

OTDR Grundlagen

Optische Meßtechnik

OTDR Grundlagen

Wir beschäftigen uns mit:

OTDR – Quellen und Empfänger Intereferenzen und StöreffekteDämpfungsmessungen mit TestsetsOTDR Messungen und MarkerTotzonen und Mittelungsmethoden

Live Demonstrationen Auflösung/Totzone in Abhängigkeit von der Pulsbreite Auflösung in Abhängigkeit der Messpunkte

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Meßverfahrenentstehung

Aus Kupfer Technik bekannte Verfahren musstenabgewandelt werden

Statt Generatoren kommen optische Quellenzum Einsatz (LASER (OTDR) und LED(DÄMPFUNGSTESTER)

Statt Empfängern Rezeptoren (InGaAs für1310/1550; Si oder Ge für 850nm; auch daimmer häufiger InGaAs)

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Optische Messtechnik

Messverfahren

Durchlichtverfahren Abschneideverfahren Einfügeverfahren

Reflektometerverfahren

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Durchlichtmethode nach dem Abschneideverfahren

FUT

FUT

Referenzfaser

Referenzfaser

Referenzfaser

Dämpfung = (P2- P1) dB

P1 dBm

P2 dBm

SchnittstelleSchritt 1

Schritt 2

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Durchlichtmethode nach dem Einfügeverfahren

St.1

St.2 St.5

St.6

St.1

St.2 St.3 St.4 S t.5

St.6

P1 dBm

P2dBm

Dämpfung = (P1- P2) dB

FUT

Schritt 1

Schritt 2

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OTDROTDR --Optische RückstreumessungOptische Rückstreumessung

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OTDR – Die Messung

Eine OTDR Messung gibt Auskunft über:

Faserlänge in km, m

Gesamtdämpfung der Faser in dB, dB/km (Dämpfungsbelag)

Stecker- / Spleissdämpfung in dB Dämpfung (Stecker und Spleiss) dB Return Loss (Stecker)

Wie erarbeitet ein OTDR diese Werte? ->

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Prinzipaufbau eines AQ7275

LD

Direktionaler Kopplerz.B.: halbdurchlässiger Spiegel

Laserdiode

Puls-generator

Fotodiode

Elektr.Verstärker

Rechner

Testfaser

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OTDR das Meßverfahren

Bei der optischen Rückstreumessung wird ein Lichtimpuls mit bekannter Impulslänge (10ns bis 20µs) 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 zumMeßgerät benötigt. Größe und Form des Ereignisse geben Auskunft über die Art. Der Zeitpunkt tkann 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 nach10 km gebrochen. Spleiße oder Stecker treten in Form von zusätzlicher Dämpfung auf.

Pulslänge 10µs = 2000m (in Faser) -> Totzone 1000m Pulslänge 1µs = 200m -> Totzone 100m Pulslänge 100ns = 20m -> Totzone 10m Pulslänge 10ns = 2m -> theoretische Totzone 1m Pulslänge 3ns = 0,6m -> theoretische Totzone 0,3m

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Dämpfungsverlauf anhand des reflektierten Lichts

Spleißdämpfung

Konnektordämpfung

Fusionsspleiß Konnektor100%

4%

max. 4% ( 14dB )

96%

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Beurteilung der Messung (1/4)

Dämpfungsmessung Steht keine Vorlauffaser zur Verfügung, sind wie in der

Abbildung Marker zu setzen. Die Dämpfung kann dannan der Skalierung abgelesen werden. Der Anfangs- undEndstecker können so nicht beurteilt werden!

Dämpfung in dB ohneAnfangs- undEndstecker

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Beurteilung der Messung (2/4)

Dämpfungsmessung Optimal ist die Messung unter Verwendung von Vor-

und Nachlauf. Zur Dämpfungsbeurteilung wird einMarker vor den Reflex des ersten Steckers und derEndmarker nach der letzten Steckung gesetzt

Die Gesamtdämpfung beinhaltet somit sowohl dieSteckung am Anfang, als auch am Ende der Faser

Vorlauf Zu testende Faser mit Steckern Nach-lauf

Dämpfung in dB

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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 M4soweit wie möglich nach dem Spleiss; M3 und M4werden dann zur Interpolation verwendet, so dass dieDämpfung unmittelbar am Spleiss beurteilt wird (einSpleiss hat „keine“ Länge)

M2M1

M3 M4

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Beurteilung der Messung (4/4)

M1M2

meist autom.gesetzter DELTAMarker

M3M4

Spleiss-DämpfungsmessungEs werden 5 Marker verwendet: Für M1-M4 gilt gleiches wie bei derSpleissdämpfung. M3 und M4 werden wieder zur Interpolationverwendet, so dass die Dämpfung unmittelbar am Stecker beurteiltwird (ein Stecker hat „keine“ Länge)Der Delta Marker dient der Rückflussdämpfungsbeurteilubg vonReflektionen; je niedriger die Reflektion, desto höher der Betrag derRückflussdämpfung, z.B.: - 60dB; der RL hat immer ein negativesVorzeichen

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Unter welchen Voraussetzungen kann die Faser mit OTDRMessungen beurteilt werden?

Als gegeben gelten auf derGlasfaserübertragungsstrecke:

Fresnel Reflexionen Rayleigh Backscatter ( Rückstreuung )

Was ist das? ->

Bedingungen der Messung

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FRESNEL REFLEXION

Fresnelreflex Am Übergang unterschiedlicher Medien wird Licht zum

Teil reflektiert. Dadurch ist es möglich, Stecker zulokalisieren und die Stärke des Reflexes zu beurteilen

(Prinzip wie bei Reflex an Wasseroberfläche)

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RAYLEIGH-RÜCKSTREUUNG

Kern

LD- Quelle

ankommendes Lichtgestreutes Licht (teils rückgestreut)

Rayleigh Rückstreuung Durch Inhomogenitäten im Glas kommt es an jeder Stelle in der

Faser zu Streuungen. Diese Streuung fällt teils als Rückstreuungaus und wird somit zum Sender (OTDR) zurück gestreut. DiesesLicht verwendet das OTDR um eine Aussage zur Dämpfung zumachen: Je höher die Rückstreuung umso größer die Dämpfung

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OTDR - Messtechnische Spezifikation

Für die Qualität der OTDR Messungen vonBedeutung sind:Definitionen des DynamikbereichesPulslängen

aus beiden vorgenannten Punkten entstehendegegenseitige Abhängigkeiten

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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

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PULSBREITE

Die Pulsbreitenauswahl wirkt sichunmittelbar auf die Qualität der Ergebnisseaus: Größere Pulsbreite:

Mehr Energie, größerer Dynamik-Bereich

Kleinere Pulsbreite: Bessere Auflösung, Dynamik-Bereich wird dadurch reduziert,

mehr Mittelungen notwendig

LIVE DEMO AUFLÖSUNG!

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OTDR Messung zur Pulsbreite (LIVE DEMO)

Messung mitgeringerOrtsauflösung

Messung mithoher Auflösung,aber ohneMittelung

Mittelung über6000Messungen mithoherAuflösung

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Pulsbreite: Eine kleine Berechnung

Eine Pulsbreite von 10 ns hat eine berechnete Längevon:

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

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OTDR - wichtige Einstellungen

LSA/2PA; Welche Unterschiedeergeben sich ?

Genauigkeit / Linearität IOR/EIOR Totzone

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LSA/2PA (1/7)

2PA - Eine einfache Gerade verbindet zwei Punktemiteinander

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LSA/2PA (2/7)

LSA- Gerade, die die geringste Abweichung zu allenPunkten zwischen zwei Markern besitzt

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LSA/2PA (3/7)

Gesamtdämpfung 2PA

Korrekte Messung

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LSA/2PA (4/7)

Gesamtdämpfung LSA Spleiße und Fresnel-Reflexionen führen zu Fehlern

Fehlerhafte Messung

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LSA/2PA (5/7)

Spleißdämpfung, 2 Markers

Fehler

Fehlerhafte Messung

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LSA/2PA (6/7)

Spleißdämpfung , 2PA Markerposition verändert das Ergebnis

Fehlerhafte Messung

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LSA/2PA (7/7)

Spleißdämpfung, LSA - Korrekt

Korrekte Messung

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Totzone Auflösung

Grenzen der Physik

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Messpunktanzahl / Anzeigeauflösung LIVE DEMO

Messung 1 zeigt eine Messauflösung von 2m (50.000Messpunkte im 100km Distanzbereich)

Messung 2 zeigt eine Messauflösung von 4m (25.000Messpunkte im 100km Distanzbereich) und die damiteinhergehende mögliche Positionsfehlbestimmung

1

2

Gemessene Spleißposition „hohe Auflösung)

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Totzone (1/3)

Die Qualität der Reflexion hat einen entscheidenden Einfluss aufdie Totzone

Wie gezeigt gilt, je höher der Reflex, umso höher die auf denDetektor fallende Energie und umso länger die Zeit, die zurRückkehr in den linearen Bereich benötigt wird

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Totzone (2/3)

Bei ca. L = 12,3 km tritt einezusätzliche Dämpfung auf, die voneinem Spleiß herrühren könnte; dieDämpfung wird mit etwa 0,75 dBgemessen

Die „scheinbare“ Länge desEreignisses beträgt ca. 100 m. Daein Spleiß wirklich aber nur einigeµm Länge hat, nennt man diesenBereich Totzone.

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Totzone (3/3)

Zusammenfassen ist die Totzone abhängig von: Pulsbreite / Schalter / Empfängerbandbreite Return Loss des Konnektors

Totzone (Dämpfung)

Rückstreukurve0,5dB0,5dB

1,5dB

Totzone (Ereignis)

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OTDR - besondere Ereignisse

Ghosts aufgrund schlechter Stecker aufgrund falscher Einstellungen

Rauschen and Average (Mittelwert) Spleißgewinn und Zwei-Wege-Messung

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7,25km 14,5km

7,25km

GHOSTS (1/3)

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GHOSTS (2/3)

7,25km 14,5km

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GHOSTS (3/3)

100km Distanz-Bereich 10km Distanz-Bereich

35km

35km

10km Distanz-Bereich

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RAUSCHEN UND AVERAGE

Distanzbereich jeweils 20 kmSmode FaserWellenlänge 1550nmPulslänge 20 nsMittelungszeit links 4 secMittelungszeit rechts 60 sec

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SPLEIßGEWINN UND ZWEI-WEGE-MESSUNG

Tatsächliche Dämpfung = (-0.1+0.5)/2 = 0.2dB

Faser 1Faser 2

Faser 2

Faser 1

0,1dB

0,5dB

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Wir haben diese Themen behandelt:

OTDR – Quellen und Empfänger Intereferenzen und StöreffekteDämpfungsmessungen mit TestsetsOTDR Messungen und MarkerTotzonen und Mittelungsmethoden

Danke für die Aufmerksamkeit!