Practica OTDR

7/21/2019 Practica OTDR

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Prctica 4

OTDR: reflectmetro ptico

en el dominio del tiempo

Co

municacionespticas


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Prctica 4 OTDR: Reflectmetro ptico en el Dominio del Tiempo

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1. Prembulo .................................................................................................3

2. OTDR ........................................................................................................ 4

3. OTDR del Laboratorio. Caractersticas ............................................. 10

4. Medidas realizadas ................................................................................. 12

5. Realizacin de un empalme por fusin .............................................. 13

6. Conclusiones .......................................................................................... 14

7. Bibliografa ............................................................................................. 15

Anexos (hojas de caractersticas de los equipos)


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Un OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer) es un reflectmetro ptico en el dominio del tiempo queenva pulsos de luz, a la longitud de onda deseada, para luego medir sus ecos o reflexiones, o el tiempo quetarda en recibir un pulso reflejado a lo largo de la fibra ptica.

La salida normal que proporciona un OTDR es la de la potencia de la seal a lo largo de ladistancia de la fibra, hasta un lmite que pongamos o bien hasta que la seal sea indetectable por elaparato (comparable al ruido). Evidentemente, de ah podemos calcular las atenuaciones que se pro-ducen debidas a diversas causas: conectores, roturas, empalmes

La utilidad fundamental de este equipo es la de detectar problemas en sistemas de comunica-ciones pticas: niveles de atenuacin o dnde se produjo una rotura del enlace de fibra, entre otras.

En la prctica se va a estudiar el funcionamiento del OTDR, a partir de su diagrama de blo-ques, para luego definir los parmetros fundamentales para su manejo. Se trabajar con un equipo dela empresa JDSU, observando las trazas y valores que devuelve, para su posterior explicacin.

Por ltimo, se ensear cmo se realiza un empalme por fusin de fibras pticas con unequipo especfico, as como la caracterizacin del empalme en el OTDR.


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2.1 Introduccin

El OTDR se utiliza para realizar labores de instrumentacin en un sistema de comunicacio-nes pticas. De hecho, es el instrumento de campo ms importante para el control y supervisin delos mismos.

A continuacin se van a describir las caractersticas ms importantes de un OTDR.

2.2 Aplicaciones del OTDR

Vamos a ver algunas de los usos ms frecuentes de los reflectmetros pticos.

2.2.1 Caracterizacin de carretes de fibra ptica

Uno de los parmetros ms importantes es el factor de prdidas/atenuacin (). Pues bien,mediante el OTDR no slo se puede obtener su magnitud, sino que proporciona un diagrama dedistribucin de las prdidas a lo largo de toda la fibra.

2.2.2 Caracterizacin de los componentes de un sistema de CC.OO.

Se puede utilizar tambin para caracterizar las prdidas de distintos componentes pasivos; ta-les como conectores ( 0.5 dB), empalmes ( 0.1 dB), acopladores o filtros.

2.2.3 Deteccin de fallos y escuchasEs quizs la aplicacin ms importante, puesto que realizando una medida en un extremo de

la fibra se puede obtener con gran precisin la localizacin de prdidas en cualquier punto. Por lotanto, el OTDR es fundamental para realizar labores de mantenimiento (vase 2.2.4. RFTS).

2.2.4 RFTS (Remote Fiber Test System)

Se trata de sistemas de monitoreo de fibras pticas, con el fin de reducir el impacto de las posi-bles fallas que puedan afectar a una red de telecomunicaciones por fibra, pudiendo prevenir futuros fallos(prevencin). Un RFTS, en conjunto con equipos de pruebas y reflectmetros pticos en el dominio deltiempo (OTDR), determina el lugar de las degradaciones y fallas en los enlace. La implementacin de un sis-

tema de monitoreo eficiente implica actualmente costos excesivos, por la cantidad de equipos necesarios, y elsoporte aadido para conseguir que funcione correctamente.

2.2.5 Uso en fibras oscuras y activas

Con fibra oscura se hace referencia a los circuitos de fibra ptica, que han sido desplegados por algnoperador de telecomunicaciones, pero no estn siendo utilizados actualmente. Evidentemente, fibra activa (oiluminada) ser aquella que s se usa.

El porcentaje de fibra oscura en relacin a la fibra instalada es enorme y suele deberse al sobredimen-sionamiento de las redes por parte de los operadores de telecomunicaciones, ya que los gastos para montar elcableado (zanjas, canalizaciones) es elevado. En otros casos, los menos, se debe a que por algn fallo las fi-bras se han quedado a oscuras.

Con el OTDR se puede comprobar si la fibra oscura est en condiciones de entrar en funcionamien-to. O si ya esta operativa, dnde se ha producido el fallo y de qu tipo es.


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2.3 Principios de funcionamiento

La mejor forma de estudiar el comportamiento de un OTDR es mediante su diagrama debloques.

Fig. 1. Diagrama de bloques del OTDR.

El OTDR manda pulso a la fibra y cuando encuentra fenmenos en ella, provoca reflexionesque vuelven al OTDR.

Para generar el pulso, el DSP genera tensin con la informacin que le ha llegado y dichatensin incide sobre el driver. En el driver, la tensin se transforma en intensidad y sta, circula haciael lser para que ste emita luz. Con el acoplador, la luz se mandar hacia la fibra. Cuando la re-

flexin llega al conector, provoca un pulso que se detecta en el receptor cuando llega al acoplador yse amplifica con el buffer.El OTDR sabe cundo emiti el pulso y por el receptor conoce el tiempo al que le lleg la reflexin.

Entonces conoce la velocidad a la que se propag el pulso emitido v c n= y la distancia a la que se

ha producido el pico (el evento)

2;

2 2

d vt ct v d

t n= = =

Como lo que se quiere medir en el Rx son las prdidas, ste debe tener buena sensibilidady altavelocidad de respuesta.

2.4 Deteccin de eventos

Consideremos que la potencia a lo largo de la fibra es una funcin P(d).Si representamos

P(d) frente a z en escala logartmica (dB), dado que el factor de atenuacin ser del tipo ze , ob-tendremos una funcin lineal y decreciente, cuya pendiente nos indicar la atenuacin de la fibra(habitualmente en dB/km).

Sin embargo, sabemos que la fibra no es perfecta. De manera que ocurrirn eventos quemodifiquen la caracterstica lineal de la atenuacin. Grficamente nos podramos encontrar con un

esquema como el que aparece a continuacin.

Rx

v i

v i

Acoplador

Lser


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Fig. 2 Representacin de la potencia (atenuacin) a lo largo de una fibra

En esta figura aparecen todos los eventos genricos con los que nos podemos encontrarhabitualmente. Se pueden agrupar en 3 grupos, fundamentalmente:

- Backscattering: este fenmeno se ha comentado previamente, aunque no se le ha dadonombre. Parte de las prdidas por Scattering-Rayleigh provocarn que parte de la luz vuelva endireccin al comienzo de la fibra, lugar en el que se encuentra el OTDR. Es as como se puede reali-zar una estima de la distancia.

- Eventos no reflexivos: son aquellos en los que no se produce un cambio de medio, por loque no tiene lugar una reflexin y el nico efecto apreciable es una prdida de potencia (aumento de

la atenuacin).Ejemplos: empalme por fusin y curvaturas.- Eventos reflexivos: se dice de aquellos en los que aparece un cambio de medio que provoca

que parte de la potencia se refleje en direccin al OTDR. En estos casos se observar un aumentode potencia (disminucin de la atenuacin). Por ejemplo, conectores.

El problema de los eventos reflexivos ocurre en el transitorio en el que la atenuacin crece.En ese intervalo, el receptor no va a poder medir el backscattering y se va a perder informacin. Poreste motivo, a esos intervalos se les denomina zonas muertas.

Este efecto se observa en gran medida al comienzo de la fibra (en el primer conector). Dichazona muerta de comienzo puede ser de unos 50m e impide la deteccin de eventos/fallos. Esta es larazn de que habitualmente se introduzca un latiguillo de unos 50m entre el OTDR y la fibra que se

desea medir antes de realizar las mediciones.

2.5 Parmetros principales del OTDR

Los principales parmetros que determinan la calidad de un OTDR son el Rango Dinmicoy la Zona Muerta.

2.5.1 Rango dinmico

Se define como la diferencia entre la potencia reflejada inicialmente por Scattering-Rayleigh y

el nivel de ruido. Con este parmetro podemos estimar cuantas prdidas se pueden producir en lafibra, ya que si medimos ms all del margen dinmico se medira ruido. Vemos que est en torno alos 35dB 40dB.


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2.5.2 Zona muerta

Distinguimos dos tipos a su vez:

Zona Muerta de Prdidas o AtenuacinDiferencia entre el principio del evento reflexivo y el corte de la lnea paralela a la de Scatte-

ring de subida con 0.5dB.

Fig. 3 Caracterizacin de la zona muerta de prdidas

Zona Muerta de EventosDiferencia entre el pico reflexivo el evento y el corte de una lnea situada a 1.5 dB del pico

reflexivo.

Fig.4 Caracterizacin de la zona muerta de eventos

2.5.3 Factores que influyen en el rango dinmico y en la zona muerta

Lser del OTDR: emite una potencia ptica fija. Definimos como la anchura del pulsoque se emite.

Si aumenta la anchura del pulso, aumentar su energa.Si queremos un rango dinmico alto necesitamos aumentar la anchura del pulso porque la

potencia no la podemos modificar. Pero si aumentamos , cuando lleguemos a un evento reflexivo,la seal que se refleja en ese evento es elevada y lo que conseguimos con esto es aumentar la ZonaMuerta ya que estamos aumentando el tiempo de saturacin del receptor. Esto quiere decir que elreceptor se va a quedar ciego durante ms tiempo.

- Receptor: si es rpido (se recupera pronto de la saturacin debida a efectos reflexivos), elrango dinmico del OTDR es pequeo. Sin embargo si es lento, aumentamos la zona muerta.

Entonces:


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Habr que distinguir dos casos segn las distancias a las que se trabajen:

- Para hacer anlisis de frecuencia a largas distancias se prima el Rango Dinmico: se necesitaaumentar el rango dinmico porque se necesitan pulsos lo ms anchos posibles.

- Para hacer anlisis de frecuencia a distancias cortas se necesitars pulsos estrechos para te-ner buena resolucin espacial.

2.6 Reflexiones fantasma

Se les denomina zonas reflexiones fantasma a todos los eventos que detecta el OTDR, peroque no han ocurrido realmente. A travs de una figura se puede observar un ejemplo de este hecho.

Fig.5 Ejemplo de reflexin fantasma

Por lo tanto, es necesario llegar a un compromiso

entre el Rango Dinmico y la Zona Muerta


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Se provoca un evento reflexivo que no es provocado por nada. Una reflexin fantasma no seda nunca antes de dos eventos reflexivos. Sin embargo, con solo conectar la lnea, ya tenemos elconector del principio y el final, luego ya se pueden producir efectos reflexivos.

Podemos averiguar si se ha producido una reflexin fantasma viendo la distancia a la que hatenido lugar el supuesto evento.

( ) ( )2 2 1 2 1 22 1

22

l l l l l l d l l

+ + += =

Una reflexin a esta distancia no proviene de ningn conector. Este tipo de eventos no tie-nen porqu verse siempre. Slo lo harn cuando la potencia ptica que emite el OTDR tiene sufi-ciente potencia para reflejarse todas las veces que se requiere para que lleguen al receptor.

Otro origen de reflexiones fantasmas es debido al equipo, ya que mandan pulsos a distintafrecuencia. Si mando uno y antes de recibir la seal envo otro, estamos solapando las medidas. Porello es importante hacer una seleccin correcta de los parmetros del OTDR (id. es importante con-figurarlo).


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El OTDR utilizado en la prctica pertenece a la empresa Wavetek antigua Acterna (y ahora

adquirida por JDSU). Dicho modelo es de la serie 5000.El instrumento dispone de dos mdulos, uno monomodo(SMF) y el otro multimodo(MMF),una unidad de disco flexible y un puerto pararelelo.

Fig.6: OTDR MTS-5100 (JDSU)

Wavetek serie 5000 Multimodo Monomodo

Referencia mdulo 5023ML 5026SRLongitud de onda 850/1300 nm 1300/1550 nmRango Dinmico 16 / 14 dB 27.5 / 25 dBPromediado RMS 18 / 16 dB 31 / 29 dBRango de distancia ----- 260 kmDuracin del pulso 3 200 ns 10 ns 10 s

Zonamuerta

Eventos 2 m 4 mAtenuacin 10 m 25 m

Tabla 1: Caractersticas del OTDR MTS-5100

La razn por la que en funcionamiento multimodo slo se trabaje en primera y segunda ven-

tana es normalmente se implementa en red una barata con lser barato. Otra cosa a tener en cuentacuando se trabaja en monomodo es que el nivel de scattering ser sensiblemente superior ya que losfotones que se emiten en direccin aleatoria tienen menor probabilidad de salir del ncleo que sitrabajamos en multimodo.

Por ello, la potencia usada si estamos en funcionamiento monomodo debe ser mayor; lo quenos lleva a concluir que la zona muerta sea mayor que en el otro modo.

Cuando queremos grandes distancias se usa el monomodo (alcance de hasta 260km). Lasmedidas para caracterizar empalmes o conectores se pueden hacer mediante dos mtodos: el de dospuntos o mediante regresin lineal (LSA), siendo este ltimo es el que usa.


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Fig. 7: Una traza mostrada por el OTDR.

Para configurar el equipo seguiremos una serie de pasos:

-En el men principal se elige el modo en el transmitir: monomodo (SM o SR) o multimodo(MM o ML). Tambin es posible configurar otros parmetros secundarios como hora o resolucin.

-En el men de medida seleccionamos los parmetros del lser:La longitud de onda (obviamente si seleccionamos el monomodo solo nos dejara elegir en-

tre la segunda y tercera ventana).El modo manual o automtico.El pulso (cuyo ancho oscilar entre un mnimo de 10ns y un mximo de 1us).El rango de medida (o sea, la distancia que queremos medir (40 km en nuestro caso).La resolucin (tiene correspondencia con la tasa de muestreo del ADC).El tiempo de adquisicin o tiempo de promediado.

Es necesario calibrar bien la frecuencia de muestreo para evitar la aparicin de reflexionesfantasmas.-Elegir el ndice de refraccin de la fibra MMF (el ndice que est almacenado en el programa

que es 1.465, aunque la fibra que utilizamos es de tipo Corning 62.5 multimodo con ndice de refrac-cin 1.49).

-Hay que tener precaucin a la hora de conectar la fibra, pues si no lo hiciramos y encendi-ramos el instrumento se podra deteriorar ya que se producira una reflexin muy grande.

-La zona muerta al principio, la del conector inicial, es mucho mayor que las siguientes por-que el pulso llega con mucha potencia. Para disminuir la potencia con la que llega y por lo tanto lazona muerta que provoca se usa una fibra de lanzamiento que colocamos entre el OTDR y la fibra acaracterizar.


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Para llevar a cabo las medidas en el laboratorio, podemos emplear dos mtodos de operacin:- Mtodo de los dos puntos. Consiste en localizar dos puntos donde se plasme la disconti-

nuidad medida, uno inicial y otro final. El procedimiento ser restar manualmente la po-tencia en el punto inicial y en el final. Ser el procedimiento de medida que utilicemos enel laboratorio, ayudndonos de los cursores del dispositivo.

- Regresin lineal. En este mtodo, totalmente automatizado, el reflectmetro, estima lapotencia que se tendra a una determinada distancia cercana a la discontinuidad si estano se hubiera producido, mediante regresin (Fig. 9). Hecho esto, ser tan sencillo comocalcular la diferencia de potencia y presentarlo en un display.

Fig. 8. Mtodo de operacin con dos puntos.

Fig. 9. Mtodo de operacin de regresin lineal.

Presentado el mtodo de operacin que vamos a usar, procedemos a caracterizar con el OTDR dosmontajes distintos:

4.1 Tres latiguillos (3.5m) en serie con conectores con fibra(1Km).

En primer lugar, escogeremos un ancho de pulso de 0.3m consiguiendo un compromiso en-tre la longitud de la zona muerta inicial y el nivel de ruido (un nivel alto reduce notablemente la reso-lucin de la medida). Despus, haremos la medida en primera ventana y con ayuda de los cursores,

contabilizamos una cada inicial de unos 20.14dBm a 23.49dBm. En esta cada se puede apreciarlevemente el efecto de uno de los conectores, aunque es muy difcil aislarlo, ya que est muy cerca dela zona muerta. Por ltimo, observamos una reflexin fantasma al final de la fibra (unos lbulos depotencia antes de caer a cero).

4.2 Fibra (1Km) en serie con empalme con fibra (1Km).Para este montaje, trabajamos en segunda ventana (en tercera la representacin en pantalla sera si-

milar), siendo menos crucial la eleccin del ancho de pulso, por lo que podremos aumentar la reso-

lucin. Medimos una atenuacin de 0.35dB/Km y el efecto del empalme por fusin (0.23dB). Aqu

tambin se aprecian los lbulos de potencia antes de caer a cero al final de la fibra.


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Prctica 4 OTD

En la ltima parte de lmediantefusin. Conviene reco

Por empalme entendelen ser fijos y permanentes. Enos en el de fusin, se siguen l

1. Preparacin y cohace una muesca azar con diferentes icalidad del corte) einserta el extremotratase) se realiza el

que rodea a la fibratotalmente limpia.2. Alineamiento de l

bras, que se lleva aversos efectos prov

Para ello se reqes el modelo FSM-16S

Fi

: Reflectmetro ptico en el Dominio de

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a prctica, se procedi a realizar un empalmedar un poco este tipo de empalme.

os una soldadura propiamente dicha entreisten dos clases fundamentales: mecnicos ys siguientes pasos para realizarlo:

te de los extremos. Se emplean tcnicas dela fibra, para luego tirar de ella y realizar el construmentos, si bien el que da unos mejoress un cortador mediante rueda de diamante (ue la fibra y mediante un pequeo golpe (comocorte. Antes de realizar el corte, es necesario

, as como limpiar mediante algn tipo de alco

as fibras.Resulta crtico el correcto alineamiecabo mediante tcnicas fijas o mviles. En la f

ocados por un mal alineamineto.

Fig. 10. Efectos de un desalineamiento.

iere de una mquina que realice esta tarea. Lae Fujikura.

. 11. Mquina para empalmar Fujikura FSM-18S

Tiempo

de dos trozos de fibra

extremos de fibra. Sue- or fusin. Centrndo-

corte en las que se lete. Esto se puede reali-

esultados (en cuanto asado en la prctica). Sesi de una grapadora seeliminar la proteccin

hol la zona para dejarla

to del ncleo de las fi- ig. 10 se pueden ver di-

usada en el laboratorio


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3. Soldadura por fusin.Mediante calor, o como es el caso, con un arco elctrico provo-cado entre dos electrodos, los ncleos de las fibras se funden en uno slo, por lo que noes necesario el uso de ningn componente adhesivo. Esto tambin lo realiza la mquina,en la que, mediante una cmara microscpica en el interior, permite observar cmo serealiza el empalme.

4. Proteccin del empalme.Una vez realizado, sera necesario proteger la zona de unin,

ya que la descarga puede provocar pequeas grietas en la cubierta de la fibra disminuyen-do su resistencia.

Tras la realizacin de esta prctica hemos tomado constancia de que el OTDR es un instru-mento de suma importancia en comunicaciones pticas ya que nos permite detectar cosas tan im-portantes como errores o imperfecciones en una fibra y su ubicacin, caracterizacin de empalmesetc.

Esto adquiere trascendencia cuando por ejemplo no funciona la fibra y podemos saber don-de hay que abrir una zanja para su posterior reensamblado.

No obstante para su manejo hay que tener un cuidado especial y saber interpretar bien lastrazas ya que de lo contrario podramos incurrir en errores todava ms graves.

Aadir que tambin se nos ha mostrado cmo se realiza una unin (empalme) entre dos tro-zos de fibra (concretamente por fusin) y las posibles prdidas que presenta, visualizadas en elOTDR.


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7.1 Escrita

Apuntes tomados en el desarrollo de la prctica. Prctica 1 de la asignatura CC.OO. (varios).

7.2 Internet Enciclopedia libre Wikipedia, http://es.wikipedia.org/wiki/OTDR

Manual del OTDR MTS-5100 de JDSU:http://www.jdsu.com/test_and_measurement/products/descriptions/MTSe/index

Web fabricante Fujikura:http://www.fujikura.co.uk/fibre_optics/products/splicers/index.html


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Especificaciones tc

I

icas del MTS-5100


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Prctica 3 OSA:

Especificaciones tc

El modelo usado en latacin.

Analizador de Espectro ptico (Especific

II

icas del FSM-18S

rctica es el FSM-16S, si bien estas caracterst

aciones)

icas sirven como orien-

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