Пошук і усунення несправностей в волоконної оптики

Прилади молодшого класу призначені для контролю безперервності лінії, а прилади середнього цінового діапазону дозволяють визначити рівень оптичної потужності в лінії. Серйозну ж діагностику слід проводити за допомогою оптичних рефлектометрів в тимчасовій області (Optical Time Domain Reflectometer, OTDR). Це досить дороге обладнання. Якщо рівень потужності виявляється незадовільним або рефлектометр виявляє точкову проблему, то перше, що потрібно зробити, - очис-тить і перевірити торці оптичних з'єднувачів.

ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

При роботі з оптикою завжди слід бути обережними. Довжини хвиль, що використовуються в оптичних мережах, відносяться до невидимого діапазону. Людське око сприймає випромінювання певного спектру: від фіолетового кольору (довжина хвилі близько 380 нм) до червоного (близько 750 нм) (див. Малюнок 1). Багато джерел для оптичних мереж оснащені лазерами, причому деякі з них мають дуже велику потужність. Ніколи не розглядайте поперечний зріз оптичного волокна або кінцеву частину вилки оптичного устаткування. Якщо якийсь оптичний роз'єм не використовується, його слід закрити спеціальним колпач-ком - це вбереже очі від пошкодження і одночасно захистить роз'єм від забруднення.

Якщо необхідно візуально ідентифікувати порт, то найбезпечніший спосіб - направити кінець оптичного кабелю на аркуш білого паперу або піднести папір до місця оптичного підключення. Ніколи не дивіться прямо в з'єднання - завжди є ризик, що з нього виходить невидиме випромінювання.

ТЕСТУВАННЯ безперервного

Безперервність оптичної лінії і полярність парних оптичних волокон можна перевірити за допомогою спеціальних ліхтариків, що випускають промінь білого (або будь-якого іншого) кольору. Останнім часом особливою популярністю користуються дуже яскраві світлодіодні пристрої розміром з брелок. Ліхтарики, спеціально призначені для використання в комп'ютерних мережах, оснащуються різними типами адаптерів: SC, ST та інші. Пучок світла, як правило, сфокусований краще, ніж в звичайних ліхтарях (див. Малюнок 2), а колір найчастіше використовується червоний, досить яскравий. Проте, в них не застосовуються ні лампи розжарювання, ні лазери.

Ще один спосіб перевірки безперервності - застосування спеціального джерела видимого світла для візуальної локалізації несправностей (Visual Fault Locator, VFL). Він оснащений лазером, який працює у видимому діапазоні спектра (див. Малюнок 3). Такі джерела, як правило, не використовують елементи розжарювання, а засновані саме на лазері. Найчастіше застосовуються лазери Класу II, що функціонують на довжині хвилі 650 нм і випускають червоне світло.

Якщо в оптичному кабелі волокно пошкоджено, то джерело VFL допоможе виявити це місце - світло буде пробиватися крізь оболонку кабелю. На жаль, в деяких типах кабелів, захищених специфічним покриттям, світло зовні непомітний.

ТЕСТУВАННЯ загасання АБО ОПТИЧНИХ ВТРАТ

Стосовно до оптичних кабельних систем терміни втрати або загасання нерідко використовуються як синоніми, хоча насправді втрати можуть бути наслідком точкової несправності. Сукупні втрати потужності (загасання) в оптичної лінії визначаються за допомогою спеціального приладу, що складається з двох модулів: джерела світла і вимірювача оптичної потужності. Це обладнання часто так і називається - комплект для тестування втрат оптичної потужності (Optical Loss Test Set, OLTS).

Джерело світла, підключений до одного кінця лінії, подає безперервний сигнал на заданих довжинах хвиль, а вимірювач з фотоприймачем, підключений до іншого кінця, визначає оптичну потужність сигналу. Він оснащується світлодіодом або лазером того ж типу, що і використовувані в мережевому обладнанні. Отриманий результат вимірювання звіряється з бюджетом потужності, необхідним для підтримки конкретного додатка. Саме таку процедуру тестування оптичних ліній передбачають стандарти TIA і ISO. Прилади OLTS відносяться до тестових пристроїв першого рівня (Tier 1).

ТЕСТУВАННЯ рефлектометром OTDR

Оптичний рефлектометр у часовій області (Optical Time Domain Reflectometer, OTDR) видає діаграму (рефлектограмм), на якій показані всі точки відображення і відображається ефект зворотного розсіювання потужного світлового імпульсу, поданого в оптичну лінію з одного кінця.

Принцип роботи рефлектометра схожий з тим, який використовується в тестах TDR в мідної середовищі: він теж фіксує всі зворотні відображення. При проходженні променя через місця з'єднання і зрощування, ділянки з переламаним або пошкодженим волокном, точки перегину кабелю або через кінець оптичної лінії деяка частина світла відбивається, повертаючись до рефлектометром. У приладі на тому ж порту встановлені фотоприемники з великим посиленням для вимірювання величини відбитого сигналу. Крім того, незначна частина світла відбивається кристалічною структурою кварцового скла, з якого складаються оптичні волокна. Це явище називається зворотним розсіюванням, а що утворюється в результаті похила лінія на рефлектограмме дозволяє розрахувати затухання.

Уважний аналіз рефлекторам дозволяє ідентифікувати такі точки на графіку, як місця з'єднання, обриви, зрощування, різкі перегини і інші події. Як і в випадку тесту TDR, затримку між моментом відправки сигналу і отриманням відображень можна перевести в відстань до події. Рефлектограмм OTDR дуже корисна, оскільки дозволяє перевірити, чи відповідають якість монтажу і характеристики компонентів вимогам стандартів на кабельні системи, а також вимогам сучасних і майбутніх додатків. Рефлектометр дозволяє оцінити параметри кожного з'єднувача і зрощування. Згідно зі стандартами TIA і ISO, він відноситься до класу тестують пристроїв другого рівня (Tier 2).

ПЕРЕВІРКА торці волокна

Спеціальні оптичні або Відеомікроскопи дозволяють візуально перевірити стан торця волокна і переконатися, що на ньому відсутні бруд і подряпини, причому це стосується і з'єднань в кабельних сегментах, і портів активного оптичного обладнання. Як правило, такі мікроскопи забезпечують збільшення від 200х до 400х. Згідно з нещодавно проведеним дослідженням, до 80% проблем з волоконної оптикою виникає через забруднень.

ТИПИ волоконно-оптичних кабелів

Багато хто знає, що існують одномодові і багатомодові оптичні волокна, але насправді між ними є і інші відмінності. Наведемо основні типи волокон.

Деякі з раніше випускалися багатомодових кабелів називали кабелями FDDI. Це покоління оптичних кабелів має волокна із ступінчастим показником заломлення. При їх виготовленні часто виникали неоднорідності, дефекти і сторонні включення, а також варіації показника заломлення в серцевині волокна. Такі волокна були призначені для підключення обладнання зі світлодіодними джерелами, які випускали велику кількість променів (мод). Кожна мода - це окремий шлях променя в волокні, причому найчастіше спрямований не паралельно його осі, а під досить великим кутом. Чим більше кут, тим довше шлях променя, і тим пізніше він досягає далекого кінця лінії. Швидше за все там виявиться промінь, що йде точно по осі волокна. В результаті поданий на вхід чіткий імпульс на виході виглядає розплився. Якщо імпульси подаються з дуже великою частотою, то на виході сусідні імпульси можуть зливатися, і приймаючому пристрою не вдасться їх розрізнити і відокремити один від одного. Це явище називається модальної дисперсією (дисперсією мод).

У наступному поколінні кабелів використовувалися волокна з градієнтним показником заломлення. У них склад кварцового скла злегка змінюється від ядра до оболонки, завдяки чому промені, що відхиляються від центральної осі, знову спрямовуються до неї. Луч, який увійшов в волокно під кутом, не відбивається від оболонки різко і багаторазово, а рухається по плавній синусоїді, часом навіть не доходячи до кордону. У такому типі волокон модальна дисперсія набагато менше, і сигнали в них передаються на більшу відстань, ніж в волокнах із ступінчастим показником заломлення.

Зараз випускаються багатомодові волокна, оптимізовані для застосування з лазерними джерелами світла. У таких волокнах показник заломлення вивірений ще суворіше. До них можна підключати оптичне обладнання Gigabit Ethernet з лазерами VCSEL, і тоді при передачі сигналів порушується набагато менше мод, а модальна дисперсія виявляється ще нижче. На виході сигнали розпливаються мало, залишаючись чітко помітними, завдяки чому вдається досягти високих швидкостей передачі.

Перші волокна, оптимізовані для застосування з лазерними джерелами, з'явилися в середині дев'яностих років, тому вони не в змозі підтримувати 10-гігабітні додатки. Пізніші волокна, виготовлені за вдосконаленою технологією, дозволяють ще краще контролювати показник заломлення. Вони випускаються з 1999 р і гарантовано підтримують 10-гігабітні додатки. Слід враховувати, що чим більше діаметр серцевини, тим більше може бути мод, тому багатомодові волокна 62,5 мкм стали поступатися місцем волокнам 50 мкм. У 50-микронном волокні мод менше, і сигнал залишається розпізнаваним на більшій відстані. За таким волокну дані передаються з більш високою
швидкістю.

Одномодове волокно зазнало схожі зміни. У такому волокні серцевина настільки мала в діаметрі, що для заданої довжини хвилі в ньому може бути тільки одна мода, і її шлях пролягає точно уздовж осі волокна. Вихідна конструкція цих волокон позначається як NDSF - одномодове волокно з несмещенной дисперсією. Воно відмінно працює на довжинах хвиль 1300/1310 нм, проте на 1550 нм його використовувати не можна. Структуру волокна оптимізували для підтримки довжини хвилі 1550 нм, і новий тип назвали DSF - одномодове волокно зі зміщеною
дисперсією.

Однак після появи обладнання DWDM зі спектральним ущільненням каналів з'ясувалося, що волокна DSF мають деякі небажані нелінійності, і тоді була створена різновид NZ-DSF - одномодове волокно зі зміщеною ненульовою дисперсією. Зараз розробляються і інші типи волокон, для чого використовуються спеціальні матеріали і нові конструкції, наприклад, волокно PM підтримує передачу поляризованого світла.

Перш ніж впроваджувати в уже працює волоконно-оптичну систему будь-які нові додатки, спочатку детально вивчіть характеристики встановленого волокна.

ТЕСТИ ДЛЯ ОПТИЧНОГО КАБЕЛЮ

Тестування оптичного волокна має на увазі перевірку полярності волокон, вимірювання довжини і загасання. Інші параметри оптичного волокна не можна перевірити в польових умовах, оскільки для цього потрібне спеціальне обладнання, яке є тільки в дослідницьких лабораторіях.

Полярність волокон можна проконтролювати за допомогою джерела видимого світла VFL або ліхтарика, а обладнання для вимірювання загасання OLTS або рефлектометр OTDR дозволяє здійснювати тестування обох волокон в парі одночасно.

Довжина визначається приладами OLTS, якщо у них є така функція, за допомогою міток на оболонці кабелю, а крім того, будь-яким рефлектометром, причому з дуже високою точністю.

Загальна загасання в каналі можна виміряти як приладами OLTS, так і рефлектометром OTDR. Показання останнього дозволяють розрахувати бюджет загасання в лінії на підставі інформації про загасання для кожного виявленого події (див. Малюнок 4).

ІНТЕРПРЕТАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ТЕСТУВАННЯ

Полярність волокон. Порушення полярності не можна вважати несправністю, оскільки завдання тестування полягає в маркуванні волокон і об'єднанні в пари згідно з прийнятою у вашій мережі схемою. Як правило, перевірка полярності - один з етапів підготовки до тестування загасання. Якщо джерело світла і вимірювач НЕ будуть підключені до одного й того ж волокна, то провести вимір не вдасться.

У деяких мережах полярності волокон взагалі не приділяється увага. Якщо волокна розташовані невірно, то, підключаючи активне обладнання, мережевий фахівець просто міняє місцями з'єднувачі. У разі відсутності з'єднання спочатку слід спробувати поміняти місцями волокна, підключені до портів TX (передавальному) і RX (приймає). Як бачимо, проблема полярності вирішується дуже просто і швидко.

Довжина. Рефлектометр OTDR показує повну довжину каналу, після чого її можна порівняти зі специфікаціями для мережевих додатків, які планується впровадити. Іноді рефлектометр повідомляє, що якась лінія коротше очікуваної, і це може бути свідченням обриву кабелю
в трасі.

Якщо рефлектометра немає, доведеться звернутися до документації на систему або даними за її сертифікації, отриманим при введенні в експлуатацію. Крім того, визначити протяжність кожного оптичного сегмента в системі можна по мітках довжини на оболонці кабелю. Отримані значення слід порівняти зі спеці-ції на конкретне мережеве
додаток.

У будь-якому випадку обов'язково перевірте коефіцієнт шірокополоснос-ти для прокладеного типу кабелю. Часто цю інформацію доводиться шукати на маркуванні кабелю і потім перевіряти її з обмежень на відстань для даної мережевої технології і кабелю з даними коефіцієнтом широкополосности.

Негативний результат тесту по загасання. Перш ніж шукати несправність, спочатку перевірте наступне:

• правильно чи зазначено в настройках тестера кількість адаптерів і зрощування в лінії (це стосується тестів, в яких прилад розраховує бюджет втрат волоконно-оптичної лінії);

• правильний чи тип волокна обраний;

• перед тестуванням модулі приладу повинні пройти процедуру завдання еталонного значення, причому ця операція повинна виконуватися при температурі подальшого тестування, після чого категорично забороняється відключати з'єднувальні шнури від передавальних портів.

За допомогою джерела видимого світла VFL перевірте, до того чи волокну ви підключилися. Як правило, цей пристрій виявляє все обриви і ділянки з надламаним волокном (див. Малюнок 3).

Очистіть всі оптичні з'єднання (вилки і розетки, включаючи порт виведення на кінцевому обладнанні) уздовж лінії, в якій виявлений збій. Перевірте стан торців на кожному кабелі та шнурі - на них не повинно бути ні бруду, ні подряпин, ні сколів. Щоб позбутися від деяких типів забруднень, іноді недостатньо просто протерти торець спеціальною серветкою, змоченою
в чистячому спирті (див. Малюнок 5).

Кожен комутаційний шнур протестуйте за допомогою комплекту OLTS, щоб перевірити загасання. Спочатку встановіть еталонне значення з використанням комутаційного шнура хорошої якості, і тоді вимір для іншого шнура має дати результати втрат, близькі до нуля. При будь-якому відхиленні треба з'ясувати його причину. Коли проблема то з'являється, то зникає, спробуйте зігнути і поворушити шнур під час тестування. Якщо показники змінюються, перевірте, чи немає обриву, ділянки з надламаним волокном, порушення співвісності волокон (під кутом) або просвіту між торцями з'єднувачів. Чи не згинайте волокна занадто сильно, щоб не порушити вимоги по радіусу вигину.

При відсутності рефлектометра OTDR слід вдатися до методу «розділяй і володарюй» - проводите тестування послідовно, переходячи все ближче і ближче до дальнього кінця лінії, поки не знайдете несправну ділянку. Сигналом послужить різка зміна результатів вимірювання втрат, особливо якщо воно не відповідає очікуваному зміни, скоригованого відповідно до довжини попереднього сегмента. У сучасних мережах загасання в самому кабелі дуже малий в порівнянні з загасанням в точках з'єднання, тому в якості орієнтира можна використовувати задається стандартами гранично допустиме значення втрат (0,75 дБ) для кожного з'єднання.

У кабельній проводці знайдеться чимало брудних або пошкоджених з'єднань. Після чищення всіх торців проведіть тестування заново або скористайтеся рефлектометром для виявлення неякісних з'єднань.

Діаметр серцевини комутаційного шнура або відрізка волокна може не відповідати іншим компонентам лінії. Якщо ви перевірили і переконалися, що все шнури потрібного типу, то наявність ділянок з іншим діаметром серцевини можна виявити за допомогою рефлектометра.

Іноді в кабельній системі є погано виконані зварне або механічне з'єднання або надмірно вигнутий кабель. Всі подібні помилки легко виявить рефлектометр.

Перевірте трасу кабелю. Чи немає гострих кутів або ділянок, де кабель звився кільцями або різко перехилився? Не сприяють чи хомути-стяжки появи микроизгибов (див. Малюнок 6)?

Переконайся, что в одномодовом тракті НЕ опинивсь Випадкове багатомодовій з'єднувач. Допуски при віготовленні одномодових з'єднувачів набагато суворіше, чем для багатомодовіх: смороду забезпечують співвісність точніше, І, як наслідок, Втрата оптічної потужності в такому поєднанні менше. Крім того, з'єднувачі й шнури розраховані на обмежене число підключень / відключень. Кабель або шнур, підключати та відключати багаторазово, починає хитатися в роз'ємі, так що забезпечити правильне взаємне положення волокон вже неможливо. Подібні проблеми дозволяє виявити рефлектометр OTDR.

Якщо збій зачіпає єдиний пристрій, то часто причиною проблеми буває передає порт активного устаткування. Можливо, всередині зібралася бруд, або вихідна потужність передавача недостатня. Підключіть до порту вимірювач потужності з комплекту OLTS, а потім порівняйте отриману величину із значенням потужності для сусідніх портів.

Ігор Панов - регіональний менеджер по продукції та підтримці партнерів Fluke Networks в Росії і СНД. З ним можна зв'язати за адресою: [email protected] .