常见仪器仪表和工具的用途功能.ppt
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1、武汉电信规划设计有限公司李延电话邮箱,常见仪器仪表和工具的用途、功能,2,提纲,一、前言,二、光通信仪器仪表的分类,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,3.1 光功率计,3.2 光源,3.3 可变光衰耗器,3.4 光纤识别器/故障跟踪器,3.5 PON功率计,3.6 光时域反射仪(OTDR),四、冷接技术及工具操作,五、通信仪器表的维护,3,目标,1、熟悉光通信仪表的分类2、掌握光功率计/PON功率计/光时域反射仪(OTDR)的操作3、掌握冷接技术的操作4、熟悉通信仪器仪表的维护,4,一、前言,光通信是以光波作载波以光纤为传输媒介的通信方式。光纤通信由于传输距离远、信息容量大且通信质量高等特点
2、而成为当今信息传输的主要手段,是“信息高速公路”的基石。光通信产业的发展依赖市场的驱动,同时也必须依靠技术的发展来支撑。近年来光通信技术的主要发展趋势包括:提高容量、进一步智能化、电信级以太网的光传输和光纤到户(FTTH)等。而涉及的技术标准则包括:DWDM、ASON、GPON、EPON等。与这些技术的发展相同步,光通信测试技术也发展迅速。目前,光通信测试的仪器仪表已被广泛应用于光通信网络的维护、施工之中。,5,二、光通信仪器仪表的分类,目前,光通信仪器仪表有:光功率计、光源、光衰耗器、光通信测量仪器、信号/频谱仪等五类。,6,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,3.1 光功率计 用途光功率计
3、用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中,测量光功率是最基本的。非常像电子学中的万用表,在光纤测量中,光功率计是重负荷常用表,光纤技术人员应该人手一个。光功率计可用于测量激光光源和LED光源的输出功率;用于确认光纤链路的损耗估算;其中最重要的是,它是测试光学元器件(光纤、连接器、接续子、衰减器等)的性能指标的关键仪器。通过测量发射端机或光网络的绝对功率,一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用,则能够测量连接损耗、检验连续性,并帮助评估光纤链路传输质量。光通信测量中常用的光功率计有:台式光功率计、便携式光功率计、带光源光功率计、PON网络测试光功
4、率计。,7,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,选择适合的型号 光功率计分为不同的型号、精度、接口等参数,使用时应根据实际的不同使用需求选择合适的光功率计,主要应该参照:1).确定这些型号与你的测量范围和显示分辨率相一致。2).具备直接插入损耗测量的 dB功能。3).选择最优的探头类型和接口类型 4).评价校准精度和制造校准程序,与你的光纤和接头要求范围相匹配。,mW/dBm/dB间的关系 dBm是功率单位,表示以mW计数的功率取对数乘10。比如说0.1 mW的功率,就是10*lg0.1=-10 dBm。dB是一个无量纲的的单位,表示两个数据的差距。比如一个信号是20mW,一个信号是200mW
5、,那么它们相差就是10*lg(200/20)=10dB。,8,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,3.1.3 操作方法及注意事项 1).光功率的单位是dbm,在光纤收发器或交换机的说明书中有它的发光和接收光功率,通常发光小于0dbm。接收端能够接收的最小光功率称为灵敏度,能接收的最大光功率减去灵敏度的值的单位是db,称为动态范围。发光功率减去接收灵敏度是允许的光纤衰耗值。测试时实际的发光功率减去实际接收到的光功率的值就是光纤衰耗(db)。接收端接收到的光功率最佳值=能接收的最大光功率-(动态范围/2)。由于每种光收发器和光模块的动态范围不一样,所以光纤具体能够允许衰耗多少要看实际情形。一般来说
6、允许的衰耗为1530db左右。2).有的说明书会只有发光功率和传输距离两个参数,有时会说明以每公里光纤衰耗多少算出的传输距离,一般0.5db/km。用最小传输距离除以0.5,就是能接收的最大光功率,如果接收的光功率高于这个值,光收发器可能会被烧坏;用最大传输距离除以0.5,就是灵敏度,如果接收的光功率低于这个值,链路可能会不通。3).光纤测试TX与RX必须分别测试。在单纤情况下由于仅使用一纤(单纤的实现原理是波分复用),故只需测试一次。光纤的连接有两种方式:一种是固定连接;一种是活动连接。,9,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,固定连接就是熔接,是用专用设备通过放电,将光纤熔化使两段光纤连接
7、在一起,优点是衰耗小,缺点是操作复杂灵活性差;(冷接属于固定连接)活动连接是通过连接器,通常在ODF上连接尾纤,优点是操作简单灵活性好,缺点是衰耗大。,10,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,4).确定光纤和连接器的性能标准与被测系统的性能标准要求相一致。因为,不同生产厂家相似的光源、光探头类型、连接器的频谱是不确定的。光功率计的最重要选择标准是光探头类型与预期的工作范围相匹配。5).确定符合被测量范围需求的光功率计型号。以dBm为单位表示。测量范围(量程)是全面的参数【包括确定输入信号的最小/最大范围,线性度(Bellcore确定为+0.8dB)和分辨率(通常0.1dB or 0.01dB
8、)是否满足应用要求】。6).大多数光功率计具备dB功能(相对功率),直接读取光损耗在测量中非常实用。低成本的光功率计通常不提供此功能。没有dB功能,技术(或装/维)人员必须记下单独的参考值和测量值,然后计算其差值。所以建议使用具备dB功能(相对功率)的光功率计,以提高生产率,减少人工计算错误。,11,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,4).确定光纤和连接器的性能标准与被测系统的性能标准要求相一致。因为,不同生产厂家相似的光源、光探头类型、连接器的频谱是不确定的。光功率计的最重要选择标准是光探头类型与预期的工作范围相匹配。5).确定符合被测量范围需求的光功率计型号。以dBm为单位表示。测量范围
9、(量程)是全面的参数【包括确定输入信号的最小/最大范围,线性度(Bellcore确定为+0.8dB)和分辨率(通常0.1dB or 0.01dB)是否满足应用要求】。6).大多数光功率计具备dB功能(相对功率),直接读取光损耗在测量中非常实用。低成本的光功率计通常不提供此功能。没有dB功能,技术(或装/维)人员必须记下单独的参考值和测量值,然后计算其差值。所以建议使用具备dB功能(相对功率)的光功率计,以提高生产率,减少人工计算错误。,12,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,3.2 光源 用途 对光系统发射已知功率和波长的光光源。稳定光源与光功率计结合在一起,可以测量光纤系统的光损耗。对现成
10、的光纤系统,通常也可把系统的发射端机当作稳定光源。如果端机无法工作或没有端机,则需要单独的稳定光源。稳定光源的波长应与系统端机的波长尽可能一致。在系统安装完毕后,经常需要测量端到端损耗,以便确定连接损耗是否满足设计要求,如:测量连接器、接续点的损耗以及光纤本体损耗。,选择适合的光源 当传输系统需要单独稳定光源时,光源的最优选择应模拟系统光端机的特性和测量需求。选择光源应考虑如下方面:1).激光管(LD)来自LD发射的光,波长带宽窄,几乎是单色光,即单波长。与LED相比,通过其光谱波段(小于5nm)的激光不是连续的,在中心波长的两边,还发射几个较低峰植的波长;与LED光源相比,虽然激光光源提供更
11、大功率,但价格高于LED;激光管常用于损耗超过10dB的长途单模系统;应尽量避免用激光光源测量多模光纤。,13,2).发光二极管(LED)LED具有比LD更宽的光谱,通常范围为50200nm。另外,LED光是非干涉光,因而输出功率更加稳定。LED光源比LD光源要便宜的多,但对最坏情况损耗测量显得功率不足;LED光源典型应用在短距离网络和多模光纤的局域网LAN中;LED可以用于激光光源单模系统进行精确损耗测量,但前提条件是要求其输出足够功率;,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,操作方法及注意事项 在测量损耗过程中,稳定光源发射已知功率和波长的光进入光系统。对特定波长光源校准的光功率计/光探头,
12、从光纤网络中接收光,将之转换为电信号。为确保损耗测量精度,尽可能使光源仿真所用传输设备的特性:1).波长相同,并采用相同的光源类型(LED,激光)。2).在测量期间,输出功率和频谱的稳定性(时间和温度稳定性)。3).提供相同的连接接口,并采用同类型光纤。4).输出功率大小满足最坏情况下系统损耗的测量。,14,3.3 可变衰耗器 用途,用于仿真系统损耗,以便测量系统容限、接收机工作范围及线性度。系统容限是实际收到功率与保证系统可靠运行的最小接收功率之差。对高端系统,通常需要定性系统在各种条件下的性能。其系统性能可靠性通常由误码率(BER)来表示。误码率(BER)表示为每比特错码数。,操作方法及注
13、意事项 在测试光接收机时,可变光衰耗器是必要的。系统安装后,系统工程师使用衰减器确定系统是否在特定的范围工作。借助于误码仪,通过可变光衰耗器调整光功率以测量光接收机的误码性能。衰耗器的评价需要注意以下性能参数:1).工作波长,光纤类型/尺寸和连接器接口。2).冗余损耗和衰减范围。3).精度和分辨率。4).光反射。,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,15,3.4光纤识别器/故障跟踪器 光纤识别器,它是一个很灵敏的光电探测器。当你将一根光纤弯曲时,有些光会从纤芯中辐射出来。这些光就会被光纤识别器检测到,技术人员根据这些光,可以将多芯光纤或是接插板中的单根光纤从其他光纤中标识出来。光纤识别器可以在
14、不影响传输的情况下检测光的状态及方向。为了使这项工作更为简单,通常会在发送端将测试信号调制成270Hz、1000Hz或2000Hz并注入特定的光纤中。一般的光纤识别器用于工作波长为1310nm或1550nm的单模光纤,光纤识别器是可以利用宏弯技术在线地识别光纤和测试光纤中的传输方向和功率。,故障跟踪器此设备基于激光二极管可见光(红光)源,当光注入光纤时,若出现光纤断裂、连接器故障、弯曲过度、熔接质量差等类似的故障时,通过发射到光纤的光就可以对光纤的故障进行可视定位。可视故障定位器以连续波(CW)或脉冲的模式发射。典型的频率为1Hz或2Hz,但也可工作在kHz的范围。通常的输出功率为0dBm(1
15、mW)或更少,工作距离为2到5km,并支持所有的通用连接器。,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,16,3.5 PON功率计 用途,PON功率计可以同时测量PON网络中的上行信号1310nm,下行数据信号1490nm和1550nm的输出功率。,操作方法及注意事项 1).参考值设定 参考值的设定一般用于测量实际线路前,预先除去不计算在实际线路损耗中的衰减值,或用于比对与设定标准功率的差异。(同时设定三个波长的参考值)2).阈值设定 阈值的设定用于快速检测线路是否能够达标,已确定线路是否可用。阈值单位:dBm 被设定波长:1310nm/1490nm/1550nm。上门限:表示超过此功率不可通信 下
16、门限警告:表示即将不可通信 下门限:表示低于此功率不可通信,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,17,PON功率计参数,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,18,3.6光时域反射仪(OTDR)用途,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,OTDR是光通信测试技术领域中的主要仪表,它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中。主要用于测试整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节(可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量),将光缆的状态以斜率直线或曲线的形式显示在液晶屏幕上,操作人员能很直观地看出熔接点、活动连接点及断点的位置和损耗。OTDR具有测试的非破坏性、只需一端接入、测试时间短
17、、测试速度快、测试精度高及直观等优点。OTDR可被用于以下三个方面:1).在敷设前了解光缆的特性(长度和衰减)。2).得到一段光纤的信号轨迹线波形。3).在问题增加和连接状况每况愈下时,定位严重故障点。,19,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,3.6.2 OTDR 原理 OTDR 是根据光学原理以及瑞利散射和菲涅尔反射理论制成的,是将大功率的窄脉冲光注入待测光纤中,然后在同一端检测沿光纤轴向向后返回散射光功率。由于光纤本身的缺陷,制作工艺和石英玻璃材料组分的不均匀性,使光在光纤中传输将产生瑞利散射;由于机械连接和断裂等原因将造成光在光纤中产生菲涅尔反射。其中总有一部分进入光纤的数值孔径角,沿
18、光纤轴反向传输到输入端,瑞利散射光的波长与入射光的波长相同,其光功率与散射点的入射光功率成正比。因此,测量沿光纤轴返回的背向瑞利散射光功率可采集到沿光纤传输损耗的信息,从而测得光纤的衰减。同时在输入端经光定向耦合器接收其中的菲涅尔反射光和瑞利背向散射光,通过光电转换器、低噪声放大器、数字图像信号处理等过程,实现图表、曲线在屏幕上显现,最终得到被测光光纤的长度、链路损耗、熔接损耗、熔接点和故障点位置等物理信息。,支持OFDR技术的两个基本公式 OTDR(光时域反射仪)是利用光脉冲在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的高科技、高精密的光电一体化仪表。半导体光源(LED或LD)
19、在驱动电路调制下输出光脉冲,经过定向光耦合器和活动连接器注入被测光缆线路成为入射光脉冲。入射光脉冲在线路中传输时会在沿途产生瑞利散射光和菲涅尔反射光,大部分瑞利散射光将折射入包层后衰减,其中与光脉冲传播方向相反的背向瑞利散射光将会沿着光纤传输到线路的进光端口,经定向耦合分路射向光电探测器,转变成电信号,经过低噪声放大和数字平均化处理,最后将处理过的电信号与从光源背面发射提取的触发信号同步扫描在示波器上成为反射光脉冲。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量,它们就作为被测光纤内不同位置上的时间或曲线片断。根据发射信号到返回信号所用的时间,再确定光在石英物质中的速度,就可以计算出距离(光纤长度)L
20、(单位:m),如式(1)所示。,20,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,式中,n为平均折射率,t为传输时延。利用入射光脉冲和反射光脉冲对应的功率电平以及被测光纤的长度就可以计算出衰减(单位:dBkm),如式(2)所示:,3.6.3 操作使用 OTDR 具备自动测试和手动测试两种模式。对于一般精度要求不高的测试,使用者只需选择波长,用OTDR 的自动测试模式即可满足要求,操作也很方便。但在超短距离和超长距离的测试中,自动测试对事件点的判断和定位就未必准确,可能会出现误判、漏判的现象。有时同样一根光纤,先后多次自动测试的结果可能不一致,在这些情况下,最好采用手动测试模式。,3.6.4 参数设置
21、OTDR 合理的参数设置是达到精确测试光纤的前提,手动测试模式要求操作者根据被测光纤的距离选择合适的测试参数,如工作波长、脉冲宽度、测量范围、平均化时间等,测试参数选择的恰当与否直接影响测试结果的精确度。,21,1).波长选择 光系统的行为与传输波长直接相关,不同的波长有各自不同的光纤衰减特性及光纤连接中不同的行为:同种光纤,1550nm 比1310nm 光纤对弯曲更敏感;1550nm 比1310nm 单位长度衰减更小;1310nm 比1550nm 测得熔接或连接器损耗更高。为此,光纤测试时选用的波长应与系统传输的波长相同,这意味着1550nm 光系统需选择1550nm 的波长。由于1310n
22、m和1550nm两波长的测试曲线的形状是一样的,测得的光纤接头损耗值也基本一致。若在1550nm波长测试没有发现问题,那么1310nm波长测试也肯定没问题。选择1550 nm波长测试,可以很容易发现光纤全程是否存在弯曲过度的情况。若发现曲线上某处有较大的损耗台阶,再用1310nm波长复测,若在1310nm波长下损耗台阶消失,说明该处的确存在弯曲过度情况,需要进一步查找并排除。若在1310nm波长下损耗台阶同样大,则在该处光纤可能还存在其他问题,还需要查找排除。在单模光纤线路测试中,可考虑选用1550nm波长,这样测试效果会更好。,三、常用光通信仪器仪表的用途、功能,22,2).光纤折射率选择
23、现在使用的单模光纤的折射率基本在1.46001.4800范围内,要根据光缆或光纤生产厂家提供的实际值来精确选择。对于G.652单模光纤,在实际测试时若用1310nm波长,折射率一般选择在1.4680;若用1550nm波长,折射率一般选择在1.4685。折射率选择不准,影响测试长度。在式(1)中折射率若误差0.001,则在50000m的中继段会产生约35 m的误差。在光缆维护和故障排查时很小的失误便会带来明显的误差,测试时一定要引起足够的重视。3).脉冲宽度选择 设置的光脉冲宽度过大会产生较强的菲涅尔反射,会使盲区加大。较窄的测试光脉冲虽然有较小的盲区,但是测试光脉冲过窄时光功率肯定过弱,相应的
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