如何選擇光纖測試儀表
常用光纖測試表有:光功率計、穩定光源、光萬用表、光時域反射儀(OTDR)和光故障定位儀。
光功率計:用于測量光功率或通過一段光纖的光功率相對損耗。在光纖系統中,測量光功率是zui基本的。非常像電子學中的萬用表,在光纖測量中,光功率計是重負荷常用表,光纖技術人員應該人手一個。通過測量發射端機或光網絡的功率,一臺光功率計就能夠評價光端設備的性能。用光功率計與穩定光源組合使用,則能夠測量連接損耗、檢驗連續性,并幫助評估光纖鏈路傳輸質量。
穩定光源:對光系統發射已知功率和波長的光。穩定光源與光功率計結合在一起,可以測量光纖系統的光損耗。對現成的光纖系統,通常也可把系統的發射端機當作穩定光源。如果端機無法工作或沒有端機,則需要單獨的穩定光源。穩定光源的波長應與系統端機的波長盡可能一致。在系統安裝完畢后,經常需要測量端到端損耗,以便確定連接損耗是否滿足設計要求,如:測量連接器、接續點的損耗以及光纖本體損耗。
光萬用表:用來測量光纖鏈路的光功率損耗。有以下兩種光萬用表:
1、由獨立的光功率計和穩定光源組成。
2、光功率計和穩定光源結合為一體的集成測試系統。
在短距離局域網(LAN)中,端點距離在步行或談話之內,技術人員可在任意一端成功地使用經濟性組合光萬用表,一端使用穩定光源另一端使用光功率計。對長途網絡系統,技術人員應該在每端裝備完整的組合或集成光萬用表。
當選擇儀表時,溫度或許是zui嚴格的標準。Bellcore推薦現場便攜式設備應在-18℃(無濕度控制)至50℃(95%濕度)
光時域反射儀(OTDR)及故障定位儀(FaultLocator):表現為光纖損耗與距離的函數。借助于OTDR,技術人員能夠看到整個系統輪廓,識別并測量光纖的跨度、接續點和連接頭。在診斷光纖故障的儀表中,OTDR是zui經典的,也是zui昂貴的儀表。與光功率計和光萬用表的兩端測試不同,OTDR僅通過光纖的一端就可測得光纖損耗。OTDR軌跡線給出系統衰減值的位置和大小,如:任何連接器、接續點、光纖異形、或光纖斷點的位置及其損耗大小。OTDR可被用于以下三個方面:
1、在敷設前了解光纜的特性(長度和衰減)。
2、得到一段光纖的信號軌跡線波形。
3、在問題增加和連接狀況每況愈下時,定位嚴重故障點。
故障定位儀(FaultLocator)是OTDR的一個特殊版本,故障定位儀可以自動發現光纖故障所在,而不需OTDR的復雜操作步驟,其價格也只是OTDR的幾分之一。
選擇光纖測試儀表,一般需考慮以下四個方面的因素:即確定你的系統參數、工作環境、比較性能要素、儀表的維護
確定你的系統參數
工作波長(nm)三個主要的傳輸窗口為850nm,1300nm及1550nm。
光源種類(LED或激光):在短距離應用中,由于經濟實用的原因,大多數低速局域網LAN(<100Mbs)通常使用LED光源。大多數高速系統>100Mbs使用激光光源長距離傳輸信號。
光纖種類(單模/多模)以及芯/涂覆層直徑(um):標準單模光纖(SM)為9/125um,盡管某些其它特殊單模光纖應該仔細辨認。典型的多模光纖(MM)包括50/125、62.5/125、100/140和200/230 um。
連接器種類:國內常見的連接器包括:FC-PC,FC-APC,SC-PC,SC-APC,ST等。的連接器則有:LC,MU,MT-RJ等
可能的zui大鏈路損耗。
損耗估算/系統的容限。
明確你的工作環境
對用戶/購買者來講,選擇一臺野外現場用儀表,溫度標準或許是zui嚴格的。通常,野外現場測量必須在嚴峻的環境中使用,BELLCORE推薦現場便攜式儀表的工作溫度應該從-18℃ ̄50℃,同時儲運溫度為-40 ̄+60℃(95%RH)。實驗室的儀器僅需在較窄的控制范圍5 ̄50℃工作。
不像實驗室儀表能夠采用交流供電,現場便攜式儀表對儀表電源通常要求較為苛刻,否則會影響工作效率。另外,儀器的電源供電問題還經常是引起儀器故障或損壞的一個重要誘因。因此,用戶應該考慮和權衡如下因素:
1、內裝電池的位置應便于用戶更換。
2、新電池或滿充電池的zui少工作時間要達到10小時(一個工作日)。然而電池工作壽命的目標值應在40 ̄50小時(一周)以上,以確保技術人員和儀器的*工作效率。
3、使用電池的型號越普通越好,如通用9V或1.5V五號干電池等,因為這些通用電池非常容易就地找到或購得。
4、普通干電池優于可充電電池(如:鉛-酸、鎳鎘電池),因為充電電池大多存在“記憶”問題、包裝不標準、不容易買到、環保問題等。
以前,要找到符合上述所有四個標準的便攜式測試儀器幾乎是不可能的。現在,采用zui現代CMOS電路制造技術的藝術化光功率計,僅用一般五號干電池(隨處可得),即可工作100小時以上。另外一些實驗室型號提供雙電源(AC和內部電池)以增加其適應性。
如同手提一樣,光纖測試儀表同樣具有眾多的外觀包裝形式。低于1.5公斤的手持式表一般沒有許多虛飾,只提供基本功能和性能;半便攜式儀表(大于1.5公斤)通常具備更復雜的或擴展的功能;實驗室儀器是專為控制實驗室/生產場合設計的,具備AC供電。
比較性能要素:這里是選擇步驟的第三步,包括每種光測試設備的詳細分析。
光功率計
對于任何光纖傳輸系統的生產制造、安裝、運行和維護,光功率測量是*的。在光纖領域,沒有光功率計,任何工程、實驗室、生產車間或維護設施都無法工作。例如:光功率計可用于測量激光光源和LED光源的輸出功率;用于確認光纖鏈路的損耗估算;其中zui重要的是,它是測試光學元器件(光纖、連接器、接續子、衰減器等)的性能指標的關鍵儀器。
針對用戶的具體應用,要選擇適合的光功率計,應該關注以下各點:
1、選擇*的探頭類型和接口類型
2、評價校準精度和制造校準程序,與你的光纖和接頭要求范圍相匹配。
3、確定這些型號與你的測量范圍和顯示分辨率相一致。
4、具備直接插入損耗測量的dB功能。
幾乎在光功率計所有性能中,光探頭是zui應仔細選擇的部件。光探頭是一個固態光電二極管,它從光纖網絡中接收耦合光,并將之轉換為電信號。可以使用的連接器接口(僅適用一種連接類型)輸入到探頭,或用通用接口UCI(使用螺扣連接)適配器。UCI能接受絕大多數工業標準連接器。基于選定波長的校準因子,光功率計電路將探頭輸出信號轉換,把光功率讀數以dBm方式顯示(dB等于1mW,0dBm=1mW)在屏幕上。圖一是一個光功率計的方塊圖。
選擇光功率計zui重要的標準是使光探頭類型與預期的工作波長范圍相匹配。下表匯總了基本的選擇。值得一提的是,在進行測量時,InGaAs在三個傳輸窗口都有上佳表現,與鍺相比InGaAs具有在所有三個窗口更為平坦的頻譜特性,在1550nm窗口有更高的測量精度,同時具有*的溫度穩定性和低噪聲特性。
光功率測量是任何光纖傳輸系統的制造、安裝、運行和維護中*的部分。
下一個因素與校準精度息息相關。功率計是與你應用相一致的方式校準的嗎?即:光纖和連接器的性能標準與你的系統要求相一致。應分析是什么原因導致用不同的連接適配器測量值不確定?充分考慮其它的潛在誤差因素是很重要的,雖然NIST(美國國家標準技術研究所)建立了美國標準,但是來自不同生產廠家相似的光源、光探頭類型、連接器的頻譜是不確定的。
第三個步驟是確定符合你測量范圍需求的光功率計型號。以dBm為單位表示,測量范圍(量程)是全面的參數,包括確定輸入信號的zui小/zui大范圍(這樣光功率計可以保證所有精度,線性度(BELLCORE確定為+0.8dB)和分辨率(通常0.1dBor 0.01 dB)是否滿足應用要求。
光功率計的zui重要選擇標準是光探頭類型與預期的工作范圍相匹配。
第四,大多數光功率計具備dB功能(相對功率),直接讀取光損耗在測量中非常實用。低成本的光功率計通常不提供此功能。沒有dB功能,技術人員必須記下單獨的參考值和測量值,然后計算其差值。所以dB功能給使用者以相對損耗測量,因而提高生產率,減少人工計算錯誤。
現在,用戶對光功率計具有的基本特性和功能的選擇已經減少,但是,部分用戶要考慮特殊需求----包括:計算機采集數據紀錄、外部接口等。
穩定光源
在測量損耗過程中,穩定光源(SLS)發射已知功率和波長的光進入光系統。對特定波長光源(SLS)校準的光功率計/光探頭,從光纖網絡中接收光,將之轉換為電信號。為確保損耗測量精度,盡可能使光源仿真所用傳輸設備特性:
1、波長相同,并采用相同的光源類型(LED,激光)。
2、在測量期間,輸出功率和頻譜的穩定性(時間和溫度穩定性)。
3、提供相同的連接接口,并采用同類型光纖。
4、輸出功率大小滿足zui壞情況下系統損耗的測量。
當傳輸系統需要單獨穩定光源時,光源的*選擇應模擬系統光端機的特性和測量需求。選擇光源應考慮如下方面:
激光管(LD)來自LD發射的光,波長帶寬窄,幾乎是單色光,即單波長。與LED相比,通過其光譜波段(小于5nm)的激光不是連續的,在中心波長的兩邊,還發射幾個較低峰植的波長。與LED光源相比,雖然激光光源提供更大功率,但價格高于LED。激光管常用于損耗超過10dB的長途單模系統。應盡量避免用激光光源測量多模光纖。
發光二極管(LED):
LED具有比LD更寬的光譜,通常范圍為50 ̄200nm。另外,LED光是非干涉光,因而輸出功率更加穩定。LED光源比LD光源要便宜的多,但對zui壞情況損耗測量顯得功率不足。LED光源典型應用在短距離網絡和多模光纖的局域網LAN中。LED可以用于激光光源單模系統進行損耗測量,但前提條件是要求其輸出足夠功率。
光萬用表
將光功率計和穩定光源組合在一起被稱為光萬用表。光萬用表用來測量光纖鏈路的光功率損耗。這些儀表可以是兩個單獨的儀表,也可以是單一的集成單元。總之,兩類光萬用表具有相同的測量精度。所不同的通常是成本和性能。集成光萬用表通常功能成熟、具有各種性能但價格較高。
從技術的角度來評價各種光萬用表配置,基本的光功率計和穩定光源標準仍然適用。注意選擇正確的光源種類、工作波長、光功率計探頭以及動態范圍。
光時域反射儀和故障定位儀
OTDR是zui經典的光纖儀器裝備,它提供測試時相關光纖zui多的信息。OTDR本身是一維的閉環光學雷達,測量僅需光纖的一個端頭。發射高強度、窄的光脈沖進入光纖,同時高速光探頭紀錄返回信號。此儀器給出有關光鏈路的可視化解釋。在OTDR曲線上反映出接續點、連接器和故障點的位置以及損耗大小。
OTDR評價過程與光萬用表有許多相似點。事實上,OTDR可以被認為是一個非常專業的測試儀表組合:由一個穩定高速脈沖源和一個高速光探頭組成。OTDR的選擇過程可關注下列屬性:
1、確認工作波長,光纖類型和連接器接口。
2、預期連接損耗和需要掃描的范圍。
3、空間分辨率。
故障定位儀大多是手持式儀器,適用于多模和單模光纖系統。利用OTDR(光時域反射儀) 技術,用于對光纖故障的點定位,測試距離大多在20公里以內。儀器直接以數字顯示至故障點的距離。適用于:廣域網(WAN)、20 km范圍的通訊系統、 光纖到路邊(FTTC)、單模和多模光纖光纜的安裝和維護、以及軍用系統。在單模及多模光纜系統中,要定位帶故障的連接頭、壞的接續點,故障定位儀是一種優異的工具。故障定位儀操作簡單,只需單鍵操作,可探測多達7個多重事件。