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    福祿克光纖測試儀光纖測試方法

    時間:2015-03-23 16:26 來源:電工之家

    我們通常用衰減量來判斷光纖安裝的質量,多數時候還要求同時測試光纖的長度,看看是否超過了某種應用的長度限制。另一種情況是,在傳輸丟包率達不到要求的情況下,還要求測試和評估光纖鏈路中的連接點、熔接點的質量。以便在高速光纖鏈路中幫助區分是設備(或者設備上的光模塊的)問題,還是光纖鏈路本身的問題。
    上述兩類測試分別對應地被稱作“一級測試”和“二級測試”。一級測試(Tier 1)的測試參數就是衰減量和長度;二級測試(Tier 2)是在一級測試的基礎上再增加OTDR曲線測試,主要目的就是顯示光纖鏈路的結構和其中的各種引起質量問題的“質量事件”。
    先來看看什么叫“一級測試”。
    衰減測試最基本原理見圖一:在光纖的一端是光源,另一端則接一個光功率計。光的功率單位是dB。則(Po-Pi)就是被測光纖鏈路的衰減值。
    福祿克光纖測試儀光纖測試方法
    實際測試的時候需要做一點調整,才能保證測試的可操作性,否則,會遇到許多“工程問題”而無法實施測試。首先,實際測試時一般都會使用“測試跳線”,測試結果就應該把這些測試跳線所引入的衰減扣除掉。圖二為實際測試時的一個例子:先將光源和光功率計開機,預熱5分鐘,待光源穩定后將兩根測試跳線用光纖耦合器短接,測出P0值。
    福祿克光纖測試儀光纖測試方法
    然后打開耦合器,加入被測光纖,測出Pi,則這根光纖鏈路的衰減量=(P0-Pi)。
    為什么要一定要用“測試跳線”呢?這是因為按照圖一的測試模式可以得到Pi,技術上卻難得到P0。使用測試跳線的另一個重要原因就是,光源和光功率計的測試插座在經過一定次數的插拔后磨損程度會增加,精度和穩定性會迅速下降—嚴格地講,每次插拔后的P0值都是有偏差的。另外,使用一定次數以后,需要更換費用較高的光源和光功率計的插座。而采用測試跳線的好處是:測試跳線的一端與光源或光功率計相連,另一端與被測光纖鏈路相連,在一整天或半天的測試工作中一般測試跳線不會從儀器上拔下來,這樣被磨損的就只是測試跳線的一端。測試插頭被磨損到一定程度后,就可以更換測試跳線,更換測試跳線的費用比更換儀器插座的費用要低得多(100:1以上價格差距)。
    建議:標記測試跳線插入儀器的那一端,每次都使用此端,可減少漂移,保證精度。
    上面的測試方法有一點小小的不便—結測試完畢需要做一次減法運算(P0-Pi),才能得出被測光纖的實際衰減值。在光源穩定后,不拔出光源上連接的測試跳線,這樣可認為P0是恒定不變的,我們把此時的P0設為“相對零”(即在光功率計上按下“參考”鍵),即強行認為P0=參考零功率,這樣就不必去做P0-Pi的運算了—這個在測試前進行的預備操作,也經常被稱作“歸零”、“設參考零”或“設置基準值”。這樣,在接入被測光纖后,光功率計上測得的值就是光纖的衰減值(P0-Pi),無須再做減法運算。衰減值的單位通常用dB(分貝)來表示,這個值可直接存入光功率計的測試報告中。采用預先設“參考零”值的測試方法,很適合進行大批量的光纖測試工作。
    因此,測試光纖的衰減量時一般都有一個測試前的“歸零”程序,即按圖二的方法連接儀器先設置“參考零”(按下“參考”或“歸零”鍵)。然后才按圖三的模式進行實際測試。
    “典型”的被測光纖鏈路其衰減值由三部分構成,即:被測光纖本身的衰減值加上“兩端”連接器各自的衰減值。但細心的讀者仔細觀察圖三后會發現一個問題:在圖二中設置“參考零”時,已將2根測試跳線的“光纖衰減值”、1個耦合器的“耦合衰減”和2個儀器插座的“接入衰減”共五部分包含在了“參考零”當中。所以,圖三的測試結果只包含了被測光纖本身的衰減值及其一端連接器的“耦合衰減”這兩部分的衰減,另一端連接器的耦合衰減則沒有包括在被測光纖鏈路中—因為此連接器的衰減已在設置參考零時被“歸零”了。也就是說,測出的衰減結果是“被測光纖及其一端連接器”的衰減值,而非期望的“被測光纖 及其兩端連接器”的衰減。多數情況下我們考察的都是被測光纖及其兩端連接器的衰減值,那么圖三這種測試方法就是不準確的。請參見圖四和圖五的注釋。
    福祿克光纖測試儀光纖測試方法
    在光纖長度很長時,整個鏈路衰減值中光纖的衰減值占的比例大,連接器的衰減相對比較小(可忽略),故此時可以近似地認為測得的衰減值就是光纖加上兩端連接器的衰減值。深圳連訊工程師特別提示在光纖較短時,整個鏈路衰減值中兩端連接器的衰減值占了相當大的比例,這種測試就是不正確的。這也是造成短鏈路測試經常不合格的一個主要原因。
    福祿克光纖測試儀光纖測試方法
    所以,為了比較準確地測試光纖鏈路的衰減,需再做一點調整和改進,請參見圖六。
    按圖二方式設好“參考零”后,測試時加進一根短的測試“補償跳線”(0.3米左右),這樣一來,測試結果就包含了四部分衰減值:被測光纖的衰減、被測光纖兩端連接器的衰減、補償光纖的衰減。補償光纖是多出來的一短光纖,但由于補償光纖很短,其衰減量完全可以忽略不計(0.3米的長度對應的衰減值一般都低于0.002dB,而儀器的精度一般在0.01dB左右)。圖六所示的測試模式通常被稱作改進的B類測試模式(注:B模式是指歸零時只用一根跳線,測試時在光功率計上再補上一根測試跳線)。
    由于B模式或改進的B模式其測試結果都包含了被測試光纖兩端的連接器衰減值(通常這兩個連接器就是光纖配線架上的插座和用戶面板上的插座),(電工學習網http://www.qa553.com)測試誤差也最小,所以工程上經常推薦使用這種測試模式。
    如果只希望了解被測光纖的衰減值,而不包含光纖兩端連接器的衰減,那么可以按圖八方式進行測試,但在測試前須按圖七所示的方法“歸零”。此時的測試結果包含短“歸零”跳線造成的誤差(0.3米,可忽略)。這種測試模式叫做“測試方法C”。此法不適合大量測試,否則儀器插座磨損太厲害,測試成本太高。
    福祿克光纖測試儀光纖測試方法
    如果需要進行大批量測試,則圖八所示的方法需要做調整—歸零方法須先按圖九所示進行,測試方法則按圖十所示的方法進行。此法存在歸零跳線(通常0.3米)引起的微小誤差(可忽略之)。這種測試模式叫“改進的測試方法C”,目的是避免磨損儀器插座。
    福祿克光纖測試儀光纖測試方法
    被測光纖越短,測試精度受耦合器精度波動的影響也越大。這是因為短鏈路中光纖本身的衰減值很小,耦合器的衰減值相對短光纖則比較大,因此耦合器衰減值出現波動時所占的誤差比例就比較高。由于測試時每次插拔耦合器都有可能產生耦合器衰減值的微小波動,而這些微小波動相對于短光纖的衰減值來說不可忽略。因此,短光纖本身的衰減值一般不提倡用“方法C”進行測試。
    實際的被測鏈路通常如圖十一和圖十二所示。圖十一的被測鏈路包含配線架的連接衰減和墻面板插座的連接衰減。工程驗收時經常被測試的就是這種兩路。圖十二則包含用戶跳線和設備跳線及其與光模塊的連接衰減,這是故障診斷時經常被測試的鏈路模式。這兩種方法都采用了方法B,這也是工程上能保證測試精度的最常推薦的測試方法(模式)。
    福祿克光纖測試儀光纖測試方法
    對于實際鏈路診斷故障時常用改進的方法C進行測試。被測鏈路不包含設備和用戶跳線的“歸零衰減”。也就是說,由于設備跳線一端的插頭A或用戶跳線一端的插頭B的質量問題所引起的衰減,被計算在整個鏈路的衰減值當中。
    福祿克光纖測試儀光纖測試方法
    方法B需要使用三根測試跳線(兩根測試跳線,一根補償光纖),不是很方便,也不適合某些測試對象和場合。考慮到歸零后插拔光功率計上的測試跳線對測試結果影響不大,所以可以采用改進的方法B來進行測試,如圖十三、十四所示。
    福祿克光纖測試儀光纖測試方法
    關于測試結果出現“負損耗”,原因簡述如下。
    在光源一端,出光口的光能量耦合效率對端口結構幾何尺寸和測試跳線幾何尺寸的偏差比較敏感,所以歸零以后不允許插拔測試跳線,否則需要重新歸零,以免增大測試誤差,對短鏈路測試結果甚至會出現“負損耗”。而在光功率計一端,由于其受光器件面積遠遠大于光纖截面積,所以歸零后插拔光功率計一端的測試跳線對測試結果影響不大,故測試跳線B的引入對測試結果的影響很小。當然,如果測試跳線本身B不合格(沒有事先經過測試),則測試結果也會超差甚至不合格。如果測試跳線A本身不合格(比如端面有灰塵、污漬、纖維),則測試結果會不穩定甚至為負損耗(比如因端面灰塵、纖維脫落)。
    在圖四所示的方法B中,歸零后靠近光源一側的測試跳線不允許插拔;如果歸零用的耦合器本身偏差較大(比如軸向對準偏差較大),則歸零后測試短鏈路也可能出現負損耗。如果開機后立刻就進行歸零操作,由于光源和光功率計均為進入穩定工作狀態,測試短鏈路時也可能出現負損耗。在溫差較大的場合需注意開機5-10分鐘后再開始歸零操作。
    測試跳線兩端的結構尺寸不一致是常見現象,造成雙向損耗值不一樣,所以測試用跳線預檢時也需要雙向測試,雙向誤差一般要求不超過0.01dB。否則測試短鏈路時也可能出現負損耗。
    關于光纖直徑和光源。
    光源和光功率計一般會隨儀器成套提供,當然也可以單獨提供。比如,有時只用光功率計去測量光模塊的輸出功率或者光接收模塊的輸入功率,以此判斷設備的光接收模塊接收到的光信號強度是否復符合要求,或者判斷光發送模塊發送出的光信號強度是否復合要求。維護人員也可依此功率差值來大致判斷光纖是否有問題,此時可不使用配套的測試光源。
    被測試的光纖有兩大類,一類是單模光纖,直徑很細,只有8.3微米,其衰減值和色散值都比較小,適合長距離傳輸光信號。另一類是多模光纖,直徑比較粗,常見的有62.5微米直徑和50微米直徑兩種規格。其衰減值特別是色散值比較大,適于短距離傳輸光信號。
    通常使用激光光源配合單模光纖來遠距離傳輸光信號,使用LED光源和VCSEL光源配合多模光纖來傳輸短距離的光信號。
    與此相對應,測試用的光源有激光光源和LED光源,有時也稱作單模光源和多模光源(雖然是不準確的稱謂,但卻比較流行),這兩種光源一般情況下是不混用的。激光光源的光束匯聚性好(光束發散角很小),光譜的能量集中,適合于測試長距離單模光纖鏈路。計算機網絡中選用的激光光源常見兩個典型的工作波長 — 1310微米和1550微米(當然還有其它波長);而LED光源的光束發散角大,能量分散,多用于測試短距離使用的多模光纖,經常使用的LED光源也有兩個典型工作波長 — 850微米和1300微米(當然亦還有其它波長)。
    VCSEL光源是一種準激光光源,光束發散角比激光光源大一些,適合在多模光纖中測試短距離高速光纖鏈路。由于VCSEL光源常用于千兆和萬兆以太網鏈路,所以測試用的VCSEL光源一般也用來對應測試這兩種應用的光纖鏈路衰減值。
    不同的光源測試的損耗結果是不一樣的。欲獲取精確的測試結果需要測試光源和實際應用的光源一致。比如,測試1G/10G光纖鏈路宜使用VCSEL光源(如福祿克GFM-2模塊)。

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