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如何選擇光纖測試儀表
2014-11-14
常用光纖測試表有：光功率計、穩(wěn)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
用于測量絕對光功率或通過一段光纖的光功率相對損耗。在光纖系統(tǒng)中，測量光功率是最基本的。非常像電子學(xué)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(shù)人員應(yīng)該人手一個。通過測量發(fā)射端機或光網(wǎng)絡(luò)的絕對功率，一臺光功率計就能夠評價光端設(shè)備的性能。用光功率計與穩(wěn)定光源組合使用，則能夠測量連接損耗、檢驗連續(xù)性，并幫助評估光纖鏈路傳輸質(zhì)量。
穩(wěn)定光源：對光系統(tǒng)發(fā)射已知功率和波長的光。穩(wěn)定光源與光功率計結(jié)合在一起，可以測量光纖系統(tǒng)的光損耗。對現(xiàn)成的光纖系統(tǒng)，通常也可把系統(tǒng)的發(fā)射端機當作穩(wěn)定光源。如果端機無法工作或沒有端機，則需要單獨的穩(wěn)定光源。穩(wěn)定光源的波長應(yīng)與系統(tǒng)端機的波長盡可能一致。在系統(tǒng)安裝完畢后，經(jīng)常需要測量端到端損耗，以便確定連接損耗是否滿足設(shè)計要求，如：測量連接器、接續(xù)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(wěn)定光源組成。
2、光功率計和穩(wěn)定光源結(jié)合為一體的集成測試系統(tǒng)。
在短距離局域網(wǎng)(LAN)中，端點距離在步行或談話之內(nèi)，技術(shù)人員可在任意一端成功地使用經(jīng)濟性組合光萬用表，一端使用穩(wěn)定光源另一端使用光功率計。對長途網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，技術(shù)人員應(yīng)該在每端裝備完整的組合或集成光萬用表。
當選擇儀表時，溫度或許是最嚴格的標準。Bellcore推薦現(xiàn)場便攜式設(shè)備應(yīng)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(Fault Locator)：表現(xiàn)為光纖損耗與距離的函數(shù)。借助于OTDR，技術(shù)人員能夠看到整個系統(tǒng)輪廓，識別并測量光纖的跨度、接續(xù)點和連接頭。在診斷光纖故障的儀表中，OTDR是最經(jīng)典的，也是最昂貴的儀表。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(tǒng)衰減值的位置和大小，如：任何連接器、接續(xù)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(shè)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(Fault Locator)是OTDR的一個特殊版本，故障定位儀可以自動發(fā)現(xiàn)光纖故障所在，而不需OTDR的復(fù)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(tǒng)參數(shù)、工作環(huán)境、比較性能要素、儀表的維護
確定你的系統(tǒng)參數(shù)
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(yīng)用中，由于經(jīng)濟實用的原因，大多數(shù)低速局域網(wǎng)LAN(<100Mbs)通常使用LED光源。大多數(shù)高速系統(tǒng)>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(yīng)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(nèi)常見的連接器包括：FC-PC，F(xiàn)C-APC，SC-PC，SC-APC，ST等。最新的連接器則有：LC，MU，MT-RJ等
可能的最大鏈路損耗。
損耗估算/系統(tǒng)的容限。
明確你的工作環(huán)境
對用戶/購買者來講，選擇一臺野外現(xiàn)場用儀表，溫度標準或許是最嚴格的。通常，野外現(xiàn)場測量必須在嚴峻的環(huán)境中使用，BELLCORE推薦現(xiàn)場便攜式儀表的工作溫度應(yīng)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(xiàn)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(jīng)常是引起儀器故障或損壞的一個重要誘因。因此，用戶應(yīng)該考慮和權(quán)衡如下因素：
1、內(nèi)裝電池的位置應(yīng)便于用戶更換。
2、新電池或滿充電池的最少工作時間要達到10小時(一個工作日)。然而電池工作壽命的目標值應(yīng)在40~50小時(一周)以上，以確保技術(shù)人員和儀器的最佳工作效率。
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(yōu)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(huán)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?，F(xiàn)在，采用最現(xiàn)代CMOS電路制造技術(shù)的藝術(shù)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(nèi)部電池)以增加其適應(yīng)性。
如同手提電話一樣，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(fù)雜的或擴展的功能；實驗室儀器是專為控制實驗室/生產(chǎn)場合設(shè)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(shè)備的詳細分析。
光功率計
對于任何光纖傳輸系統(tǒng)的生產(chǎn)制造、安裝、運行和維護，光功率測量是必不可少的。在光纖領(lǐng)域，沒有光功率計，任何工程、實驗室、生產(chǎn)車間或電話維護設(shè)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；其中最重要的是，它是測試光學(xué)元器件(光纖、連接器、接續(xù)子、衰減器等)的性能指標的關(guān)鍵儀器。
針對用戶的具體應(yīng)用，要選擇適合的光功率計，應(yīng)該關(guān)注以下各點：
1、選擇最優(yōu)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，光探頭是最應(yīng)仔細選擇的部件。光探頭是一個固態(tài)光電二極管，它從光纖網(wǎng)絡(luò)中接收耦合光，并將之轉(zhuǎn)換為電信號?？梢允褂脤Ｓ玫倪B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(shù)工業(yè)標準連接器?；谶x定波長的校準因子，光功率計電路將探頭輸出信號轉(zhuǎn)換，把光功率讀數(shù)以dBm方式顯示(絕對dB等于1 mW, 0dBm=1mW)在屏幕上。
選擇光功率計最重要的標準是使光探頭類型與預(yù)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(xiàn)，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，同時具有優(yōu)越的溫度穩(wěn)定性和低噪聲特性。
光功率測量是任何光纖傳輸系統(tǒng)的制造、安裝、運行和維護中必不可少的部分。
下一個因素與校準精度息息相關(guān)。功率計是與你應(yīng)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(tǒng)要求相一致。應(yīng)分析是什么原因?qū)е掠貌煌倪B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(shù)研究所)建立了美國標準，但是來自不同生產(chǎn)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(shù)，包括確定輸入信號的最小/最大范圍(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0.1 dB or 0.01 dB)是否滿足應(yīng)用要求。
光功率計的最重要選擇標準是光探頭類型與預(yù)期的工作范圍相匹配。
第四，大多數(shù)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(shù)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(chǎn)率，減少人工計算錯誤。
現(xiàn)在，用戶對光功率計具有的基本特性和功能的選擇已經(jīng)減少，但是，部分用戶要考慮特殊需求----包括：計算機采集數(shù)據(jù)紀錄、外部接口等。
穩(wěn)定光源
在測量損耗過程中，穩(wěn)定光源(SLS)發(fā)射已知功率和波長的光進入光系統(tǒng)。對特定波長光源(SLS)校準的光功率計/光探頭，從光纖網(wǎng)絡(luò)中接收光，將之轉(zhuǎn)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(shè)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(wěn)定性(時間和溫度穩(wěn)定性)。
3、提供相同的連接接口，并采用同類型光纖。
4、輸出功率大小滿足最壞情況下系統(tǒng)損耗的測量。
當傳輸系統(tǒng)需要單獨穩(wěn)定光源時，光源的最優(yōu)選擇應(yīng)模擬系統(tǒng)光端機的特性和測量需求。選擇光源應(yīng)考慮如下方面：
激光管 (LD) 來自LD發(fā)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(xù)的，在中心波長的兩邊，還發(fā)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(tǒng)。應(yīng)盡量避免用激光光源測量多模光纖。
發(fā)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(wěn)定。LED光源比LD光源要便宜的多，但對最壞情況損耗測量顯得功率不足。LED光源典型應(yīng)用在短距離網(wǎng)絡(luò)和多模光纖的局域網(wǎng)LAN中。LED可以用于激光光源單模系統(tǒng)進行精確損耗測量，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(wěn)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?？傊?，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(shù)的角度來評價各種光萬用表配置，基本的光功率計和穩(wěn)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(tài)范圍。
光時域反射儀和故障定位儀
OTDR是最經(jīng)典的光纖儀器裝備，它提供測試時相關(guān)光纖最多的信息。OTDR本身是一維的閉環(huán)光學(xué)雷達，測量僅需光纖的一個端頭。發(fā)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(guān)光鏈路的可視化解釋。在OTDR曲線上反映出接續(xù)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(yè)的測試儀表組合：由一個穩(wěn)定高速脈沖源和一個高速光探頭組成。OTDR的選擇過程可關(guān)注下列屬性：
1、確認工作波長，光纖類型和連接器接口。
2、預(yù)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(tǒng)。利用 OTDR (光時域反射儀 ) 技術(shù)，用于對光纖故障的點定位，測試距離大多在20公里以內(nèi)。儀器直接以數(shù)字顯示至故障點的距離。適用于：廣域網(wǎng)(WAN)、20 km范圍的通訊系統(tǒng)、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(tǒng)。在單模及多模光纜系統(tǒng)中，要定位帶故障的連接頭、壞的接續(xù)點，故障定位儀是一種優(yōu)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。
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