Wykonywanie systemów światłowodowych podzielić można na trzy grupy prac:
związane z układaniem przewodów,
związane z zarabianiem złącz,
związane z instalacją i konfiguracją sprzętu aktywnego.
Standard włókna decyduje o jego maksymalnym promieniu gięcia. Czym innym jest promień gięcia pojedynczego włókna, a czym innym promień gięcia całego przewodu. To zwykle dwudziestokrotność jego średnicy i dla pojedynczego włókna zależy od jego standardu. Na przykład:
dla włókien w standardzie G.652D to 30 mm,
dla włókien w standardzie G.657A1 to 10 mm,
dla włókien w standardzie G.657A2 to 7,5 mm.
Do instalacji, gdzie przewód doprowadzany jest bezpośrednio do mieszkania (FTTH), zaleca się stosowanie G.657A2 o najmniejszym promieniu gięcia. Opcja ta pozwala na uniknięcie problemów związanych ze wzrostem tłumienia sygnału w miejscach większych zgięć (np. kąty proste na ścianach).
Podczas instalacji przewodu należy uważać, aby nie przekroczyć maksymalnej dopuszczalnej siły, z jaką kabel może być przeciągany.
Przy łączeniu urządzeń należy jednak pamiętać o dwóch sprawach:
Prace realizujemy na wyłączonych urządzeniach. Niewidoczne światło laserowe jest szkodliwe dla ludzkiego oka.
Praca ze światłowodami wymaga czystości, od której zależy tłumienie toru optycznego.
bg‑azure
Pomiar tłumienia toru transmisyjnego
Przed oddaniem instalacji należy przeprowadzić pomiar tłumienia toru optycznego. W tym celu wykorzystać należy miernik oraz obowiązkowo źródło światła o stałej mocy. Pomiar należy przeprowadzić dla okna transmisyjnego, w którym pracować będą instalowane urządzenia.
RMW8At1HobAEL1
Grafika przedstawia przykładowy pomiar toru optycznego. Wykonano go przy użyciu dwóch urządzeń pomiarowych. Są to urządzenia wyposażone w ekran wyświetlacza i przyciski do konfiguracji danych pomiarowych. W górnej części urządzenia posiadają gniazda wtykowe, w których znajduje się kabel służący do przesyłania sygnałów. Urządzenia są ze sobą połączone. Na linii połączenia widoczne są dwa spawy a linia w odcinku środkowym jest skręcona. Na rysunku odległość pomiaru oznaczono w kilometrach a wynik pomiaru w decybelach ujemnych.
Rys. 5.1. Pomiar przykładowego odcinka toru optycznego: kabel o długości x km, 2 spawy oraz 2 pigtaile ze złączami. Wynik pomiaru: tłumienie toru optycznego -0,4 dB.
Wykonanie pomiaru weryfikuje poprawność budowy układu lub dostarcza informacji o konieczności stosowania np. tłumików optycznych. W przypadku stosowania urządzeń wyższej mocy w mniejszych instalacjach (np. budynkach) istnieje opcja przekroczenia dopuszczalnej mocy na urządzeniu odbiorczym. Dokładny pomiar tłumienia całego toru optycznego pozwala przewidzieć, czy i jakie tłumiki zastosować.
Wymagane urządzenia: miernik mocy optycznej, stabilne źródło światła, patchcordy pomiarowe, adapter centrujący.
Wykorzystanie miernika mocy optycznej oraz źródła światła to pomiar metodą transmisyjną. Raport pomiarowy zawierać będzie tłumienie całkowite połączenia światłowodowego dla wybranych długości fal. Wykonując pomiary metodą transmisyjną, należy pamiętać o wyborze odpowiedniej dla danej instalacji długości fali – w zależności od okna transmisyjnego, w jakim będzie pracował system (lub w zależności od norm czy określonych przez projektanta standardów). W przypadku, gdy nie obejmują nas zalecenia, wykonujemy pomiary dla wszystkich długości fali charakterystycznych dla danego typu włókna; dla włókien wielomodowych: 850 nm oraz 1300 nm, a dla włókien jednomodowych: 1310 nm, 1550 nm, 1625 nm.
RwudyR5kvQrb21
Widoczne są dwie grafiki, które przedstawiają miernik i źródło światła. Obydwa urządzenia mają kształt korpusu przypominający prostopadłościan. Od frontu znajduje się ekran wyświetlający dane pomiarowe. Poniżej umieszczone są przyciski, które służą do konfiguracji trybu pomiarowego. Na ekranie miernika widoczny jest odczyt; minus 50 decybeli, a na ekranie źródła światła pomiar wyraża zero herców. W części górnej urządzeń widoczny jest otwór do którego podłączane są sondy i kable pomiarowe.
Rys. 5.2. Zestaw urządzeń do wykonywania pomiarów: A) miernik; B) źródło światła.
R15N4gaayi4EC1
Widoczna jest ilustracja, która przedstawia pomiar metodą transmisyjną. Użyto dwóch urządzeń pomiarowych. Z lewej strony znajduje się miernik a z prawej źródło światła. Urządzenia połączone są przewodem w kolorze żółtym. Przewód zakończony jest dwoma wtykami. Są one umieszczone w otworach znajdujących się w górnej części obudowy urządzeń. Widoczne są także w kilku miejscach na kablu. Znajduje się tutaj także urządzenie w kształcie trójkąta, które posiada jedno wejście i kilka wyjść, umożliwiających dzielenie sygnału na kilka kanałów.
Rys. 5.3. Pomiar tłumienia toru optycznego metodą transmisyjną.
Metoda ta polega na podłączeniu po jednej stronie źródła sygnału o stałej i znanej mocy, a po drugiej miernika mocy optycznej. Wynik pomiaru to różnica wskazań obu urządzeń. W pomiarach najczęściej korzysta się ze skali logarytmicznej.
Wynik pomiaru uwzględnia również tłumienie wykorzystywanych patchcordów pomiarowych. Im dłuższy i bardziej rozbudowany (tj. zawierający dużą liczbę spawów i złączy rozłącznych) trakt optyczny, tym udział tłumienia patchcordów w ostatecznym wyniku pomiaru jest mniejszy. W przypadku krótkiego odcinka światłowodu obustronnie zakończonego złączami może okazać się, że wpływ patchcordów będzie znaczący. Rozwiązaniem tego problemu jest wykonanie kalibracji układu pomiarowego (pomiar referencyjny).
RkxKBygvyC3f91
Ilustracja przedstawia wykonanie kalibracji. Służą do tego celu dwa urządzenia. Miernik i źródło światła. Znajdują się one w pewnej odległości od siebie i połączone są kablem za pomocą wtyków. Pośrodku widnieje łącznik centrujący, który ułatwia i stabilizuje połączenie przewodów. Wśród klawiszy na urządzeniu widoczne są między innymi czerwony, włączający urządzenie oraz klawisz REF służący do zerowania.
Rys. 5.4. Kalibracja układu pomiarowego – zerowanie.
Kalibracja (zerowanie) polega na połączeniu źródła światła oraz miernika mocy za pomocą dwóch patchcordów z wykorzystaniem łącznika centrującego (adaptera). Uzyskane w ten sposób tłumienie zerujemy poprzez wciśnięcie klawisza REF lub innego odpowiadającego za tę funkcję (według instrukcji producenta np. klawisz dBm).
Wyliczenia uwzględniają tłumienia: włókna światłowodowego dla danej długości fali, spoin termicznych (lub mechanicznych) oraz złączy rozłącznych.
W praktyce przyjąć można następujące wartości:
włókno: długość fali
850 nm – 3 dB/km
1300 nm – 1 dB/km
1310 nm – 0,35 dB/km
1550 nm – 0,25 dB/km
spoina termiczna: 0,1 dB
złącze rozłączne: 0,25 dB
spaw mechaniczny – zgodnie z kartą katalogową producenta, dla wyliczeń przyjąć można 0,5–0,8 dB
inne elementy pasywne, np. splittery, tłumiki – zgodnie z kartą katalogową.
Tłumienie dla toru optycznego na schemacie powyżej:
4 złącza rozłączne: 4 x 0,25 dB = 1,0 dB
4 spoiny termiczne: 4 x 0,10 dB = 0,4 dB
splitter 4‑wyjściowy: 6,7 dB
300 m + 1200 m = 1500 m włókna; 0,35 dB/km x 1,5 km = 0,52 dB (dla 1310 nm)
Wynik pomiaru referencyjnego nie powinien znacznie odbiegać od wyliczeń teoretycznych. Pomiar wykonywany przez większość mierników obarczony jest błędem, odpowiednie dane należy odszukać w karcie katalogowej miernika (np. +/-3%). Dla wartości zbliżonych do 9 dB w naszym przypadku błąd ten wyniesie 0,45 dB. Ostateczny wynik w zakresie 8–9 dB jest akceptowalny.
bg‑azure
Praktyczny aspekt bilansu mocy linii światłowodowej
Bilans mocy to zestawienie wartości mocy na wejściu toru optycznego, strat i wzmocnień sygnału w linii światłowodowej. Dzięki temu możliwe będzie dobranie parametrów urządzeń nadawczych i odbiorczych w celu zapewnienia poprawnej transmisji sygnału dla całego zaprojektowanego zasięgu transmisji toru optycznego.
Decybel jest jednostką logarytmiczną używaną przy porównywaniu wielkości, w naszym przypadku stosunek mocy na wejściu do mocy na wyjściu linii światłowodowej. Decybele w odniesieniu do miliwata to stosunek wartości mocy wejściowej do 1 mW.
Obliczenia mocy w dB i dBm:
Gdzie: - moc wejściowa; moc wyjściowa.
W celu dobrania odpowiednich parametrów urządzeń nadawczo‑odbiorczych na linii między urządzeniami końcowymi należy oszacować:
Gdzie:
to zakres poziomu mocy optycznej na wejściu linii światłowodowej wyrażony w dBm. to maksymalna moc, to minimalna moc nadajnika,
to zakres czułości fotodetektora wyrażona w dBm. to maksymalna czułość, to minimalna czułość odbiornika,
to całkowite straty linii światłowodowej wyrażone w dB (czyli tłumienie wprowadzanie przez światłowód, złącza optyczne, spawy światłowodowe),
to całkowite wzmocnienie wyrażone w dB (wprowadzane przez wzmacniacze optyczne),
to margines bezpieczeństwa uwzględniający starzenie się elementów nadawczo‑odbiorczych, wpływ temperatury na urządzenia elektroniczne i elektrooptyczne, straty mocy na zgięciach światłowodów itp. wyrażony w dB. Wartość marginesu mocy przyjmuje się w granicach od 3 do 6 dB.
Projektant znając rozmieszczenie systemu optycznego i zastosowane w nim komponenty, jest w stanie obliczyć straty mocy sygnału w każdym punkcie tego systemu. Najlepiej widać to na przedstawionym poniżej przykładzie systemu:
R7Ynr5ck6chp7
Widoczny jest rysunek. Przedstawia on schemat przebiegu linii światłowodowej. Na rysunku użyto kwadratowych ramek, trójkątów, linii prostych i punktów. Nadajnik i odbiornik przedstawione są identycznie, jako kwadratowa ramka wewnątrz której znajduje się trójkąt z wierzchołkiem skierowanym na prawo. Przez trójkąt przechodzi linia prosta. Tuż przy wierzchołku znajduje się linia pionowa. Wzmacniacz ma kształt trójkąta. Światłowód, to linia prosta, złącza, to niewielkie kwadraty, a spawy to okrągłe punkty. Schemat ukazuje drogę światłowodu pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem, która przechodzi przez wzmacniacz. Rysunek wykonano w dwóch odcinkach różniących się odległością. Jeden to 30 a drugi 50 kilometrów. Pomiędzy odcinkami znajduje się wzmacniacz. Linia światłowodu w krótszym odcinku ma dwa złącza na końcówkach i dwa spawy. Na dłuższym z odcinków znajdują się dwa złącza i trzy spawy.
Rys. 5.5. Przykładowy schemat linii światłowodowej, gdzie: N – nadajnik, W – wzmacniacz, O – odbiornik, Z – złącze, S – spaw.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY-SA 3.0.
W skład linii światłowodowej poza nadajnikiem (N) i odbiornikiem (O) optycznym wchodzi wzmacniacz optyczny (W) oraz 4 złącza optyczne (Z) i 5 spawów (S). W poniższej tabeli dla każdego elementu zostało przedstawione tłumienie bądź wzmocnienie wprowadzane do linii światłowodowej. Posiadając te wartości, można odpowiednio dobrać czułość odbiornika:
moc nadajnika: 3 dBm,
tłumienie złączy: 0,15 dB,
tłumienie spawu: 0,15 dB,
wzmocnienie wzmacniacza: 10 dB,
tłumienie światłowodu: 0,2 dB/km.
Obliczenia zostały przeprowadzone dla III okna transmisyjnego (tłumienie 0,2 B/km).
Całkowite straty linii światłowodowej zależne są od długości transmisji, liczby i tłumienia spoin światłowodowych oraz złączy. Całkowite tłumienie wprowadzane przez światłowód to suma:
tłumienia wprowadzonego przez światłowód: ,
tłumienia wprowadzonego przez złącza: ,
tłumienia wprowadzonego przez spawy światłowodowe: .
Całkowite wzmocnienie toru światłowodowego w tym wypadku jest równe wzmocnieniu wprowadzonemu przez wzmacniacz optyczny (W).
Podczas projektowania systemu powinny zostać uwzględnione skutki starzenia się elementów toru optycznego (typowo od 1 do 3 dB) oraz wpływ temperatury na urządzenia elektroniczne i elektrooptyczne (typowo +/- 2 dB). Standardowo margines bezpieczeństwa przyjmuje się w granicach 6 dB.
Aby dobrać czułość odbiornika na końcu toru optycznego, wystarczy przekształcić i rozwiązać równanie:
Zastosowany odbiornik powinien posiadać czułość powyżej -10,35 dBm.
Posiadając podstawowe parametry urządzeń, takie jak moc nadajnika i czułość odbiornika, można obliczyć maksymalną odległość transmisji przez światłowód jednomodowy.
Niezbędne parametry do obliczeń:
moc nadajnika od do ;
czułość odbioernika od do .
Dodatkowe założenia:
Tłumienie toru światłowodowego na złączach i spoinach można w tym przypadku przyjąć jako 1 dB.
Tłumienie jednostkowe włókna światłowodowego jednomodowego wynosi 0,33–0,42 dB/km dla długości fali 1310 nm w zależności od zastosowanego włókna. Do obliczeń zostało przyjęte tłumienie 0,4 dB/km.
Margines bezpieczeństwa został przyjęty na poziomie 5 dB.
Sygnał optycznie w linii światłowodowej nie jest regenerowany.
Dla minimalnej mocy nadajnika odległość, na jaką może zostać przesłany sygnał w II oknie transmisyjnym, wynosi:
Przy podanych założeniach transmisja przez światłowód jednomodowy może przebiegać na odległość min. 35 km.
bg‑azure
Wymagane urządzenie: miernik mocy optycznej
Na wejściu instalacji znajduje się urządzenie aktywne generujące sygnał o określonym poziomie mocy – takie, które docelowo ma stanowić źródło sygnału w instalacji. Dokonując pomiaru miernikiem mocy optycznej, instalator jest w stanie określić poziom sygnału w miejscu montażu urządzenia odbiorczego.
Przykład takiej instalacji stanowić może telewizyjna instalacja optyczna bazująca na nadajniku optycznym, odbiornikach optycznych oraz elementach pasywnych, takich jak kable, splittery i tłumiki.
Zadaniem instalatora w takiej sieci jest zapewnienie, aby poziom mocy optycznej na wejściu odbiornika mieścił się w założonym przez producenta przedziale.
RYJRcYSaY5NSv
Na ilustracji widoczny schemat zbiorczej instalacji telewizji naziemnej i satelitarnej. W środkowej części znajduje się sześć odbiorników przedstawionych w postaci prostokątów, które po obu stronach posiadają szeregowo podłączone przewody. Każdy z odbiorników posiada łącze światłowodowe. W dolnej części schematu umieszone jest urządzenie pomiarowe. W górnej części znajdują się urządzenia takie jak antena satelitarna, anteny naziemne oraz przedstawione za pomocą kwadratów urządzenia przetwarzające sygnał, modulujące go i wzmacniające. Do jednego z takich urządzeń docierają kable koncentryczne. Jest ich kilka oznaczone są różnymi kolorami i opisane jako COAX.
Rys. 5.6. Przykład zbiorczej instalacji RTV/SAT – pomiar mocy sygnału optycznego na wejściu odbiorników optycznych (FIBER – światłowód, COAX – kabel koncentryczny).
Wyniki pomiarów dla każdego z sześciu odbiorników należy porównać z zakresem mocy zawartym w karcie katalogowej producenta. Tworzony raport pomiarowy z prac takiego układu powinien zawierać informację o mocach sygnałów na wejściu każdego odbiornika.
Określenie tłumienia linii, tłumienia złączy, reflektancji złączy, długości linii, odległości między zdarzeniami na linii, wpływu mikro- i makrozgięć na parametry transmisyjne
Wymagane urządzenie: reflektometr (OTDR) (ang. optical time‑domain reflectometer)
Uniwersalnym urządzeniem, które umożliwi instalatorowi pomiar nie tylko parametrów związanych z całkowitym tłumieniem toru transmisyjnego, jest reflektometr. Przyrząd ten przeznaczony jest do pomiaru reflektancji (zdolności do tłumienia sygnałów odbitych) złączy, wyznaczania tłumienia wszystkich zdarzeń w torze transmisyjnym, jak również wyznaczania miejsca awarii.
R13lAexObQhFQ
Grafika przedstawia model urządzenia pomiarowego. Korpus ma kształt prostopadłościanu. Widoczny jest ekran wyświetlacza, służący do odczytu danych pomiarowych. Widoczny jest tutaj reflektogram, w postaci wykresu krzywej na osi współrzędnych. Pod ekranem znajduje się panel, a na nim liczne przyciski do obsługi urządzenia.
Rys. 5.7. Reflektometr.
Reflektometr jest zaawansowanym, oferującym wiele możliwości urządzeniem, jednak pomiary całkowitego tłumienia toru optycznego powinny być wykonywane opisaną metodą transmisyjną. Reflektometry bazują na uśrednianiu serii pomiarów i programowej analizie uzyskanych wyników (wartości tłumień są wyznaczane przez oprogramowanie, a nie mierzone). Każdy reflektometr wyposażony jest w moduł miernika mocy, nie jest konieczny zakup obu urządzeń.
RtMX7TsfIW7CX
Widoczny jest rysunek reflektogramu. Na osi współrzędnych przedstawiona jest krzywa. Zaznaczono na niej pięć punktów A B C D E . W każdym punkcie linia wznosi się i opada w różnych wartościach. Jest to obraz odbicia sygnału. W ostatnim punkcie E sygnał osiąga maksymalną wartość.
Rys. 5.8. Wynik pomiaru – reflektogram.
Wyniki pomiarów reflektometrycznych prezentowane są w dwóch formach: w postaci reflektogramu (rysunek powyżej) oraz tzw. tabeli zdarzeń.
Reflektogram to wykres mocy sygnału optycznego w całej mierzonej linii. Na jego podstawie osoba wykonująca pomiar jest w stanie odczytać, jakie zdarzenia występują w danym trakcie optycznym oraz jakie są ich parametry transmisyjne (tłumienie oraz reflektancja). Rysunek 15.92 prezentuje typowe zdarzenia występujące na reflektogramie:
A – początek mierzonej linii, pik związany z odbiciem sygnału na złączu pomiarowym,
B – krzywa opadająca prezentująca tłumienie sygnału przez włókno światłowodowe,
C – spaw (łączenie) lub zgięcie włókna,
D – złącze rozłączne,
E – koniec linii.
RM1U2ypUT6hbI1
Widoczna jest ilustracja przedstawiająca raport ODTR. Jest to tabela zawierająca w nagłówku informacje o instalacji i dane osoby wykonującej audyt, a także datę i godzinę jego wykonania. Poniżej widoczny jest wykres. Na linii współrzędnych oś X, posiada oznaczenia odległości wyrażone kilometrach, a oś Y , określa moc sygnału wyrażaną w decybelach ma metr. Na osi widoczna jest krzywa. Zaznaczono na niej punkty w których linia wznosi się i opada. Są to miejsca odbicia sygnału. Pod wykresem widoczna jest kolejna tabela, w której umieszczono dane liczbowe wyników pomiarowych takich jak; typ wydarzenia, odległość, strata, tłumienie, współczynnik odbicia.
Rys. 5.9. Przykładowy raport OTDR.
Rx0Qp2ITWEaHj1
Widoczna jest ilustracja. Przedstawia dwa rysunki na których zaznaczono poszczególne zdarzenia. Na pierwszym rysunku przedstawiono je za pomocą symboli. Drugi rysunek, to obraz zdarzeń wyrażony za pomocą krzywej na reflektografie. Na pierwszym rysunku widoczna jest linia obrazująca sygnał. Spawanie oznaczone jest owalnym kształtem. Zagięcie na rysunku przedstawiono załamaniem linii. Kolejno widoczne jest złącze konektorów. Narysowane jest w postaci dwóch połączonych kwadratów. Połącznie mechaniczne wyrysowano w postaci figury kwadratu z zagięciami bocznych krawędzi. Następnie, tuż na zakończeniu linii światłowodu widoczna jest rysa. Jest to linia pionowa. Drugi rysunek odzwierciedla te zdarzenia w postaci wykresu na której linia krzywa, odbija sygnał. Moc względna wyrażona jest w decybelach.
Rys. 5.10. Przykład wykrycia poszczególnych elementów linii przez reflektometr: spawanie, zagięcie, złącze konektorów, połączenie mechaniczne, rysa, koniec światłowodu.
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY-SA 3.0.
Jest to najlepsza metoda umożliwiająca badanie przyczyn i lokalizacji miejsca awarii traktu optycznego. Ilość dostarczanych informacji jest jej największą zaletą. Aby dokonać prawidłowej interpretacji, trzeba dysponować odpowiednią wiedzą i doświadczeniem z zakresu przygotowania pomiaru, jak i analizy uzyskanych wyników. Pomiary reflektometryczne powinny być wykonywane w dwóch kierunkach. Tylko taki pomiar gwarantuje uzyskanie poprawnych wartości tłumienia zdarzeń.
Urządzenie ma pewne ograniczenia. Bezpośrednio następujące po sobie zdarzenia – np. złącze i spaw lub dwa złącza wykonane w niewielkiej odległości od siebie – mogą zostać wykryte jako jedno. Ma to związek z występowaniem tzw. martwej strefy – za każdym zdarzeniem przez pewien czas reflektometr nie jest w stanie rozpoznawać kolejnych.
Występowanie tego zjawiska w pomiarach eliminuje się poprzez zastosowanie włókna rozbiegowego. Instalujemy je między reflektometrem a mierzoną linią, aby możliwy był właściwy pomiar już od samego początku linii.
RXehW8Tfqr2g51
Grafika przedstawia dwa żółte kable światłowodowe. Każdy z nich zakończony jest złączem, które ma kształt prostopadłościanu z okrągłą końcówką.
Rys. 5.11. Włókno rozbiegowe zakończone złączami SC/PC oraz SC/APC Brak zdarzeń na reflektogramie może wynikać z bardzo dobrej jakości wykonania poszczególnych elementów toru optycznego.