VII. Práctica E2: Reflectómetro Óptico en el Dominio del Tiempo (OTDR) El Reflectómetro Óptico en el Dominio del Tiempo, más conocido con sus siglas inglesas OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer), es el instrumento de campo más importante para el control y supervisión de enlaces de fibra óptica. Posee resolución espacial, es decir, además de detectar los posibles fallos de un enlace, es capaz de ubicarlos en un estrecho tramo del tendido. Esta característica es especialmente interesante en tendidos largos y de difícil acceso, como las líneas soterradas y submarinas. El fundamento del OTDR es relativamente simple. Conectado a un extremo de la fibra a examinar, emite pulsos luminosos, procedentes de un diodo láser y detecta, con una alta resolución temporal, las señales luminosas que devuelve la fibra. El instrumento calcula entonces la distancia a la que se encuentra la causa de esa señal devuelta, según

el

tiempo

que

ha

tardado

en

realizar

el

viaje

de

ida

y

vuelta.

MATERIAL NECESARIO • 1 OTDR

•

1 carrete SM (1,3 km)

• 1 Latiguillo SM

•

4 adaptadores FC-FC

• 2 Carretes de fibra SM (1 Km)

•

1 adaptador FC-FC “Defectuoso”

• 1 Carretes MM 50/125 (2 Km)

•

Tisú

Febrero  2010  

Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica

Figura E2.1.- Diagrama de bloques de un OTDR genérico.

La señal recibida en el Detector del OTDR, procedente del acoplador (o circulador), ver figura E2.1, que separa la señal enviada a través de la fibra óptica a medir y la de retorno de la fibra, tiene en el tiempo diferentes orígenes. La interpretación del origen de la señal detectada nos aporta la información sobre el estado de la fibra óptica. La señal procedente de la fibra se representa en un gráfico en función de la distancia. La distancia se corresponde con el tiempo que ha tardado en llegar la reflexión del pulso emitido por el LD (Laser Diode) al detector. Las reflexiones son producidas por:

• Reflexión difusa (scattering lineal Rayleigh1) que tiene lugar a lo largo de toda la fibra y es debida a fluctuaciones microscópicas del índice de refracción del medio; constituye la principal contribución a la atenuación de las fibras ópticas. Así pues, se obtendrá un nivel de señal reflejada continuo. En detección aparece como una contribución lineal descendente (en escala logarítmica), debido a la atenuación paulatinamente mayor que sufren los puntos más alejados. La pendiente negativa de esta recta es proporcional a la atenuación por unidad de longitud (dB/km) de la FO2(Fibra Óptica) a la longitud de onda del diodo láser.

1

La dispersión de Rayleigh (en honor a Lord Rayleigh) es la dispersión de la luz o cualquier otra radiación electromagnética por partículas mucho menores que la longitud de onda de los fotones dispersados. -4 Tiene una dependencia con la longitud de onda de ~λ .

2

Al tratarse de un dispositivo de reflexión, todas las contribuciones a la señal detectada por el OTDR sufren doble atenuación: en el camino de ida y en el de vuelta. Sin embargo, esta alteración se corrige automáticamente en la escala de medida, por lo que las pérdidas que se muestran en pantalla corresponden a un solo paso.

VII-2

Práctica E2: El OTDR

Es importante destacar, sin embargo, que un OTDR no es el mejor método para medir atenuación de fibras ópticas. Otros métodos empleados durante las prácticas son más precisos. Cualquier imperfección en la fibra significa una variación en el índice de

•

refracción y, por tanto, produce una reflexión que se detectará como un pico de señal; a continuación se produce un descenso del nivel de señal (puesto que la luz de retorno procedente de puntos más adelantados experimentará una atenuación equivalente a la vuelta). Estos defectos se localizan en puntos concretos del enlace, cuya localización precisa depende de la resolución espacial. Como imperfecciones se detectan asimismo las pérdidas por curvaturas,

•

soldaduras, conexiones y empalmes provisionales o permanentes que contenga el enlace. Las soldaduras –bien hechas– introducen una pequeña atenuación (< 0,1 dB) por alterar la forma física del núcleo, no producen reflexión al igual que las pérdidas por curvatura. Los empalmes y conexiones suelen dar pérdidas mayores. Como se explica posteriormente, algunos eventos producen un pico reflexivo antes de atenuar, y otros únicamente un descenso de potencia. La salida típica de un OTDR (Figura E2-2) es una representación gráfica de la atenuación en función de la distancia. Cualquier variación en la línea descendente que representa la FO se le denomina “evento”. Los picos de reflexión representados en la gráfica se llaman “eventos reflexivos”; y cuando sólo hay pérdidas “eventos no-reflexivos”. La gráfica tiene al comienzo una brusca bajada que corresponde a la propia conexión entre el instrumento y la FO; y se extiende hasta una distancia determinada, o hasta que el nivel de señal cae por debajo del límite de detección.

Conocimientos Teóricos Previos Deberá entender el significado y la dependencia con la longitud de onda, de la señal transmitida, de los siguientes vocablos: •

Tipos de Fibras ópticas. Atenuación de una fibra óptica, Scattering de Rayleigh.

•

Pérdidas de reflexión de Fresnel.

•

Tipos de conectores y empalmes de fibras ópticas.

•

Pérdidas en la conexión de fibras.

•

MFD – diámetro de campo modal.

VII-3

Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica

o Curvaturas

Figura E2-2 Representación de una hipotética medida. La gráfica no está a escala. Las gráficas restantes de este capítulo sí son salidas reales.

Cuestiones Previas a. Explique con un dibujo y estime la diferencia de la pérdidas de acoplo que sufren dos señales con direcciones opuestas a su paso por una unión entre una fibra monomodo –SM- y una fibra multimodo –MM-. Considere sólo las pérdidas relacionadas con el tipo de fibra y no por una unión defectuosa. b. Dibuje tres finales de fibra: conector PC, conector APC y fibra rota; indique qué diferencias habrá en la señal reflejada cuando se transmite una señal por dicha fibra. c. Razone por qué en los apartados VIII.2 y VIII.3 se le indican los valores típicos que debe obtener, en la medida del RDR -Rango Dinámico de Reflexión- y del RDS -Rango Dinámico de Scattering-, sin hacer mención al equipo TFS3031 que le haya tocado emplear para realizar dichas medidas. d. ¿Cómo podría mejorarse el Rango Dinámico de Reflexión y el Rango Dinámico de Scattering? e. ¿Qué ventajas ofrece el emplear un circulador en vez del acoplador dibujado en la Fig. E2-1?

VII-4

Práctica E2: El OTDR

Recuerde anotar en su cuaderno de prácticas todos los valores medidos y calculados, así como la respuesta a todas las cuestiones que se plantean en la práctica. En algunas medidas se dan valores estimados o márgenes de valores. Si los resultados obtenidos al realizar la medida no coinciden, repase la medida. Si el error persiste consulte a su profesor.

VII.1.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Esta práctica se realiza de forma combinada con la práctica E3, Soldadura de Fibras Ópticas. En el Laboratorio se dispone de 2 OTDR Tektronix. Uno de ellos (TekRanger2) está asociado a la máquina de soldar y el otro (TekRanger) se utiliza únicamente en esta práctica. Ambos son un TFS3031 y en lo que respecta a su uso, las diferencias entre ambos son: •

Las longitudes de onda de trabajo. TekRanger trabaja en segunda y tercera ventana, mientras que TekRanger2 trabaja en primera y segunda ventana.

•

Las fibras para las que están diseñados. TekRanger trabaja con fibras monomodo, mientras que TekRanger2 trabaja con fibras multimodo.

•

Adicionalmente, ambos OTDRs tienen adaptada una impresora para obtener copia de los resultados en pantalla.

En esta práctica se propone la realización de una serie de medidas con los OTDR del laboratorio, que permiten simultáneamente evaluar diferentes líneas de transmisión, y observar las posibilidades y limitaciones de la técnica basada en un método no destructivo. En concreto se pretende medir: i)

Rango dinámico de reflexión. Informa sobre los límites de medida del nivel de señal recibida, márgenes de representación de los eventos reflexivos. Puede resultar útil si existen eventos que lleguen a saturar el instrumento.

ii)

Rango dinámico de scattering. Es el rango con que se cuenta para registrar eventos de todo tipo, reflexivos (no saturantes) y no reflexivos. Alcanza hasta el límite de detección del instrumento o hasta el extremo de la fibra.

iii)

Eventos típicos. Por ejemplo, soldaduras, empalmes, terminaciones pulidas o sin pulir, conexiones planas, redondeadas (PC) o angulares (APC).

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iv)

Falsas medidas y detecciones. En concreto, se explican las circunstancias en que pueden surgir ecos y fantasmas, fenómenos que pueden falsear las medidas, y se intenta reproducir alguno de ellos.

Para facilitar la lectura de los apartados, las introducciones teóricas sobre sus contenidos se incluyen por separado al comienzo de cada sección.

DISTRIBUCIÓN DE LOS EQUIPOS A fin de agilizar la realización de la práctica, las medidas se efectuarán de la forma siguiente: 1. El grupo que tenga asignada en primer lugar la Práctica E3, Soldadura, realizará previamente las dos primeras medidas, Rangos dinámicos de Reflexión y de Scattering (Apartados VIII.2 y VIII.3), para familiarizarse con el instrumento, y seguidamente la Práctica E3. Utilizará para todo ello el OTDR TekRange2. 2. El grupo que tenga asignada en primer lugar la Práctica E2, OTDR, realizará los cinco bloques de medidas de esta práctica con el OTDR TekRange. 3. Al finalizar los dos grupos (tiempo estimado, 2h 30m), se intercambiarán y realizarán los bloques de medidas restantes, es decir, los tres bloques finales del OTDR el primer grupo (en el OTDR TekRange monomodo) y la práctica E3 completa el grupo 2, usando el OTDR TekRange2.

¡PRECAUCIONES! El diodo láser para realizar las medidas se activa pulsando el botón START/STOP. Antes de pulsarlo, asegúrese de que hay una fibra conectada al puerto de salida del láser. De otro modo podría provocar daños graves a los componentes electrónicos internos. No desconecte el latiguillo de fibra conectado a la salida del OTDR Todos los conectores deberán estar cubiertos con sus protectores contra el polvo mientras no estén en uso. El OTDR es un instrumento muy sensible, por lo que el polvo puede afectar a las medidas produciendo señales falsas.

VII-6

Práctica E2: El OTDR

VII.2.

MEDIDA DEL RANGO DINÁMICO DE REFLEXIÓN (USAR UNO CUALQUIERA DE LOS OTDR)

VII.2.1.

Teoría

Como se ha comentado, algunos de los eventos detectados por un OTDR son reflexivos, es decir, nos indican que en ese lugar parte del pulso luminoso emitido es reflejado hacia el emisor. En el OTDR, estos eventos se detectan como un brusco aumento de la potencia recibida, seguido de una caída (porque la potencia transmitida a partir de ese punto es menor). La potencia recibida puede saturar al detector si le llega un exceso de señal procedente de un evento muy reflexivo. El problema es especialmente grave cuando el evento está próximo a la fuente. El Rango Dinámico de Reflexión (Reflective Dynamic Range, RDR) se define como la relación entre la potencia reflejada en un evento reflexivo, cercano al conector del panel frontal del OTDR, y la potencia de ruido del sistema. (El nivel de ruido del OTDR está relacionado con el ruido shot de la corriente de oscuridad del detector.) Este parámetro determina el rango sobre el cual el OTDR puede realizar medidas de la reflexión producida en ciertos elementos reflexivos como pueden ser los conectores, acoplos mecánicos etc.

Figura E2-2.

Determinación del Rango Dinámico de Reflexión (RDR).

La medida del RDR ayudará a determinar si el instrumento es capaz de realizar capturas precisas en unas condiciones determinadas. En sistemas de fibra que sean muy sensibles a las reflexiones, será necesario utilizar OTDRs con RDR elevados, para

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asegurar que la reflexión de los diferentes eventos se encuentra por debajo del nivel umbral deseado.

VII.2.2. Objetivo:

Desarrollo de la Práctica Determinar el RDR de OTDR Tektronix TFS3031 (en su versión monomodo de 2ªy3ª ventana o en su versión multimodo de 1ªy2ª ventana) en unas condiciones de medidas predeterminadas.

Método de medida: El valor del RDR está asociado con el ancho del pulso que emite la fuente del OTDR (nm)3, el rango de prueba elegido (km) y el tiempo de promedio que se utiliza en la medida (tiempo que tarda en realizar el “número de promedios” –averages- requeridos). Estos parámetros se deben seleccionar consecuentemente con la longitud del enlace que posteriormente se desea caracterizar. En general, los rangos muy largos y los anchos de pulso muy pequeños suponen tiempos de promedio más elevados. Si se selecciona un rango muy inferior o muy superior a la longitud del enlace, se medirá un nivel de ruido inferior o superior, respectivamente, al real. Una vez elegidos los parámetros adecuados del sistema, la medida se realizará valorando la diferencia de señal entre el pico de reflexión y el ruido, como se muestra en la Fig. E2-2. Procedimiento experimental 1.-

Compruebe que hay un cordón de fibra4 conectado a la salida del panel frontal del OTDR.

2.-

Presione el Botón correspondiente a “Setup” (Botón 1 de la Figura E2-3) y seleccione, mediante las flechas del mando circular (Botón 6, Figura E2-3), las siguientes opciones: Fiber Scan: Manual Test Range: 2 km Pulsewidth: 10 m (100 ns) en una primera medida, y 20 m (200ns) en una 2ª medida. Averages: 2048

3

El ancho del pulso se da en unidades de longitud proporcionales al orden de magnitud del ancho en el 8 -7 tiempo del pulso. Pulsewidth α 10 [m/s] x 2. 10 [m] = 20 m (200 ns). 4

Los cordones de fibra del laboratorio tiene conectores FC-PC que son los válidos para este tipo de medidas.

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Práctica E2: El OTDR

Figura E2-3.

Aspecto exterior (arriba) y pantalla de menú (abajo) del OTDR Tektronix TFS3031.

En esa misma pantalla, seleccionar una longitud de onda de 1300 ó 1310 nm presionando el Botón B (parte inferior de la Figura E2-3). Para volver a la pantalla inicial, presione “EXIT” (Botón A).

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3.-

Inicie el proceso de medida pulsando el botón START/STOP (Botón 5). La medida habrá terminado cuando deje de parpadear5 el piloto 7 de la Figura E2-3.

4.-

Active el cursor A (Botón 4) y mediante las flechas del botón circular, sitúelo en el máximo del pico inicial de reflexión. Si fuera necesario active el zoom (Botón 3), luego desactívelo. Active el cursor B y sitúelo en la zona de ruido donde los picos presenten una amplitud aproximadamente constante. Asegúrese de estar en alguno de los máximos promedio del ruido (véase nivel adecuado en figura E2-2).

5.-

Compare la forma de onda obtenida con la de la figura E2-2. Compruebe la situación de los cursores y anote la diferencia en dB entre ambos (A–B) que aparece en pantalla.

Valor Típico del RDR: 16 – 20 dB

En el laboratorio el TekRanger2 (MM) tiene el menú en español y el TekRanger (SM) en inglés como el de la Fig. E2-3.

VII.3. VII.3.1.

MEDIDA DEL RANGO DINÁMICO DE SCATTERING (USAR UNO CUALQUIERA DE LOS OTDR) Teoría

El Rango Dinámico de Scattering (RDS) es el parámetro que típicamente se asocia con el rango dinámico de un OTDR. Se define como la relación (en dB) entre la señal “retrodispersada” (backscattered, devuelta) en el conector del panel frontal del OTDR y el nivel de ruido del instrumento.

5

Figura realiza E2-4. varias Determinación delunRango Dinámico de Scattering (RDS). El equipo medias y toma valor medio estable para su representación en la gráfica.

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Práctica E2: El OTDR

El RDS resulta muy similar al “Rango de Medida” que determina la atenuación máxima que puede existir entre el instrumento y el evento que se quiere caracterizar, si se desea que el OTDR realice una medida precisa.

VII.3.2. Objetivo:

Desarrollo de la práctica Determinar el RDS del OTDR Tektronix TFS3031 en unas condiciones de medida predeterminadas.

Método de medida: Se evalúa la diferencia de niveles de señal entre el final de la reflexión del panel frontal y el nivel de ruido del instrumento (Figura E2-4). Se realizará en diferentes condiciones de medida para una misma línea de transmisión (monomodo si usa el TekRange y multimodo en el TekRange2). La medida depende de la longitud de la fibra utilizada. Si se emplean fibras de longitudes muy cortas se pueden obtener medidas del RDS ficticiamente superiores que las obtenidas con fibras de mayor longitud. Para evitar una medida errónea se deben utilizar una fibra de prueba con una longitud similar a la que se medirá en situación de campo. Procedimiento experimental

1 km SM o 2 km MM Figura E2-5

1.-

Conecte un carrete de fibra monomodo ó multimodo de 1 km SM o 2 Km MM, al cordón conectado al OTDR, según la Figura E2-5.

2.-

En el menú SETUP, seleccione los siguientes parámetros: Fiber Scan:

Manual

Test Range: 2 km para SM o 4 km para MM Pulsewidth: 10 m (100 ns) en una primera medida, y 20 m (200ns) en una 2ª medida. Longitud de onda: 1300-1310 nm Vuelva a la pantalla principal

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3.-

Inicie el proceso de medida.

4.-

Active el cursor A y sitúelo al inicio de la “forma de onda”, donde la pendiente comienza a ser lineal. Si fuera necesario active el zoom, luego desactívelo. Active el cursor B y sitúelo en la zona de ruido donde los picos presenten una amplitud aproximadamente constante. Asegúrese de estar en la amplitud máxima media del ruido.

5.-

Compare la forma de onda obtenida con la de la figura E2-4. Compruebe la situación de los cursores y anote la diferencia en dB entre ambos.

Valor Típico RDS: 10 – 12 dB (siempre menor que el RDR) NOTA:

SI TENÍA ASIGNADA LA PRÁCTICA E3, SOLDADURA, EN PRIMER TURNO, DETÉNGASE AQUÍ Y PASE A REALIZAR DICHA PRÁCTICA. LOS RESTANTES APARTADOS LOS REALIZARÁ CON EL OTDR TEKRANGE MONOMODO POSTERIORMENTE. SI TENÍA ASIGNADA LA PRÁCTICA E2 EN PRIMER TURNO, SIGA ADELANTE.

VII.4.

CARACTERIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN (A PARTIR DE ESTE BLOQUE USAR SÓLO EL OTDR MONOMODO) A.- Localización y medida de pérdidas en eventos Reflexivos. B.- Medida de la Zona Muerta C.- Medida del coeficiente de atenuación de una fibra.

VII.4.1. VII.4.1.a.

Teoría Eventos Reflexivos

Se consideran eventos reflexivos todos aquellos fenómenos en los que se produce un cambio en el índice de refracción del medio de propagación. Los casos más habituales en una línea de transmisión son: •

los conectores iniciales y finales de la línea

•

las conexiones mecánicas entre fibras (adaptadores, conectores Surco en V)

Los empalmes realizados con máquina de soldar y las curvaturas o microcurvaturas son eventos no reflexivos. Una reflexión queda caracterizada por tres parámetros: •

Distancia a la que sucede

•

Pérdidas que origina en la línea

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Práctica E2: El OTDR

•

Reflectividad que genera, definida como la relación en dB entre la potencia inyectada y la reflejada. NOTA SOBRE CONECTORES

El extremo de la fibra óptica en los conectores estándar es plano. Las conexiones se realizan enfrentado dos conectores por medio de una junta roscada. La superficie plana perpendicular a la propagación produce una reflexión intensa. Para reducir la reflexión, se preparan conectores (PC) con pulido redondeado. Aún menos reflexión producen los conectores PC con pulido inclinado (PC angular o APC). En ellos, la reflexión se desvía de manera que no pueda guiarse de retorno.

En un conector con pulido plano, la reflexión que se produce es de alrededor del 3,6% ó –14 dB (coeficiente de reflexión de Fresnel). Los conectores comerciales más usuales

Figura E2-6. Distintos eventos reflexivos y no reflexivos que se detectan con OTDR

utilizan pulidos tipo PC que, al no ser planos, introducen una reflexión bastante menor. En la Figura E2-6 se pueden observar la Forma de Onda debida a algunos de estos elementos. VII.4.1.b.

Zona Muerta

Uno de los parámetros principales en un OTDR es su capacidad para detectar eventos reflexivos espaciados una corta distancia.

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Todos los sistemas de medida tienen un rango de aplicación limitado. En el caso del OTDR el límite se traduce en pulsos detectados con pendientes de bajada no infinitas. Así, si se tienen dos eventos reflexivos muy cercanos, a una distancia crítica inferior a la de ‘Resolución del OTDR’, puede que la señal causada por el primer evento no haya finalizado cuando la del segundo empieza a ser significativa. El resultado es que ambos eventos se confunden. Se denomina Zona Muerta (Dead Zone, DZ) o “Resolución de eventos” a la distancia a partir de la cual se comienza a distinguir entre dos eventos próximos. Este parámetro puede ser muy importante dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, si se desea medir y caracterizar una red de fibra óptica en una oficina, donde las distancias entre conexiones pueden ser muy cortas, será necesario un instrumento con una DZ muy pequeña. Por el contrario, si la red que se desea medir es un enlace de larga distancia, donde los empalmes o conexiones se sitúan a varios kilómetros unos de otros, el parámetro será de poca importancia. VII.4.1.c.

Zona muerta de pérdida de medición

Otro parámetro utilizado para especificar la calidad de un OTDR, es la “zona muerta de atenuación” Pérdida

o de

Zona

Muerta

Medición

de

(Loss-

Measurement Dead Zone, LMDZ). Se define como la distancia tras un evento durante la cual no se puede obtener información de la señal del OTDR, debido a limitaciones en el ancho de banda o a saturación del receptor.

El

parámetro

está

relacionado con el anterior, aunque aquí se hace referencia a la medición del segundo evento, no ya a su Figura E2-7.

Parámetros de caracterización zonas muertas en un evento.

de

simple detección. Es por ello un criterio más restrictivo que la zona muerta.

La LMDZ puede ser notable si se producen eventos muy reflexivos, ya que el pico de potencia que retorna al OTDR puede ser muy elevado comparado con la potencia detectada por scattering Rayleigh. De esta forma, el detector óptico o el preamplificador

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Práctica E2: El OTDR

se pueden saturar temporalmente y será necesario un tiempo (distancia en la pantalla del OTDR) para que el detector se recupere. Sin necesidad de llegar a la saturación, debido al ancho de banda limitado del amplificador, la señal no puede volver inmediatamente al nivel de retrodispersión. Cuando esto sucede, no se puede obtener información de la señal presentada por el OTDR, debido a la distorsión de la forma de onda. VII.4.1.d.

Coeficiente de atenuación

Además de los eventos puntuales que producen pérdidas en localizaciones específicas, la radiación que atraviesa una fibra óptica experimenta una atenuación constante, que procede de varias causas. Las dos más importantes son la reflexión difusa o scattering Rayleigh, y la absorción. La importancia relativa depende de la ventana de transmisión, tal como se mostraba en la Figura Fund-11. La señal base descendente que detecta el OTDR se debe a la retrodispersión, es decir, la parte de la reflexión difusa que se propaga en sentido contrario al de la transmisión. Dicha radiación, en ausencia de otros factores, equivale formalmente a la que se recibiría de un conjunto infinito de emisores situados homogéneamente por toda la fibra. La potencia recibida de cada tramo diferencial irá disminuyendo a medida que el tramo está más lejos de la fuente, por dos razones: •

La potencia retrodispersada es proporcional a la potencia incidente. Ésta se va atenuando al atravesar la fibra.

•

La potencia retrodispersada, a su vez, se va atenuando durante el camino de vuelta hasta el receptor.

Los dos fenómenos, como puede verse, se deben a la atenuación. En pequeña señal, la atenuación se puede considerar lineal en todo el trayecto de ida y vuelta. En esas condiciones, la radiación recibida sufre una atenuación equivalente a un camino doble, puesto que pasa dos veces por el mismo tramo de fibra. Como ya se comentaba en la introducción a la práctica, los OTDR, en general, corrigen esta doble atenuación, y presentan una escala en pantalla que equivale a un solo paso. La atenuación, expresada en dB/km, se calcula directamente midiendo la pendiente del tramo. Aunque no es un método preciso, resulta muy útil por su resolución temporal. Por ejemplo, sirve para detectar tramos defectuosos en tendidos, o para decidir si una atenuación anómala se debe a un tramo en mal estado o a un defecto puntual dentro del

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mismo tramo. Permite evaluar la degradación de un enlace con el tiempo, pero no sirve para medir atenuaciones válidas en el diseño de enlaces. En este último caso se emplea la técnica OLTS -   Optical Loss Test Set- similar a la empleada en la práctica I, apartado I.4.

VII.4.2. Objetivo:

Desarrollo de la Práctica Medir los diferentes parámetros que surgen en una gráfica OTDR.

Método de medida A) CARACTERIZACIÓN DE EVENTOS REFLEXIVOS.

Distancia:

En la “forma de onda” adquirida por un OTDR, la distancia a la que se produce un evento reflexivo se corresponde con el último punto de muestreo justo antes de la subida de la forma de onda.

Pérdidas:

Las pérdidas se valorarán midiendo el nivel de señal (en dBs) antes y después del evento.

Reflectividad:

La reflectividad se calcula indirectamente a partir de la ecuación

siguiente:

{1} donde: • Bns

es

el

coeficiente

de

retrodispersión (típicamente –80 dB) • H es la altura de la reflexión medida en la forma de onda (> 0) • D es el ancho del pulso en ns. En la Figura E2-8 se muestran los parámetros que caracterizan un Figura E2-8.

Parámetros que caracterizan un evento reflexivo.

VII-16

evento reflexivo.

Práctica E2: El OTDR

B) ZONAS MUERTAS DZ Y LMDZ La zona muerta DZ se define como la distancia entre el comienzo de la zona reflexiva y el punto donde la señal decrece 3 dB respecto del máximo de reflexión (ver Figura E2-7- pag.VIII-15). La zona muerta de pérdida de medición LMDZ se define como la distancia entre el inicio del evento y el punto donde la forma de onda del OTDR ha recuperado el nivel de retrodispersión. Para su medida habrá que determinar el inicio del evento y el punto donde la señal es 0,5 dB superior al nivel de retrodispersión (Figura E2-7). La separación (en metros) entre estos dos puntos dará el LMDZ. C) ESTIMACIÓN DEL COEFICIENTE DE ATENUACIÓN Para medir el coeficiente de atenuación de una fibra se escoge un tramo en que no exista ningún tipo de evento o influencia de ellos. Se mide la pendiente situando los cursores al inicio y al final del tramo.

Procedimiento experimental 1.-

Realice el montaje de la Figura E2-9, Conecte al latiguillo del OTDR un carrete de fibra monomodo, de aproximadamente 1 km. En el otro extremo conecte un segundo carrete SM 1km, y finalmente conecte un carrete multimodo de 2 km.

2.-

En el menú SETUP, seleccione los siguientes parámetros: Fiber Scan: Manual Test Range: 8 km Pulsewidth: 20 m (200 ns) Longitud de onda: 1550 nm Vuelva a la pantalla principal

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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica

3.-

Obtenga la forma de onda. Imprímala pulsando el Botón 9 y siguiendo las instrucciones de pantalla. Identifique los eventos reflexivos comparando la gráfica y el montaje experimental.

4.-

Active el cursor A y sitúelo al inicio del evento reflexivo próximo a 1 km. Asegúrese que está justo al inicio del evento comprobando que en el siguiente desplazamiento del cursor éste se introduce en la zona reflexiva. Si fuera necesario active el zoom, luego desactívelo. Anote la distancia que marca el cursor.

5.-

Active el cursor B y sitúelo en la zona lineal después del evento reflexivo. Mantenga el cursor A en la posición anterior. La diferencia en dB entre los cursores dará una estimación de las pérdidas introducidas en el evento. Anote este valor y la diferencia en metros entre los dos cursores. Tenga en cuenta que si existe mucha distancia entre los dos cursores, la medida realizada está incluyendo las pérdidas en la fibra. También tiene que considerar si las fibras acopladas son de iguales características.

6.-

Sitúe el cursor B en el punto máximo de la reflexión. Mida la diferencia de señal entre ambos cursores (valor H de la Figura E2-8). Haciendo uso de la ecuación {1}, calcule la reflectividad del evento. (H es siempre una cantidad positiva)

Valores típicos: Nº de eventos reflexivos (sin considerar los conectores iniciales ni el latiguillo): 3 Distancia del Primer evento reflexivo: 1 km – 1,1 km Pérdidas intrducidas por el primer evento reflexivo: 0,1 dB – 0,8 dB Distancia entre cursores: 70 m – 130 m H: 7 – 8 (siempre >0) Reflectividad del evento reflexivo 40 – 45

7.-

Sitúe el cursor A en el pico de reflexión. Utilice el zoom de la forma siguiente: •

Presione el mando SELECT del botón circular (Botón 6, Figura E2-3), hasta seleccionar las prestaciones del ZOOM en la esquina inferior derecha de la pantalla.

•

Mediante las flechas del mando circular, ajuste la zona de ampliación centrándola sobre el evento (movimientos verticales y horizontales).

•

Presionar nuevamente SELECT hasta activar CURSOR.

•

Active ahora el zoom (Botón 3 de la Figura E2-3).

VII-18

Práctica E2: El OTDR

Compruebe que el cursor A está sobre el máximo del evento y sitúe el cursor B, aproximadamente, a 3 dB por debajo del anterior. Nota.- Si no pudiera situar el cursor B cercano a los 3 dB, realice un promedio entre las distancias obtenidas en las dos posiciones más cercanas a este valor.

Mueva ahora el cursor A al inicio del evento y anote la separación entre ambos cursores. La medida realizada es lo que se conoce como zona muerta DZ. Valores típicos: DZ 25m – 30m LMDZ 35m – 45m (siempre mayor que DZ)

8.-

Sitúe el cursor A en el nivel de retrodispersión lineal, después del pulso. El cursor B sitúelo, aproximadamente, a +0.5 dB del anterior. ¡Cuidado con los signos! Sitúe nuevamente el cursor A al inicio del evento, y anote la distancia entre ambos cursores. Esta medida será el LMDZ del primer evento reflexivo de la línea.

9.-

Caracterice el siguiente evento reflexivo de la misma forma que el anterior. Compruebe si existen diferencias entre una conexión SM-SM y otra SM –MM.

10.-

Mida el coeficiente de atenuación de cada uno de los tramos de fibra, así como su longitud. Para realizar una medida correcta de la atenuación, sitúe los cursores de manera que abarquen una distancia amplia, en la zona donde no haya influencia de ningún tipo de evento y donde se aprecie una pendiente lineal. La medida de la longitud de los tramos se debe realizar colocando los cursores de inicio a inicio de los eventos (las reflexiones de los conectores, en este caso). Valores Típicos: aproximadamente 0,3 dB/km en todos los tramos

11.-

Introduzca un latiguillo entre medias de dos carretes y analice el resultado de la medida obtenida, comparando con la gráfica obtenida sin latiguillo.

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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica

VII.5. VII.5.1. VII.5.1.a.

IDENTIFICACIÓN DE ECOS Y FANTASMAS Teoría Identificación de Ecos

En sistemas ópticos con varios elementos reflexivos, parte del pulso del láser puede reflejarse más de una vez antes de volver al OTDR. Cuando esto sucede se producirá una forma de onda artificial denominada ECO.

La señal recorre 4L1 El OTDR localiza el evento reflexivo en 2L1, sin pérdidas y con pico de reflexión bajo, señal muy atenuada. Figura E2-10. Generación de ecos entre dos eventos reflexivos

Los ECOS son más frecuentes en OTDRs multimodo con un gran rango dinámico y siempre que se produzcan eventos muy reflexivos.

En una forma de onda, los dos primeros eventos reflexivos nunca pueden ser ECOS ya que se necesitan al menos dos eventos de este tipo para generar ECO. Otro rasgo característico de un ECO es que no lleva pérdidas asociadas en la forma de onda. Esto último es debido a que está sumando la señal reflejada varias veces a la de backscatering de la fibra en ese tramo, siendo ésta sin pérdidas.

VII-20

Práctica E2: El OTDR

Existen OTDRs dotados de la capacidad de detectar automáticamente eventos reflexivos (mediante algoritmos) y determinar cuáles de ellos son ECOS. Es el caso del Tektronix TFS3031 que se utiliza en el laboratorio.

VII.5.1.b.

Identificación de Fantasmas

Otra forma de onda falsa es la conocida como fantasmas. Son muy similares a los ecos pero ocurren por razones muy diferentes. Los fantasmas se deben a una selección incorrecta de los parámetros de medida, en concreto a una frecuencia de repetición del pulso demasiado alta. Si es así, puede suceder que la reflexión al final de la línea de un pulso no haya llegado al detector cuando se lanza el siguiente pulso. En ese momento se inicia una nueva adquisición de datos y la reflexión del final de línea se solapa con la retrodispersión del segundo pulso y aparece como un evento reflexivo. Cuando un evento se desplaza de posición o desaparece cuando se cambia el rango de medida, se le puede identificar como un FANTASMA y no como un ECO. Estos últimos son independientes de los parámetros de adquisición. Si aparece un fantasma durante una adquisición, se debe seleccionar una repetición de pulso más baja para eliminarlo.

Cuando no se identifica un evento, se debe realizar la medida con otros valores de ancho de pulso, longitud de onda y dirección de medida. La comparativa entre las diferentes gráficas obtenidas le permitirá evaluar el tipo de evento. Recuerde que los valores de las pérdidas y eventos reflexivos dependen de las condiciones de medida.

VII-21

Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica

VII.5.2. Objetivo:

Desarrollo de la Práctica Detectar sucesos, como ecos y fantasmas, que no corresponden a ningún evento real.

Método de Medida La localización de los ECOS está asociada a la siguiente fórmula: {2} Donde Zi y Zj son las localizaciones de dos eventos reflexivos (que no tienen por qué ser consecutivos) en el eje de distancias, siendo Z=0 la conexión al OTDR.

Procedimiento experimental 1.-

Realice el montaje de la Figura E2-11.

2.-

En el menú SETUP, seleccione los siguientes parámetros: Fiber Scan: Manual Test Range: 8 km Pulsewidth: 20 m (200 ns) Longitud de onda: 1310 nm

Figura E2-11

3.-

Obtenga la forma de onda e imprímala.

4.-

Identifique todos los eventos de la gráfica y determine la distancia a la que se produce cada uno de ellos. ¿Existen ECOS?

5.-

Sustituya el segundo conector FC-FC por el conector marcado como “Conector Defectuoso”. Obtenga la forma de onda e imprímala. Explique las diferencias (si las hay) entre ambos casos.

VII-22

Práctica E2: El OTDR

6.-

En el menú SETUP, cambie el parámetro “Fiber Scan” de Manual a Intellitrace. Obtenga la forma de onda y edite la Tabla de Eventos presionando el Botón 2 de la Figura E2-3.

7.-

Considerando pares de elementos reflexivos y utilizando la ecuación {2}, calcule dónde deberían aparecer los ECOS. Compare los resultados teóricos con los experimentales.

Valores típicos: Aparición del eco con conector defectuoso al doble de distancia del primer carrete.

8.-

Explique por qué en este apartado ha tenido que emplear un carrete de 1,3km. ¿Aparecen eventos fuera de línea, a más de 2,3km? Indique de dónde provienen.

POR FAVOR, AL ACABAR LA PRÁCTICA RECOJAN TODO Y DÉJENLO COMO ESTABA AL PRINCIPIO. SUS COMPAÑEROS SE LO AGRADECERÁN.

VII-23

Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica

No olvide incluir en su cuaderno la solución a las preguntas planteadas en el desarrollo de la práctica (cuestiones, cálculos, curvas…) y todos los resultados de las medidas realizadas. Para facilitar un resumen de los resultados, incluya en su cuaderno las siguientes tablas.

Apartados VII.2 y VII.3

Rango Dinámico de Reflexión Condiciones de medida: Longitud de onda________ nm

RDR*

Rango de Prueba_________km; Promedio_______ Ancho de pulso

10m 20m

¿Qué información le aporta este parámetro?

Rango Dinámico de Scattering Condiciones de medida: Longitud de onda________ nm

Rango de Prueba_________km; Promedio_______ Ancho de pulso

10m 20m

¿Qué información le aporta este parámetro?

* Indique el tipo de equipo empleado el TekRanger o el TekRanger2

VII-24

RDS*

Práctica E2: El OTDR

CARACTERIZACIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN

Apartado VII.4

Número de eventos que obtiene en la medida: Condiciones de medida: Longitud de onda________ nm;

Rango de Prueba_______ __km; Ancho de pulso:________m;

Promedio_______

Sin contar el del panel frontal

Cursor A Distancia entre cursores:

dB

Pérdidas introducidas por el primer evento reflexivo:

m

________km Inicio del 1er evento.

H (>0)

Reflectividad:

Zona Muerta

DZ

m

LMDZ

m

¿Qué le indica este parámetro?

Zona Muerta de Pérdida de Medición ¿Qué le indica este parámetro?

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Laboratorio de Comunicaciones Ópticas – Dpto. Tecnología Fotónica

Cursor A Distancia entre cursores:

dB

Pérdidas introducidas por el primer evento reflexivo:

m

________km Inicio del 2er evento.

H (>0)

Reflectividad:

Condiciones de medida: Longitud de onda:________ nm;

1er Tramo

Rango de Prueba:_________km;

3er Tramo

2º Tramo

Ancho de pulso:________m; Promedio:___________

Coeficiente de Atenuación Longitud (km) ¿Se

corresponden

con

los

valores

indicados

en

los

carretes

o

esperados?______________________________________________________________

¿Los emplearía para realizar un balance de potencias?_________

SubApartado 11: ¿qué observa al introducir un latiguillo de unos 3 m de longitud entre dos carretes?

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Práctica E2: El OTDR

CARACTERIZACIÓN DE EVENTOS NO REALES: ECOS. Medida con conector defectuoso

Apartado VII.5

Número de Eventos Condiciones de medida: Longitud de onda:________ nm; Rango de Prueba:_________km;

1er Evento

2º Evento

3er Evento

Ancho de pulso:________m; Promedio:__________

Distancia(km)

¿Es un ECO?

S/N

¿Está fuera de línea? ¿Por qué se emplea un carrete de 1,3km en vez de uno de 1km?

VII-27

…