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如何选择光纤测试仪表

发布时间: 2009-11-14  点击次数: 1486次

如何选择光纤测试仪表

常用光纤测试表有:光功率计、稳定光源、光万用表、光时域反射仪(OTDR)和光故障定位仪。
  
  光功率计:用于测量光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中,测量光功率是zui基本的。非常像电子学中的万用表,在光纤测量中,光功率计是重负荷常用表,光纤技术人员应该人手一个。通过测量发射端机或光网络的功率,一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用,则能够测量连接损耗、检验连续性,并帮助评估光纤链路传输质量。
  
  稳定光源:对光系统发射已知功率和波长的光。稳定光源与光功率计结合在一起,可以测量光纤系统的光损耗。对现成的光纤系统,通常也可把系统的发射端机当作稳定光源。如果端机无法工作或没有端机,则需要单独的稳定光源。稳定光源的波长应与系统端机的波长尽可能一致。在系统安装完毕后,经常需要测量端到端损耗,以便确定连接损耗是否满足设计要求,如:测量连接器、接续点的损耗以及光纤本体损耗。
  
  光万用表:用来测量光纤链路的光功率损耗。有以下两种光万用表:
  
  1、由独立的光功率计和稳定光源组成。
  
  2、光功率计和稳定光源结合为一体的集成测试系统。
  
  在短距离局域网(LAN)中,端点距离在步行或谈话之内,技术人员可在任意一端成功地使用经济性组合光万用表,一端使用稳定光源另一端使用光功率计。对长途网络系统,技术人员应该在每端装备完整的组合或集成光万用表。
  
  当选择仪表时,温度或许是zui严格的标准。Bellcore推荐现场便携式设备应在-18℃(无湿度控制)至50℃(95%湿度)
  
  光时域反射仪(OTDR)及故障定位仪(FaultLocator):表现为光纤损耗与距离的函数。借助于OTDR,技术人员能够看到整个系统轮廓,识别并测量光纤的跨度、接续点和连接头。在诊断光纤故障的仪表中,OTDR是zui经典的,也是zui昂贵的仪表。与光功率计和光万用表的两端测试不同,OTDR仅通过光纤的一端就可测得光纤损耗。OTDR轨迹线给出系统衰减值的位置和大小,如:任何连接器、接续点、光纤异形、或光纤断点的位置及其损耗大小。OTDR可被用于以下三个方面:
  
  1、在敷设前了解光缆的特性(长度和衰减)。
  
  2、得到一段光纤的信号轨迹线波形。
  
  3、在问题增加和连接状况每况愈下时,定位严重故障点。
  
  故障定位仪(FaultLocator)是OTDR的一个特殊版本,故障定位仪可以自动发现光纤故障所在,而不需OTDR的复杂操作步骤,其价格也只是OTDR的几分之一。
  
  选择光纤测试仪表,一般需考虑以下四个方面的因素:即确定你的系统参数、工作环境、比较性能要素、仪表的维护
  
  确定你的系统参数
  
  工作波长(nm)三个主要的传输窗口为850nm,1300nm及1550nm。
  
  光源种类(LED或激光):在短距离应用中,由于经济实用的原因,大多数低速局域网LAN(<100Mbs)通常使用LED光源。大多数高速系统>100Mbs使用激光光源长距离传输信号。
  
  光纤种类(单模/多模)以及芯/涂覆层直径(um):标准单模光纤(SM)为9/125um,尽管某些其它特殊单模光纤应该仔细辨认。典型的多模光纤(MM)包括50/125、62.5/125、100/140和200/230 um。
  
  连接器种类:国内常见的连接器包括:FC-PC,FC-APC,SC-PC,SC-APC,ST等。的连接器则有:LC,MU,MT-RJ等
  
  可能的zui大链路损耗。
  
  损耗估算/系统的容限。
  
  明确你的工作环境
  
  对用户/购买者来讲,选择一台野外现场用仪表,温度标准或许是zui严格的。通常,野外现场测量必须在严峻的环境中使用,BELLCORE推荐现场便携式仪表的工作温度应该从-18℃ ̄50℃,同时储运温度为-40 ̄+60℃(95%RH)。实验室的仪器仅需在较窄的控制范围5 ̄50℃工作。
  
  不像实验室仪表能够采用交流供电,现场便携式仪表对仪表电源通常要求较为苛刻,否则会影响工作效率。另外,仪器的电源供电问题还经常是引起仪器故障或损坏的一个重要诱因。因此,用户应该考虑和权衡如下因素:
  
  1、内装电池的位置应便于用户更换。
  
  2、新电池或满充电池的zui少工作时间要达到10小时(一个工作日)。然而电池工作寿命的目标值应在40 ̄50小时(一周)以上,以确保技术人员和仪器的*工作效率。
  
  3、使用电池的型号越普通越好,如通用9V或1.5V五号干电池等,因为这些通用电池非常容易就地找到或购得。
  
  4、普通干电池优于可充电电池(如:铅-酸、镍镉电池),因为充电电池大多存在“记忆”问题、包装不标准、不容易买到、环保问题等。
  
  以前,要找到符合上述所有四个标准的便携式测试仪器几乎是不可能的。现在,采用zui现代CMOS电路制造技术的艺术化光功率计,仅用一般五号干电池(随处可得),即可工作100小时以上。另外一些实验室型号提供双电源(AC和内部电池)以增加其适应性。
  
  如同手提一样,光纤测试仪表同样具有众多的外观包装形式。低于1.5公斤的手持式表一般没有许多虚饰,只提供基本功能和性能;半便携式仪表(大于1.5公斤)通常具备更复杂的或扩展的功能;实验室仪器是专为控制实验室/生产场合设计的,具备AC供电。
  
  比较性能要素:这里是选择步骤的第三步,包括每种光测试设备的详细分析。
  
  光功率计
  
  对于任何光纤传输系统的生产制造、安装、运行和维护,光功率测量是*的。在光纤领域,没有光功率计,任何工程、实验室、生产车间或维护设施都无法工作。例如:光功率计可用于测量激光光源和LED光源的输出功率;用于确认光纤链路的损耗估算;其中zui重要的是,它是测试光学元器件(光纤、连接器、接续子、衰减器等)的性能指标的关键仪器。
  
  针对用户的具体应用,要选择适合的光功率计,应该关注以下各点:
  
  1、选择*的探头类型和接口类型
  
  2、评价校准精度和制造校准程序,与你的光纤和接头要求范围相匹配。
  
  3、确定这些型号与你的测量范围和显示分辨率相一致。
  
  4、具备直接插入损耗测量的dB功能。
  
  几乎在光功率计所有性能中,光探头是zui应仔细选择的部件。光探头是一个固态光电二极管,它从光纤网络中接收耦合光,并将之转换为电信号。可以使用的连接器接口(仅适用一种连接类型)输入到探头,或用通用接口UCI(使用螺扣连接)适配器。UCI能接受绝大多数工业标准连接器。基于选定波长的校准因子,光功率计电路将探头输出信号转换,把光功率读数以dBm方式显示(dB等于1mW,0dBm=1mW)在屏幕上。图一是一个光功率计的方块图。
  
  选择光功率计zui重要的标准是使光探头类型与预期的工作波长范围相匹配。下表汇总了基本的选择。值得一提的是,在进行测量时,InGaAs在三个传输窗口都有上佳表现,与锗相比InGaAs具有在所有三个窗口更为平坦的频谱特性,在1550nm窗口有更高的测量精度,同时具有*的温度稳定性和低噪声特性。
  
  光功率测量是任何光纤传输系统的制造、安装、运行和维护中*的部分。
  
  下一个因素与校准精度息息相关。功率计是与你应用相一致的方式校准的吗?即:光纤和连接器的性能标准与你的系统要求相一致。应分析是什么原因导致用不同的连接适配器测量值不确定?充分考虑其它的潜在误差因素是很重要的,虽然NIST(美国国家标准技术研究所)建立了美国标准,但是来自不同生产厂家相似的光源、光探头类型、连接器的频谱是不确定的。
  
  第三个步骤是确定符合你测量范围需求的光功率计型号。以dBm为单位表示,测量范围(量程)是全面的参数,包括确定输入信号的zui小/zui大范围(这样光功率计可以保证所有精度,线性度(BELLCORE确定为+0.8dB)和分辨率(通常0.1dBor 0.01 dB)是否满足应用要求。
  
  光功率计的zui重要选择标准是光探头类型与预期的工作范围相匹配。
  
  第四,大多数光功率计具备dB功能(相对功率),直接读取光损耗在测量中非常实用。低成本的光功率计通常不提供此功能。没有dB功能,技术人员必须记下单独的参考值和测量值,然后计算其差值。所以dB功能给使用者以相对损耗测量,因而提高生产率,减少人工计算错误。
  
  现在,用户对光功率计具有的基本特性和功能的选择已经减少,但是,部分用户要考虑特殊需求----包括:计算机采集数据纪录、外部接口等。
  
  稳定光源
  
  在测量损耗过程中,稳定光源(SLS)发射已知功率和波长的光进入光系统。对特定波长光源(SLS)校准的光功率计/光探头,从光纤网络中接收光,将之转换为电信号。为确保损耗测量精度,尽可能使光源仿真所用传输设备特性:
  
  1、波长相同,并采用相同的光源类型(LED,激光)。
  
  2、在测量期间,输出功率和频谱的稳定性(时间和温度稳定性)。
  
  3、提供相同的连接接口,并采用同类型光纤。
  
  4、输出功率大小满足zui坏情况下系统损耗的测量。
  
  当传输系统需要单独稳定光源时,光源的*选择应模拟系统光端机的特性和测量需求。选择光源应考虑如下方面:
  
  激光管(LD)来自LD发射的光,波长带宽窄,几乎是单色光,即单波长。与LED相比,通过其光谱波段(小于5nm)的激光不是连续的,在中心波长的两边,还发射几个较低峰植的波长。与LED光源相比,虽然激光光源提供更大功率,但价格高于LED。激光管常用于损耗超过10dB的长途单模系统。应尽量避免用激光光源测量多模光纤。
  
  发光二极管(LED):
  
  LED具有比LD更宽的光谱,通常范围为50 ̄200nm。另外,LED光是非干涉光,因而输出功率更加稳定。LED光源比LD光源要便宜的多,但对zui坏情况损耗测量显得功率不足。LED光源典型应用在短距离网络和多模光纤的局域网LAN中。LED可以用于激光光源单模系统进行损耗测量,但前提条件是要求其输出足够功率。
  
  光万用表
  
  将光功率计和稳定光源组合在一起被称为光万用表。光万用表用来测量光纤链路的光功率损耗。这些仪表可以是两个单独的仪表,也可以是单一的集成单元。总之,两类光万用表具有相同的测量精度。所不同的通常是成本和性能。集成光万用表通常功能成熟、具有各种性能但价格较高。
  
  从技术的角度来评价各种光万用表配置,基本的光功率计和稳定光源标准仍然适用。注意选择正确的光源种类、工作波长、光功率计探头以及动态范围。
  
  光时域反射仪和故障定位仪
  
  OTDR是zui经典的光纤仪器装备,它提供测试时相关光纤zui多的信息。OTDR本身是一维的闭环光学雷达,测量仅需光纤的一个端头。发射高强度、窄的光脉冲进入光纤,同时高速光探头纪录返回信号。此仪器给出有关光链路的可视化解释。在OTDR曲线上反映出接续点、连接器和故障点的位置以及损耗大小。
  
  OTDR评价过程与光万用表有许多相似点。事实上,OTDR可以被认为是一个非常专业的测试仪表组合:由一个稳定高速脉冲源和一个高速光探头组成。OTDR的选择过程可关注下列属性:
  
  1、确认工作波长,光纤类型和连接器接口。
  
  2、预期连接损耗和需要扫描的范围。
  
  3、空间分辨率。
  
  故障定位仪大多是手持式仪器,适用于多模和单模光纤系统。利用OTDR(光时域反射仪) 技术,用于对光纤故障的点定位,测试距离大多在20公里以内。仪器直接以数字显示至故障点的距离。适用于:广域网(WAN)、20 km范围的通讯系统、 光纤到路边(FTTC)、单模和多模光纤光缆的安装和维护、以及军用系统。在单模及多模光缆系统中,要定位带故障的连接头、坏的接续点,故障定位仪是一种优异的工具。故障定位仪操作简单,只需单键操作,可探测多达7个多重事件。
 

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