Lokalizacja Uszkodzeń

Lokalizacja uszkodzeń w miedzi i światłowodzie

Kabel komunikacyjny jest podczas pracy elementem pasywnym, lecz jego stan elektryczny albo optyczny decyduje o jakości łącza. Prace budowlane, wilgoć, wadliwe połączenia, nadmierne zginanie i przerwanie włókna tworzą nieciągłości oddalone od punktu pomiarowego. Pierwszym zadaniem jest określenie położenia takiej nieciągłości wzdłuż kabla.

Reflektometria wysyła znany sygnał z jednego końca i interpretuje energię powracającą. TDR wykorzystuje impulsy elektryczne w kablu miedzianym. OTDR mierzy rozproszenie wsteczne oraz odbicia w światłowodzie. W obu metodach odległość wynika z czasu propagacji, a dokładność zależy od kabla i konfiguracji przyrządu.

Odczyt pozwala oszacować długość toru, wskazać nieciągłość i odróżnić zdarzenie refleksyjne od straty rozłożonej. Wynik trzeba interpretować razem z typem przewodu, zakończeniem, szerokością impulsu i ustawionym współczynnikiem prędkości.

TDR dla kabli miedzianych

TDR (reflektometr czasowy) wysyła krótki impuls elektryczny do pary miedzianej i próbuje powracający przebieg. Nieciągłość zmienia impedancję widzianą przez impuls, dlatego czas powrotu wskazuje położenie, a amplituda i polaryzacja dostarczają informacji diagnostycznej.

W jednorodnym kablu impuls biegnie z prawie stałą prędkością. Zakończenie dopasowane do impedancji pochłania energię, natomiast zmiana impedancji odsyła jej część do przyrządu. Znak odbicia wskazuje, czy impedancja wzrosła, czy zmalała.

Impedancja i współczynnik odbicia

Jednorodna para ma impedancję falową . Dla obciążenia $Z_L$ napięciowy współczynnik odbicia wynosi:

\Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0}

Przerwa w obwodzie: $Z_L \rightarrow \infty$ , więc $\Gamma \rightarrow +1$ . Odbicie ma tę samą polaryzację co impuls padający.
Zwarcie: $Z_L \rightarrow 0$ , więc $\Gamma \rightarrow -1$ . Odbicie odwraca polaryzację.
Dopasowane zakończenie: $Z_L = Z_0$ , więc $\Gamma = 0$ . Idealne zakończenie nie powoduje odbicia.

Odległość do uszkodzenia

TDR mierzy czas obiegu $t$ od punktu wysłania impulsu do nieciągłości i z powrotem. Przy prędkości propagacji $V_p$ w danym kablu odległość w jedną stronę wynosi:

d = \frac{V_p \times t}{2}

zależy od dielektryka kabla i wymaga ustawienia dla badanego typu przewodu. ITU-T G.996.2 przewiduje raportowanie długości pętli z rozdzielczością 1 m w zakresie od 0 do 16 383 m oraz rozróżnianie odcinków szeregowych i odgałęzień.

OTDR dla światłowodu

OTDR (optyczny reflektometr czasowy) wysyła impuls laserowy do włókna i mierzy moc optyczną powracającą w funkcji czasu. Krzywa ujawnia tłumienie rozłożone, straty na spawach, odbicia oraz koniec łącza.

OTDR pełni dla światłowodu podobną funkcję jak TDR dla miedzi, lecz nie śledzi zmian impedancji. Analizuje słaby sygnał rozproszony wstecznie oraz silniejsze odbicia od granic materiałów, budując profil całego włókna.

Rozpraszanie wsteczne Rayleigha

OTDR wykorzystuje . ITU-T G.650.3 opisuje krzywą OTDR jako moc światła rozproszonego wzdłuż włókna w funkcji odległości. Przy odbiorze nowego łącza zalecane są pomiary z obu kierunków i co najmniej na dwóch reprezentatywnych długościach fali, na przykład 1310 nm i 1550 nm dla włókna typu G.652. Przewody rozbiegowy i dobiegowy mają zwykle po 1 do 2 km, aby umożliwić ocenę złączy końcowych poza strefą zdarzeń przyrządu.

Moc rozproszenia wraca do detektora w sposób ciągły, natomiast odbicia Fresnela tworzą pojedyncze piki na granicach ośrodków. Takie rozdzielenie pomaga łączyć nachylenie krzywej z tłumieniem włókna oraz skok z konkretnym złączem albo spawem.

Interpretacja krzywej OTDR

Krzywa OTDR przedstawia moc rozproszenia wstecznego w funkcji odległości. Kształt zdarzenia trzeba odczytywać razem z szerokością impulsu, zakresem, długością fali oraz przewodami rozbiegowym i dobiegowym.

Najważniejsze zdarzenia na krzywej

Strefa martwa: Po silnym odbiciu odbiornik odzyskuje czułość, przez co pobliskie zdarzenia pozostają niewidoczne. Długość strefy zależy od przyrządu, szerokości impulsu i siły odbicia, więc nie ma jednej wartości 1 km. Krótszy impuls zwykle rozdziela zdarzenia lepiej, lecz skraca zasięg pomiaru.
Odcinek włókna: Stałe nachylenie w dół oznacza tłumienie rozłożone. Nachylenie podaje się w dB/km dla wybranej długości fali.
Spaw termiczny: Skok w dół bez wyraźnego piku refleksyjnego oznacza zdarzenie stratne o małej refleksyjności, zwykle .
Złącze: Pik refleksyjny i następujący po nim skok wskazują interfejs. Szczelina powietrzna albo pęknięcie zmienia współczynnik załamania. Pik jest , a skok oznacza tłumienność wtrąceniową.
Koniec włókna: Odbicie końcowe jest poprzedzone spadkiem do poziomu szumów detektora. Przewód dobiegowy pozwala zmierzyć złącze końcowe bez utożsamiania go z końcem włókna.
Duch: Silne odbicie może utworzyć wtórną krzywą rozproszenia lub pozorne zdarzenie za zdarzeniem rzeczywistym. Powtarzalny odstęp i brak odpowiadającej straty pomagają je rozpoznać.