Wprowadzenie do Lokalizacji Uszkodzeń

Kabel komunikacyjny, miedziany czy światłowodowy, jest pasywnym, ale krytycznym elementem każdej sieci. W trakcie swojego życia jest on narażony na różnego rodzaju uszkodzenia: przerwania w wyniku prac budowlanych, degradację z powodu wilgoci, uszkodzenia w punktach połączeń czy nadmierne zginanie. Znalezienie dokładnej lokalizacji takiej usterki wzdłuż kabla, który może mieć kilometry długości, jest głównym wyzwaniem dla utrzymania sieci.

Z pomocą przychodzi reflektometria. Technologia ta pozwala technikom "zajrzeć" do wnętrza kabla z jednego końca, zmierzyć jego długość, zidentyfikować jego charakterystykę oraz precyzyjnie zlokalizować miejsce i rodzaj usterki. Dwa podstawowe narzędzia to TDR dla kabli miedzianych i OTDR dla światłowodów.

TDR dla Kabli Miedzianych: Elektryczny "Sonar"

TDR (Reflektometr Czasowy) działa jak sonar lub radar dla kabli elektrycznych. Wysyła on krótki, szybki impuls elektryczny wzdłuż przewodu miedzianego, a następnie "nasłuchuje" wszelkich powracających odbić.

Zasada Impedancji i Odbić

Impuls porusza się wzdłuż kabla z niemal stałą prędkością. Jeśli kabel jest jednorodny i prawidłowo zakończony, odbicie nie wystąpi. Jednak każda zmiana w kablu impedancji falowej $(Z_f)$ spowoduje, że część energii impulsu zostanie odbita z powrotem do TDR. Kształt i polaryzacja tego odbicia ujawniają naturę usterki.

• Przerwa w obwodzie: Jeśli kabel jest przecięty, impedancja w miejscu przerwy staje się nieskończona $(Z > Z_f)$. Powoduje to odbicie o tej samej polaryzacji (dodatniej) co wysłany impuls.
• Zwarcie: Jeśli dwie żyły pary są zwarte, impedancja w tym punkcie spada niemal do zera $(Z < Z_f)$. Powoduje to odbicie o przeciwnej polaryzacji (ujemnej).
• Dopasowane Zakończenie: Jeśli kabel jest poprawnie zakończony rezystorem równym jego impedancji falowej $(Z = Z_f)$, nie występuje odbicie, a kabel wydaje się nieskończenie długi dla TDR.

Obliczanie Odległości do Usterki

TDR precyzyjnie mierzy czas podróży w obie strony, jakiego potrzebuje impuls na dotarcie do usterki i powrót odbicia. Znając ten czas i prędkość propagacji sygnału, można dokładnie obliczyć odległość do usterki.

Gdzie $V_p$ to Prędkość Propagacji dla danego typu kabla, a "Czas" to zmierzony czas podróży w obie strony. Dzielimy przez 2, ponieważ mierzony czas dotyczy drogi do usterki i z powrotem.

OTDR dla Światłowodów: Widzenie za Pomocą Światła

OTDR (Optyczny Reflektometr Czasowy) jest światłowodowym odpowiednikiem TDR. Działa jednak na innej zasadzie. Zamiast odbić elektrycznych od zmian impedancji, mierzy on niewielką ilość światła, która jest rozpraszana z powrotem w kierunku źródła, gdy potężny impuls laserowy podróżuje wzdłuż światłowodu.

Zasada Rozpraszania Rayleigha

Podstawowym zjawiskiem wykorzystywanym przez OTDR jest rozpraszanie Rayleigha. Gdy impuls laserowy propaguje przez włókno, mała, przewidywalna część jego światła jest rozpraszana we wszystkich kierunkach z powodu mikroskopijnych niedoskonałości w szkle. Ułamek tego rozproszonego światła wraca do bardzo czułego detektora OTDR. Mierząc moc tego powracającego sygnału w czasie, OTDR może skonstruować graficzny wykres reprezentujący całe łącze światłowodowe.

Interpretacja Krzywej OTDR

Krzywa OTDR to wykres mocy światła rozproszonego wstecz (w dB) w funkcji odległości. NauKa czytania tego wykresu jest niezbędna do diagnozowania problemów z kablami światłowodowymi.

Kluczowe Zdarzenia na Krzywej OTDR:

• Strefa Martwa: Obszar na samym początku wykresu, gdzie detektor jest tymczasowo oślepiony przez odbicie o dużej mocy od własnego złącza OTDR. W tej strefie nie można wykryć żadnych zdarzeń (może mieć do 1 km, ale nowoczesne OTDR mają znacznie krótsze strefy martwe).
• Odcinek Światłowodu (Linia Pochyła): Delikatnie opadająca prosta linia reprezentuje normalną, ciągłą utratę mocy sygnału wzdłuż segmentu światłowodu, zwaną tłumieniem. Nachylenie tej linii odpowiada współczynnikowi tłumienia światłowodu (w dB/km).
• Spawy (Zdarzenia Stratne): Nagły, gwałtowny spadek poziomu mocy bez odblaskowego piku wskazuje na zdarzenie nierefleksyjne, zazwyczaj spaw termiczny.
• Złącza (Zdarzenia Refleksyjne): Ostry pik, po którym następuje spadek mocy, wskazuje na zdarzenie refleksyjne. Pik to odbicie Fresnela spowodowane szczeliną powietrzną w parze złączy lub pęknięciem włókna. Spadek mocy po piku reprezentuje tłumienność wtrąceniową złącza.
• Koniec Światłowodu: Wykres kończy się dużym pikiem refleksyjnym (od czoła światłowodu), po którym następuje gwałtowny spadek do poziomu szumów, który reprezentuje tło szumowe detektora OTDR.
• Duchy (Echa): Fałszywe zdarzenia refleksyjne spowodowane silnymi odbiciami wielokrotnie odbijającymi się w łączu światłowodowym. Można je zidentyfikować, ponieważ zazwyczaj znajdują się w wielokrotnościach odległości rzeczywistego zdarzenia refleksyjnego i nie wykazują rzeczywistej straty.