Sau đây là những thiết bị cần đo cho hầu hết các phép đo sử dụng máy đo công suất :
• Máy đo công suất quang:
Với các bớc sóng thích hợp Với các bộ nối thích hợp
Cho các kích cỡ sợi đơn mode hay đa mode
Chia độ theo dBm, tuy nhiên nên có thang tuỳ chọn dB.
• Nguồn sáng quang:
Với nguồn sáng quang ổn định Với các bớc sóng thích hợp Với các bộ nối thích hợp
Với các kích thớc sợi đơn mode hoặc đa mode Với các nguồn lasel hoặc LED
Với công suất ánh sáng ra đủ theo yêu cầu
• Các dây nhảy:
Có hai dây dài ít nhất 1 –5 m Với tổn hao đã biết
Với các bộ nối thích hợp
Với kích thớc lõi tơng tự với sợi quang cần đợc đo
Dung dịch làm sạch bộ nối, que quấn bông, bình khí nén
Bộ dụng cụ bóc sợi quang( nếu đợc yêu cầu cho cáp sợi quang đợc kết cuối )
Bộ chuyển đổi quang trần ( nếu sợi quang không đợc kết cuối) chất gel làm phù hợp với chiết suất :cho bộ nối chuyển quang trần
4.1.1.Xác định tổn hao của dây nhảy: Trớc khi tiến hành đo sợi quang, cần kiểm tra tổn hao của tong dây nhảy. Các giá trị tổn hao này đợc so sánh với các bản ghi hoặc các tiêu kỹ thuật của nhà sản xuất thì có thể xác định đợc các dây nhảy hỏng.
Chú ý: Cần làm sạch tất cả các bộ nối trớc khi tiến hành đo. Quy trình đo:
1 Bật máy đo công suất và nguồn sáng để đo, chờ cho chúng ấm khi ổn định. Nếu sử dụng các nguồn sáng laser, cần phải đảm bảo rằng nó vẫn cha đợc bật cho đến khi tất cả các sợi đến nguồn sáng nó đã đợc kết nối. Làm sạch tất cả các bộ nối trớc khi tiến hành đo.
2 Chuyễn máy đo công suất quang sang chế độ ( hay thang đo )dBm. Nối máy đo này với dây nhảy có chất lợng cao đã chuẩn bị trớc ( nh trình bày trong (hình4.1a) để nhận đợc công suất nguồn sáng tham chiếu ở dBm
( Ptham chiếu(dBm)).Gía trị công suất đầu ra dây nhảy gần với chỉ tiêu công suất ra với nguồn sáng. Chuyễn máy đo công suất sang chế độ dBm và hiệu chỉnh ở
chỉnh máy đo công suất. Nếu máy đo công suất không có chế độ dBm và chỉ hiển thị các mức công suất tuyệt đối ở dBm, ghi lại các giá trị đọc đợc trên máy đo nh Ptham chiếu( dBm).
Nguồn quang Dây nhảy đo thử Đồng hồ đo công suất
a)
Nguồn quang Dây nhảy đo thử Đồng hồ đo công suất
Bộ chuyển đổi dây nhảy A b)
Hình 4.1. Tổn hao dây nhảy.
3 Nối dây nhảy cần đợc đo thử ( dây A trong hình 4.1b) giữa máy đo và dây đo thử. Trong trờng hợp đo này, ta cần phải sử dụng thêm một bộ nối chuyển đổi.
4 Ghi lại giá trị huy hao quang của máy đo công suất theo dB( Lmáyđo(dB) . Đối với một số máy đo công suất , giá trị đọc đợc của suy hao quang theo dB có thể là một số âm. Điều thể hiện máy đo công suất đó sử dụng công thức công suất để tính độ khuyếch đại theo đề ci ben thay cho công thức tính tổn hao ánh sáng theo đề ci ben . Nếu giá trị đọc đợc là âm, có thể bỏ đi dấu âm và chỉ sử dụng mức dơng cho mọi tính toán.
Nếu máy đo công suất không có chế độ dB, thì cần tính toán nhanh để xác định tổn hao dây nhảy ( xem bớc 6 ) ghi lại giá trị dBm nh là Pmáy đo ( dBm).
5 Đảo lại kết nối của dây nhảy A và khẳng định số đọc đợc trên máy đo giống nh trớc đây. Nếu số đọc đợc khác đi sau khi đảo đầu dây nhảy, thì thử một dây nhảy khác. Tổn hao của dây nhảy Giá trị tham chiếu(dBm) hiệu chỉnh 0 dB( nếu có)
6 Nếu số đọc trên máy đo công suất theo dB, thì giá trị đó là tổn hao của dây nhảy A ( l( dB).
Nếu số đọc đợc ở dBm, thì tổn hao của dây nhảy A bằng giá trị công suất tham chiếu trừ đi giá trị đọc đợc:
L(dB) = Ptham chiếu ( dBm ) - Pmáy đo (dBm)
7 Một dây nhảy tốt nên có tổn hao nhỏ hơn 1,0dB. Đối với mỗi dây lặp lại các bớc bắt đầu ở bớc 3 đến khi tất cả các dây nhảy đều đợc kiểm tra và các tổn hao của chúng đều đợc ghi lại ( các dây B,C..)
8 Tổn hao của dây nhảy là tổn hao của sợi quang trong dây nhảy đó và của hai bộ nối của hai đầu dây. Cần chú ý là tổn hao của hai bộ nối cộng thêm vào tổn hao của một kết nối.
4.1.2.đo sợi quang.
Phép đo tổn hao bằng máy đo công suất cần đợc thực hiện trên tất cả các tuyến sợi quang để xác định tổn hao toàn tuyến. Thông tin này đợc sử
dụng để xác định quỹ tuyến quang và độ dự trữ quang của tuyến.
Có thể tiến hành việc đo thử này theo hai kiểu: kiểu nối vòng trở lại và kiểu đầu cuối - tới - đầu cuối.
Kiểu đầu cuối – tới - đầu cuối chính xác hơn, nhng cần hai ngời thực hiện. Còn kiểu nối vòng trở lại cho một kết quả trung bình và có thể hoàn thành với một ngời thực hiện, nhng kiểu này lại mất nhiều thời gian hơn.
Khi đo cần phải đảm bảo rằng chỉ sử dụng các dây nhảy và qua kiểm tra . Nếu không sử dụng bộ nối thì, nối trực tiếp thiết bị đo quang với cáp quang đã kết nối.
Quy trình.
1 Bật nguồn máy đo công suất và nguồn sáng, đợi cho các thiết bị này hoạt động ổn định. Nếu sử dụng một nguồn sáng laser, đảm bảo rằng nó vẫn cha đợc bật cho đến khi tất cả các sợi đến nguồn sáng đó đã đợc kết nối hoàn chỉnh. Làm sạch tất cả các bộ nối.
2 Nhận diện sợi quang cần đợc đo thử. Đối với một hệ thống khai thác đã đ- ợc lắp đặt, tất cả các thiết bị thông tin nối với nó và đảm bảo chắc chắn rằng tất cả các nguồn sáng quang đã tắt .
3 Trớc khi đo thử các sợi quang này, máy đo công suất cần đợc hiệu chỉnh về 0dB nh sau:
Sử dụng một dây nhảy để đo thử, nối nguồn sáng với máy đo công suất nh minh hoạ hình 4.2.a. Thiết lập máy đo ở chế dộ dBm. Đảm bảo rằng nguồn sáng đã đợc bật, và đọc công suất quang thu đợc từ máy đo công suất ở dBm. Gía trị này nên gần với chỉ tiêu công suất đầu ra ở nhà sản xuất nguồn sáng đó. Thiết lập máy đo ở chế độ dB và điều chỉnh nó về o,odB. Sự hiệu chỉnh odB này sẽ đ- ợc sử dụng nh là mức công suất tham chiếu của nguồn sáng. Tháo thiết bị kiểm thử nhng không hiệu chỉnh hoặc tắt máy đo công suất. Nếu máy đo công suất đó không cài đặt 0,0dB mà chỉ hiển thị ở mức công suất tuyệt đối theo dB, thì ghi lại công suất Pthachiếu(dBm) đọc đợc trên máy đo để sử dụng cho các tính toán sau này.
4 Đối với hệ thống đang có , tháo tất cả các dây nhảy hiện có ra khỏi bảng nối cáp sợi quang.
Xác định kiểu cấu hình đo thử ( đầu cuối – tới - đầu cuối hay vòng trở lại) và nối các dây nhảy đã qua kiểm thử, với nguồn sáng và máy đo công suất (hình 4.2). Không thay đổi giá trị tham chiếu odB của máy đo công suất đã thực hiện ở bớc trớc.
5 Bật nguồn sáng sau khi đảm bảo cáu hình kiểm thử đợc nối đúng. Đọc giá trị trên máy đo và ghi lại mức công suất quang đo đợc đó. Đối với cấu hình đầu cuối – tới - đầu cuối, ghi lại tổn hao theo dB nh là Lđo đầu cuối(dB). Nếu không sử dụng chế độ dB, thì ghi lại mức công suất theo dBm nh là
Pđo đầu cuối(Db). Nếu cấu hình mạch vòng, ghi lại mức công suất quang nh là Pđo mạch vòng (dB). Hoặc Pđo mạch vòng (dBm) cho chế độ dBm.
Bảng nối bảng nối
Đồng hồ đo công suất Mạch vòng
Dây nhảy A Dây nhảy B
A) kiểm tra thử mạch vòng trở lại
Nguồn sáng
Dây nhảy đo thử dây nhảy A b) kiểm thử đầu cuối tới cuối sợi
Hình 4.2. Cấu hình kiểm thử bằng máy đo công suất.
6 Đối với sợi cấu hình đầu cuối – tới - đầu cuối, sử dụng chế độ đo dB, tổn
hao toàn bộ sợi quang là tổn hao mà máy đo đợc trừ đi tổn hao của dây nhảy A:
LSợi quang (dB) = Lđo đầu cuối (dB) – Ldây A ( dB ) (4.1)
Nếu đọc đợc các giá trị đo trên máy đo theo dBm, tổn hao toàn bộ tuyến sợi quang đợc xác định bằng hiệu giữa giá trị tham chiếu ban đầu Ptham chiếu (dBm
Với giá trị đọc đợc trên máy đo và tổn hao của dây nhảy: Lsợi quang ( dBm ) = Ptham chiếu ( dBm ) – Pđo đầu cuối ( dB) - Ldây A ( dB )
Đối với cấu hình mạch vòng sử dụng thang đo dB, đa thêm tổn hao của dây nối B vào đẳng thức4.1. sau đó chia kết quả thu đợc cho 2 để xác định tổn hao trung bình cho một sợi quang:
Lsợi quang (dB ) = ( Lđo đầu cuối (dB ) - Ldây A (dB) - Ldây B (dB))/2
Nếu đọc các giá trị theo dBm, thì tổn hao của một sợi quang đợc tính nh sau: Lsợi quang ( dBm ) = ( Ptham chiéu (dBm ) – Pđo đầu cuối ( dB )- Ldây A( dB ) - Ldây B (dB ))/2
7 Ghi lại các kết quả ghi đợc và qui trình thực hiện để có những kết quả đó 8 Quy trình có thể lặp lại để có thể đo đợc tất cả các sợi trong cáp sợi quang đó.
4.2. Đo suy hao trên sợi quang:
Nh ta đã phân tích , suy hao là một trong những thông số quan trọng , nó cho phép xác định xem tín hiệu quang bị suy giảm bao nhiêu khi đi qua một độ
đồng hồ đo công suất
dài cho Phép của sợi dẫn quang, từ đó có thể tính đợc độ dài cực đại cho phép của tuyến mà không cần trạm lặp . vì vậy, một trong các yêu cầu quan trọng là phải xác định đợc thông số này .
* Có hai phơng pháp đo suy hao đang đợc áp dụng :
- Ph ơng pháp đo hai điểm .
- ph ơng pháp đo quang dội ( đo tán xạ ng ợc )
4.2.1. Đo suy hao theo phơng pháp hai điểm:
Để đo suy hao của sợi quang theo phơng pháp này , cần có một nguồn quang có công suất phát ổn định và máy đo công xuất quang có độ nhạy cao. Nguyên lý đo : Đo mức công suất quang ở đầu và cuối sợi để tính suy hao của sợi.Để thích hợp với điều kiện của sợi quang cần đo, phơng pháp này lại đ- ợc chia làm hai phơng pháp với cùng một nguyên lý đo nhng cách đấu nối với sợi quang khác nhau
Điểm cắt L1 P1 Sợi quang 2m L1 P1 LS: Nguồn quang
OPM:Máy đo công suất quang
Hình .4.3. đo suy hao theo phơng pháp cắt sợi. a). Phơng pháp cắt sợi:
Nối hai đầu sợi quang cần đo vào nguồn ( LS ) và máy đo do công suất quang ( OPM ) nh (hình4.1) trên . tiến trình đo qua các bớc sau:
- Cho nguồn quang hoạt động , đo và ghi nhận mức công suất quang ở đầu xa L2 : P2 .
LS
LS OPM
- Cắt sợi quang ở đầu nguồn quangL1 ( 2M ).
- Nối máy đo công suất quang vào đoạn L1, đo và ghi nhận mức công suất quang ở đầu gần : P1.
- Tính suy hao của sợi theo công thức : A ( dB ) = 10 log ( ) (mW) P mW P 2 1 Nếu p1 và p2 đo bằng mw (4.2) A (dB ) = p1 ( dB m ) – p2 ( dB m ) Nếu p1 và p2 đo bằng dBm (4.3) ( dBm là đơn vị đo decibenl đợc so sánh với một lmw, đây chính là phép đo tuyệt đối , nghĩa là xác định mức điện tại điểm đo và nó không thay đổi .)
suy hao trung bình của sợi :
α ( dB / Km ) = ( ) ( )Km L dB A (4.4) Trong đó L = L2 – L1
Suy hao ghép ở hai đầu sợi quang đều có mặt trong cả hai lần đo công suất đầu gần và cả đầu xa nên chúng tự khử nhau trong cách tính suy hao trên Phơng pháp đo cắt sợi có kết quả đo chính xác , và đã đợc ITU-T chấp nhận là một ph- ơng pháp tham khảo để đo sợi quang ( RMT - Reeference Test Mcthod ).
Nhợc điểm phơng pháp đo này là sợi quang bị cắt đi một đoạn ( 2m ) sau mỗi lần đo nên không thích hợp với các sợi quang đã lắp đặt và đã gắn sẵn khớp nối ở đầu sợi quang . có thể tránh việc cắt sợi quang bằng phơng pháp thứ hai :
b). Ph ơng pháp đo xen thêm:
P1 Tes lead Dụng cụ ghép P2 LS LS OPM OPM LS LS OPM OPM LS
Sợi quang
Hình 4.4.Đo suy hao theo phơng pháp xen thêm suy hao .
Sợi quang cần đo đợc đấu với dây nối của nguồn quang thông qua dụng cụ nối lắp đặt đợc ( hình 4.4 ) Nối sợi quang đã lắp đặt mà cha gắn khớp nối ở đầu sợi thì dụng cụ ghép là một ống nối đàn hồi , nếu đã có sẵn khớp nối ở đầu sợi quang thì dụng cụ ghép là khớp nối .
Trình tự đo cũng tơng tự đo nh ở phơng pháp cắt sợi , nhng trờng hợp này có thể đo công xuất quang ở đầu gần trớc :
- Đo công xuất quang ở đầu gần : P1.
- Nối sợi cần đo vào dây đo của nguồn quang qua dụng cụ và đo công xuất quang ở đầu xa : P2 .
- Tính suy hao tổng cộng và suy hao trung bình nh phơng pháp cắt sợi .
- Đo suy hao tổng cộng A của phơng pháp này bao gồm cả suy hao của sợị quang và dụng cụ nối . có thể tính suy hao của riêng của sợi bằng cách trừ bớt suy hao của dụng cụ nối ( ớc tính ) . Trên thực tế cần đo suy hao toàn tuyến bao gồm cả khớp nối ở hai đầu nên phơng pháp này tỏ ra thích hợp hơn . Đây chính là phơng pháp luân phiên ( ATM Alternate Test Method ) có trong thủ tục FOTP –53 của EIA.
4.2.2. Đo suy hao theo phơng pháp tán xạ ngợc :
ý tởng của phơng pháp này là phóng các xung ánh sáng vào các sợi quang rồi thu nhận và phân tích các xung phản xạ, các tán xạ ngợc theo thời gian để đánh giá đặc tính truyền dẫn của sợi quang .
Nguyên lý này đợc áp dụng trong máy đo OTDR do Baarnosky và Jensen đa ra lần đầu vào năm 1976 . Kỷ thuật này cho phép xác định suy hao của sợi quang , suy hao nối hàn , chổ sợi bị đứt... chỉ tại một đầu sợi mà không cần phải cắt sợi.
a). Sự hình thành phản xạ và tán xạ ngợc :
Khi ánh sáng truyền qua các khe khômg khí tại các vị trí sợi hỏng hoặc qua. Connector và đến cuối sợi , gặp mặt phân cách giữa sợi thuỷ tinh và không khí sẽ phản xạ ( phản xạ Fresnel ) với hệ số phản xạ ( Reflection Coefficint). R= ( ) ( )2 0 1 2 0 1 n n n n + − (4.5) Trong đó : n1 : chiết xuất của sợi thuỷ tinh.
no : chiết xuất của không khí. Với n1 = 1,5 và no = 1 thì :
R = 0,04 = 4% ( hay – 14 dBm )
Điều đó có nghĩa là ở mặt phân cách ( hoặc ở chổ sợi bị đứt ) có 4% công suất quang phản xạ trở lại.
Nếu mặt cắt đầu sợi quang nghiêng hoặc không nhẵn thì hệ số phản xạ thấp hơn.
Tổng quát , công suất phản xạ đợc diễn tả bởi :
Pr (t) = R Poexp ( -2αvt ) ( 4.6 ) Trong đó : R : hệ số phản xạ .
Po : công xuất ở đầu sợi.
α : hệ số suy hao trung bình ( Np / Km ). v : vận tốc ánh sáng trong sợi .
t : thời gian (s).
n1 Xung phát no
Hình 4.5. Phản xạ ở cuối sợi .
ánh sáng phải đi qua một khoảng cách đễ đến điểm phản xạ và trở về do vậy đến khoảng cách điểm phản xạ là:
S = 2 .t v (4.7) +Tán xạ ng ợc: lớp bọc n2 lỏi n1 lớp bọc Hình 4.6. Sự truyền tia tán xạ ngợc.
Tán xạ ngợc là do chiết xuất khúc xạ thay đổi dọc theo sợi quang . tại những chổ có sự chênh lệch chiết suất khúc xạ thì ánh sáng bị tán xạ . Các tia xạ ngợc toả ra mọi hớng . Những tia tán xạ ngợc về phía nguồn quang có phơng hợp với trục sợi một góc nhỏ hơn góc nhỏ tới hạn θc góc mở của sợi có thể truyền về đầu sợi . (hình 4.6.)
Những tia phản xạ theo các hớng khác thì tiếp tục truyền về cuối sợi hoặc bị khúc xạ ra khỏi lỏi tuỳ theo phơng của chúng .
Công suất tán xạ có dạng tổng quát :
Pr ( t ) = Sαs vt Po exp ( -2αvt ) ( 4.8 )
Trong đó : S : hệ số tán xạ ngợc . αs : hệ số tán xạ raylegh. V : vận tốc ánh sáng trong sợi. T : độ rộng xung ánh sáng .
Po : công suất của xung ánh sáng tới.
α : độ suy hao trung bình của sợi t : thời gian.
Hệ số tán xạ ngợc S phụ thuộc vào loại sợi quang :