3.3.1. Ảnh hƣởng của chỉ số chiết quang đến phép đo
Mỗi thiết bị đo OTDR đều cĩ các tham số riêng, nhiều tham số quan trọng trong ứng dụng thực tiễn nhƣ:
- Bƣớc sĩng cơng tác - Dải động
- Độ phân giải khơng gian (dải đo ngang) và độ chính xác của phép đo khoảng cách
- Độ tuyến tính
- Độ phân giải suy hao (dải đo đứng) và độ chính xác của phép đo suy hao
Khi các điều kiện đo thực tế mà các thơng số của thiết bị khơng thỏa mãn đƣợc thì phép đo sẽ khơng cịn chính xác nữa. Do đĩ, với một tuyến cáp sợi quang cần đo, địi hỏi thiết bị đo thỏa mãn các thơng số đĩ
Chỉ số chiết quang là một trong các thơng số cấu trúc của sợi dẫn quang, nĩ quy định nhiều tham số sĩng ánh sáng lan truyền trong sợi. Một trong những tham số đĩ là vận tốc ánh sáng lan truyền và quan hệ giữa vận tốc pha của ánh sáng với chỉ số chiết quang của sợi theo cơng thức:
Vph
( )
c
n (3.30)
Vận tốc nhĩm của sĩng ánh sáng lan truyền cũng phụ thuộc vào chiết suất nhĩm ng:
Vg
( )
g c
n (3.31)
Nhƣ vậy, chỉ số chiết quang của sợi ảnh hƣởng rất lớn đến kết quả đo, điều này dẫn đến một yêu cầu quan trọng cho việc sử dụng thiết bị OTDR là phải cĩ khả năng hiệu chỉnh kết quả đo khi chỉ số chiết quang của sợi thay đổi. Đây cũng là tham số quan trọng của thiết bị OTDR.
3.3.2. Ảnh hƣởng của độ rộng xung phát và dải động của OTDR
Trong thiết bị OTDR cho phép chúng ta chọn bề rộng xung phát tại các mức cho sẵn. Trong trƣờng hợp độ rộng xung phát lớn thì dải động lớn và khi đo tán xạ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Rayleigh trở về lớn hơn. Do vậy ta cĩ thể cĩ độ dài sợi cần kiểm tra dài hơn. Kết quả này đƣợc thể hiện tại các điểm cĩ phản xạ Fresnel từ các mối nối (connector). Nhƣ vậy sẽ cho phép chúng ta phân biệt đƣợc khoảng cách giữa hai điểm và tăng sự chính xác trong phép đo.
Thời gian cần thiết để truyền hết một xung ánh sang qua một điểm trên sợi cũng chính là độ rộng xung. Cự ly truyền tƣơng ứng với thời gian này là:
L = 1
2.v.T (3.32)
Thừa số 1/2: Do ánh sáng truyền theo hai chiều V = c/n1: Vận tốc ánh sáng truyền trong sợi
T: Độ rơng xung
Ví dụ: Với n = 1,5 (chiết suất lõi sợi) thì ta cĩ:
L = 1 2. 8 3.10 1, 5 T(s) L = 108 (m/s).T(s) L = 100 (m/µs)
Điều này cĩ nghĩa là nếu xung cĩ bề rộng T = 1 µs thì khoảng cách của chƣớng ngại vật gần nhất mà máy đo cịn phân biệt đƣợc là 100m.
Nĩi chung, bề rộng xung T càng rộng thì khoảng cách cĩ thể cịn phân biệt L càng lớn, tức là độ phân giải càng kém và ngƣợc lại
Độ rộng xung của các máy đo trên thực tế đều cĩ thể điều chỉnh đƣợc từ vài ns đến vài µs. Khi đo ở cự ly gần thì dùng T nhỏ để tăng độ phân giải, khi đo ở cự ly xa thì dùng T lớn để tăng dải động.
3.3.3. Ảnh hƣởng khi đặt vị trí con trỏ trên màn hình thiết bị OTDR
Một trong những yếu tố ảnh hƣởng đến độ chính xác khi đo khoảng cách là đặt con trỏ ở vị trí cần đo trên màn hình thiết bị OTDR. Ta biết rằng, dải động lớn cĩ thể đo đƣợc cự ly xa trên sợi quang, thì độ gần nhau xác định mà OTDR khơng thể đo đƣợc gọi là vùng chết (Deadzone) của OTDR.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
Khái niệm về vùng chết:
Vùng chết là “điểm mù”, nĩ xuất hiện từ sự phản xạ của những khớp nối và những mối hàn cơ khí cĩ xu hƣớng bão hịa mà bộ thu của OTDR cảm nhận đƣợc. Một vùng chết luơn xuất hiện trƣớc các điểm phản xạ connector cũng nhƣ các phản xạ khác dọc sợi quang.
Theo thơng báo của TR – TSY – 000196 Issue 2 “Tiêu chuẩn chung cho OTDR” Bellcore cho 2 định nghĩa về vùng chết đến nay vẫn đƣợc chấp nhận sử dụng trong cơng nghệ:
- Vùng chết của độ suy hao: Đây là khoảng cách từ vị trí bắt đầu của phản xạ đến vị trí phục hồi khoảng 0,5dB gần đƣờng tán xạ ngƣợc (Theo tài liệu của Bellcore đề nghị là 1 dB nhƣng thƣờng dùng tại 0,5 dB). Đây là điểm mà OTDR khơng thể đo đƣợc sự suy hao và suy giảm một lần nữa, bởi vì phép đo chỉ thực hiện địi hỏi phải cĩ tán xạ ngƣợc.
- Vùng chết của sự cố: Đây là khoảng cách từ vị trí bắt đầu của phản xạ đến điểm mà OTDR thu đƣợc là 1,5dB thấp hơn điểm phản xạ. Tại điểm này một phản xạ thứ hai cĩ thể đƣợc nhận dạng, tuy nhiên độ suy hao và suy giảm khơng thể đo đƣợc.
Vùng chết đƣợc hiểu là độ phân giải hai điểm của một thiết bị OTDR xác định thế nào sao cho với hai điểm đặc trƣng thì cĩ thể đo đƣợc.
Đối với thiết bị đo OTDR, yêu cầu vùng chết càng ngắn càng tốt.
3.3.4. Ảnh hƣởng của sự sắp xếp sợi quang trong cáp
3.3.4.1. Cấu trúc lớp và đơn vị:
Trong cáp quang, sợi quang đƣợc sắp xếp theo từng lớp hoặc từng đơn vị. Cách sắp xếp thep từng đơn vị cĩ mật đọ sợi trong cáp cao nên phù hợp với mạng cáp nội hạt, cịn cách sắp xếp theo từng lớp phù hợp với mạng đƣờng dài
3.3.4.2. Sự xoắn ruột cáp:
Sợi quang cùng với các thành phần khác nhƣ dây đồng, ống làm đầy (nếu cĩ) đƣợc xoắn dọc theo trục cáp nhằm giảm lực căng tác dụng lên sợi khi sợi bị kéo căng. Do sợi quang bị xoắn nên chiều dài sợi khác với chiều dài của cáp.
Việc xoắn ruột cáp làm cho sợi quang bên trong đĩ bị uốn cong. Dạng đƣờng cong của sợi quang nằm trong khơng gian 3 chiều. Bán kính uốn cong của sợi quang phụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ thuộc vào bƣớc xoắn S và bán kính R theo cơng thức:
2 1 2 S R R (3.33)
trong đĩ: : Bán kính uốn cong R: Bán kính xoắn S: Bƣớc xoắn
3.3.4.3. Sự dãn dài và co rút
Ngồi việc giới hạn độ uốn cong sợi quang cịn phải chú ý đến độ dãn dài (do keo căng) và độ co rút (do nhiệt độ) của sợi quang vì những yếu tố này cĩ ảnh hƣởng đến các thơng số truyền dẫn cũng nhƣ độ bền cơ học của sợi quang.
Trong cấu trúc ống đệm lỏng, sợi quang cĩ thể di chuyển tự do trong ống đệm. Ở trạng thái bình thƣờng sợi quang nằm giữa ống đệm, khi bị kéo căng sợi quang dịch vào phía trục của cáp, cịn khi bị co rút sợi quang dịch ra phía vỏ cáp. Do đƣờng kính trong của ống đệm lớn hơn đƣờng kính sợi quang và ống đệm đƣợc xoắn trong ruột cáp nên khi bị kéo căng (hoặc co rút) với độ thay đổi chiều dài nhỏ thì sợi quang bên trong ống đệm chƣa bị ảnh hƣởng
3.3.5. Ảnh hƣởng của sơ đồ hồn cơng khi xác định khoảng cách cáp
Trong thực tế do độ dài tuyến đo trên máy bao giờ cũng lớn hơn cự ly thực, vì: - Tại chỗ các măng xơng bao giờ cũng cĩ cáp dự trữ
- Thực tế trong thi cơng, tại các chỗ vƣợt cầu, cỗng cũng cĩ cáp dự trữ - Tuyến cáp khơng hồn tồn thẳng do tuỳ thuộc vào địa hình thi cơng.
- Khi đo ta chỉ đo chiều dài sợi trong cáp, do sự xoắn sợi trong cáp nên bao giờ chiều dài sợi đo đƣợc cũng lớn hơn chiều dài thực tế của cáp đã thi cơng.
Vì vậy càng gắn đặc tuyến suy hao với tuyến thực tế
Cĩ thể xác định vị trí sợi bị đứt chính xác hơn bằng cách đo hai phía từ hai trạm liên tiếp (hoặc đầu cuối) để xác định vị trí đứt so với mối hàn gần đĩ ( nhƣ đã trình bày ở mục 3.1.3.3)
Trên tuyến thực tế cĩ các vật chuẩn là các cột mốc (cĩ đánh số) tại các hố chơn măng xơng, cịn các đặc tuyến suy hao thì dễ phát hiện ra các chỗ măng xơng với
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ khoảng cách xác định. Cần tập đo thử để các chỗ măng xơng với các cột mốc cụ thể, để từ đĩ xác định đƣợc khoảng cách quang từ trạm máy tới vật chuẩn là cột mốc, để cĩ kinh nghiệm xử lý tìm chỗ hƣ hỏng sau này nhanh, giúp tìm đƣợc các chỗ khơng đồng nhất mới, nhất là các chỗ cĩ hƣ hỏng nhẹ trên sợi mà chƣa gãy hẳn.
3.4. ĐO THỰC NGHIỆM BẰNG THIẾT BỊ OTDR
3.4.1. Kết quả thực nghiệm đo đạc bằng thiết bị OTDR MW910C
Thực hiện đo kiểm tra tuyến truyền dẫn quang cho các trạm BTS Nho Quan – Ninh Bình
- Thiết bị đo: OTDR MW910C
- Đoạn đo: Từ trạm BTS NBH048-NBH196 huyện Nho Quan –Ninh Bình - Loại cáp: ADSS-24Fo - Chiết suất sợi: n = 1,4670
- Chiều dài tuyến cáp: L = 11.632 Km - Tổng các mối nối: N = 3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
3.4.2. Đánh giá kết quả
Phân tích kết quả đo:
- Thơng số đặt cho máy đo: Wavelength (nm): 1310, khoảng cách 20km, Pusle (ns): 100, thời gian đo 20s
- Sợi 1 Total loss 3.766 dB -> suy hao tổng tuyến là 3.766dB - Chiều dài tuyến cáp: 11.632 km
- Viettel cho phép suy hao trên 1 km là 0.3dB, suy hao trên 1 mối hàn là 0,22dB - Vậy sợi cáp trên đo đƣợc suy hao tổng là 3.766dB nằm trong giới hạn cho phép nên sợi số 1 đạt yêu cầu.
Tƣơng tự các sợi từ 2-22 (trừ sợi 23, 24 đang sử dụng)
Sợi số 5, 8 khơng đạt do suy hao tổng tuyến vƣợt ngƣỡng cho phép, cịn các sợi khác đạt yêu cầu.
3.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3
Máy đo OTDT là một trong những cơng cụ đo khơng thể thiếu đƣợc trong hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang. Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên nguyên lý đo phản xạ và tán xạ ngƣợc. Các ứng dụng của máy là: Đo suy hao của mối hàn, khớp nối và suy hao tồn tuyến, xác định thứ tự mối hàn, chỗ sợi bị đứt và đo chiều dài của sợi…
Hiện nay trên thế giới cĩ nhiều hãng sản xuất các máy đo rất hiện đại, nhƣng khi sử dụng máy để đo thì vẫn cĩ sai số. Các sai số chủ yếu là do cài đặt các thơng số của máy và do kỹ năng đo đạc của ngƣời sử dụng. Khi sử dụng máy cần chú ý đến độ rộng xung phát, dải động và “vùng chết” cảu máy. Sử dụng máy thuần thục, cĩ nhiều kinh nghiệm trong đo đạc sẽ giúp ta tốn kém ít thời gian để khắc phục sự cố, giảm bớt các thiệt hại do mất thơng tin liên lạc.
Trong chƣơng này khảo sát đo thực nghiệm bằng OTDR tuyến cáp quang Nho Quan – Ninh Bình và đánh giá các kết quả đo đƣợc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
KẾT LUẬN
Hiện nay, thơng tin quang đã trở thành tuyến truyền dẫn trọng yếu trên mạng lƣới viễn thơng. Một lần nữa, khẳng định đƣợc vai trị khơng thể thiếu đƣợc của sợi quang, nĩ đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống xã hội nhƣ: Trong dân dụng (dùng trang trí ánh sáng…), trong điện tử cơng nghiệp, trong y tế (Máy nội soi bằng sợi quang…), trong viễn thơng, truyền hình…
Trong đĩ ngành Bƣu điện Việt Nam đã sử dụng sợi quang trong hệ thống truyền dẫn của mình và cáp quang hĩa mạng lƣới truyền dẫn tồn quốc.
Cáp sợi quang ra đời làm thay đổi hẳn hệ thống truyền dẫn viễn thơng bởi vì nĩ cĩ nhiều ƣu điểm: Một hệ thống truyền dẫn sử dụng cáp sợi quang sẽ cĩ cự ly xa, dung lƣợng lớn đáp ứng nhu cầu sử dụng mạng viễn thơng hiện đại.
Tồn bộ nội dung trong bản luận văn này đã nêu ra các thơng số cơ bản của sợi quang, một số các phƣơng pháp đo các thơng số khi thi cơng lắp đặt, kiểm tra, nghiệm thu, đánh giá… và cĩ thể dễ dàng bảo dƣỡng, sửa chữa khi cĩ sự cố hỏng hĩc xảy ra.
Một trong những phƣơng tiện kiểm tra, đĩ là thiết bị OTDR. Do quá trình đo bằng OTDR cĩ thể thực hiện đƣợc chỉ tại một đầu sợi mà khơng cần phải cắt sợi nên nĩ đƣợc sử dụng rộng rãi ở các tuyến cáp sợi quang đã đƣợc lắp đặt để đo suy hao tuyến cáp, suy hao trung bình, suy hao mối hàn và xác định hỏng hĩc của sợi.
Để tránh sai số khi đo bằng OTDR, chúng ta cần phải nắm vững đƣợc các phép đo và các nguyên nhân sảy ra sao số khi đo, nhằm loại trừ sai số đĩ.
Cuối cùng một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lại Khắc Lãi, ngƣời đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn em trong suốt thời gian làm luận văn. Em cũng xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến các thày cơ giáo trong Khoa Sau đại học, những thày cơ đã trực tiếp giảng dạy, các anh chị trong trung tâm Viễn Thơng Ninh Bình giúp em cĩ thêm kiến thức để cĩ thể hồn thành đƣợc bản luận văn này.
Với thời gian nghiên cứu và tìm hiểu cĩ hạn, luận văn cịn nhiều hạn chế và nhiều vấn đề chƣa đề cập đến. Em rất mong nhận đƣợc sự quan tâm chỉ bảo của thầy cơ và các bạn khác quan tâm đến đề tài này để đƣợc hồn thiện hơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS.TS. Trần Đức Hân, PGS.TS. Nguyễn Minh Hiến, "Cơ sở kỹ thuật Laser", NXB GD, 1999.
[2]. Trần Tuấn, Lê Văn Hiếu, "Hiệu ứng quang học phi tuyến ', NXB đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2004.
[3]. Vũ Văn San, "Kỹ thuật thơng tin quang", NXB khoa học và kỹ thuật, 1997 [4]. Tổng cơng ty Bƣu chính Viễn thơng Việt Nam “Kỹ thuật thơng tin quang” [5]. Phùng Văn Vận, “Hệ thống thơng tin sợi quang”, 2002
[6]. Bùi Đức Tiến, “ Sai số đo đạc”,1975
[7]. TCN 68 – 160:1996 TCBĐ, “ Cáp sợi quang – yêu cầu kỹ thuật” [8]. Gerd Keiser, “ Optical Fiber Communication”, 1991
[9]. Frerd C.Allard, “Fiber Optíc Handbook”, 1990 [10]. Một số tài liệu và tạp chí khác