División de Ingeniería Eléctrica
Reporte Práctica 6”Medición de la
atenuación por el método de retroesparcimiento (OTDR)” Ortiz Vega Ulises Rodríguez Giles Fátima Solís Arellano Jorge Ramiro Gpo: 3
Profesor: M.I. Pérez García Selene Fecha de entrega: 27-Febrero-2014
ÍNDÍCE
Prácticá 6. Medicion de lá átenuácion por el metodo de retroespárcimiento (OTDR). Íntroduccion Es fundamental disponer de un sistema que nos permita medir y monitorizar de una forma continua, si ello fuese preciso, las pérdidas de un enlace de fibra ya instalado. Este sistema se encuentra disponible en el mercado en forma de un aparto de instrumentación, denominado reflectómetro óptico en el dominio de tiempo u OTDR (Optical Time Domain Reflectometer). En la actualidad, todos los operadores e instaladores de fibra poseen este tipo de equipo, del cual existen diferentes variantes (equipos de sobremesa, portátiles o de campo e incluso OTDRs que son tarjetas insertables en racks traseros de PCs ordinarios).
Objetivos Aprender qué mediciones se pueden realizar con el equipo OTDR por el método de retroesparcimiento para identificar el estado del cable de fibra óptica, es decir, medir el coeficiente de atenuación a lo largo de una fibra óptica; pudiendo determinar la longitud de la misma, detectar la distribución de la atenuación a lo largo de la fibra óptica por la presencia de irregularidades ópticas y medir las pérdidas por conexiones, empalmes, interrupciones, etc., pudiendo localizarlas por la distancia. Además, emplear el equipo OTDR como fuente óptica para la medición del ensanchamiento de los pulsos ópticos debido a la dispersión sufrida por la señal óptica. El equipo utilizado en la práctica tiene una pantalla de control táctil, en donde los parámetros principales se ajustan automáticamente. Además pueden usarse dos longitudes de onda (850 nm y 1300 nm), la resolución de atenuación de este dispositivo es de 0.02 dB y resolución en distancia de aproximadamente 1m, un rango de distancia hasta 40 km y zonas muertas de 5m.
Máteriál
Equipo OTDR. Carrete de cable óptico de 4 km de longitud de dos fibras ópticas multimodo de 62.5/125 μm, arreglado de un extremo con los conectores ópticos tipo ST.
Equipo Analizador de Señal Óptica. Fibra óptica multimodo de 5 m con conectores tipo ST. Disolvente limpiador (alcohol isopropílico o etílico). Algodón.
Desarrollo I.
Preparación del OTDR
Como primer parte de la práctica preparamos el equipo OTDR para comenzar a medir, conectándolo a la alimentación eléctrica y localizando las entradas para los conectores ópticos. (Figuras 1 y 2).
Figura 1. OTDR utilizado en la práctica.
Figura 2. Mini-OTDR de EXFO modelo FBT-230 con tarjeta de OTRD modelo 7212C/D para fibra óptica multimodo.
Una vez localizadas las entradas para las señales ópticas adaptamos el enlace de fibra con el OTDR para enviar pulsos ópticos cortos con duración + de 1 μs y con una longitud de onda de la luz de 1300 nm durante 3 minutos, para que la brigada correspondiente realizar su práctica. (Figura 3y 4)
Figura 3. Conexión del enlace de fibra óptica.
Figura 4. Envío de impulsos ópticos.
II.
Medición de la atenuación y análisis de los eventos
Una vez que la brigada termino con sus mediciones y análisis para la práctica de apertura numérica conectamos ahora un tramo de aproximadamente 4 km con el OTDR para realizar pruebas con empalme y sin empalme de fibra óptica. Antes de enviar los impulsos ópticos para cada caso configuramos el OTDR, para distintas λ´s 850nm y 1300 nm, anchos de pulso, rango y tiempo. Al enviar el pulso los resultados fueron los siguientes:
Con fibra óptica sin empalmar:
Figura 5. Gráfica para λ=850nm, distancia de 5 km
Registro de Eventos: Evento Nivel de emisión Evento Reflectivo Segmento de Fibra Segmento de Fibra Final Reflectivo
Localización (km) 0.00 3.678 3.678 1.122 2.558 7.350
Pérdida
Atenuación
↓↓↓↓
20.3 2.67 2.56 2.14 -
0.6 9.836 2.874 5.477 -26.3
Tabla 1. Registro de eventos para λ=850nm, distancia de 5 m
Análisis de eventos: El OTDR inicia el proceso y el primer evento que nos muestra es un segmento de línea de 3.678 km, después nos encontramos con un evento reflectivo, que según el apéndice del OTDR, habla de una discontinuidad en el índice de refracción, debido a conectores o empalmes fusionados de mala calidad (y, de hecho, eso es la fibra sin empalmar), posteriormente, continúa con otro segmento de línea (alrededor de 1.2km), un final aparente a los 4.8 km, aunque después detecta poco más de 2.5km de línea pero con mucho ruido.
Figura 5. Gráfica para λ=1300, distancia de 5m
Registro de eventos: Evento Nivel de Emisión Segmento de Fibra Evento Reflectivo Final Reflectivo
Localización (km) 0 3.665 3.668 7.333
Pérdida
Atenuación
1.926 0.556 -
12.7 0.53 -
Tabla 2. Gráfica para λ=1300, distancia de 5 m
Análisis de eventos:
Para esta visualización del OTDR, inicia la prueba y nos detecta 3.66 km de línea continua, un evento reflectivo (que, como sabemos, habla de una discontinuidad en el índice de refracción, debido a conectores o empalmes fusionados de mala calidad, después sigue un segmento de línea de una longitud similar (3.66 km); posteriormente, tenemos el final de la línea seguido de una gran cantidad de ruido.
Con fibra óptica empalmada:
Figura 8. Gráfica para λ=850, distancia de 10 km
Registro de eventos: Evento Nivel de emisión Evento no reflectivo Segmento de fibra Final de la prueba Segmento de Fibra Final reflectivo
Localización (km) 0 0.075 4 4.076 2.484 7.36
Pérdida (dB) ↓↓↓↓
0.0 12.97 5.67 -
Atenuación (dB) 20.0 2.70 2.28 -
Tabla 3. Gráfica para λ=850, distancia de 10 km
Análisis de eventos: Para este análisis del OTDR con la fibra empalmada, inicia la prueba y lo primero que detecta son 0.075 km de línea continua con pocas pérdidas y una considerable atenuación; después habla de un evento no reflectivo (que es una falla ocasionada por empalmes y micro o macrocurvaturas), otro segmento de línea continuo de 4.8 km; luego vemos el final de la línea (aparente) y, con mucho ruido, detecta 2.48 km de línea. Vemos un pequeño pico (realmente es pequeño) poco después de los 3 kilómetros y medio, denotándonos el empalme
Figura 9. Gráfica para λ=1300, distancia de 10 km
Registro de eventos: Evento Nivel de emisión Segmento de fibra Evento Reflexivo Segmento de Fibra Final Reflexivo
Localización (km) 0 3.668 3.668 3.664 7.33
Pérdida (dB) ↓↓↓↓
1.911 0.117 1.968 -
Atenuación (dB) 12.7 0.52 0.54 -
Tabla 4. Gráfica para λ=1300, distancia de 10 km
Análisis de resultados: Para este análisis del OTDR con la fibra empalmada, inicia la prueba y lo primero que detecta son 0.075 km de línea continua con pocas pérdidas y una considerable atenuación; después habla de un evento no reflectivo (que es una falla ocasionada por empalmes y micro o macrocurvaturas), otro segmento de línea continuo de 4.8 km; luego vemos el final de la línea (aparente) y, con mucho ruido, detecta 2.48 km de línea. Vemos un pequeño pico (realmente es pequeño) poco después de los 3 kilómetros y medio, denotándonos el empalme Para estvemos un segmento de línea por 3.66 km, un evento reflectivo (que ya lo hemos mencionado con anterioridad, aunque en este caso es el empalme) y, siguiendo con el análisis, el OTDR nos detecta otro segmento de 3.66 km y, posteriormente, el final de la línea. Observamos con un mayor detalle que a 1330 nm, el empalme se hace mucho más notorio y el análisis de la línea se hace mucho más limpio.
III.
Medición del ensanchamiento de los pulsos ópticos.
Para la medición de los pulsos se utilizó un equipo especial, llamado Lightwave Communications Analyzer modelo 83475B de la marca HP (Figura 10).
Figura 10. Lightwave Communications Analyzer Los resultados fueron los siguientes:
Con fibra óptica sin empalmar:
Potencia Media Ancho de pulso: 10ns
Figura 11. Ancho de pulso para λ=1300, sin empalmar
Potencia Media Ancho: 10 ns
Figura 12. Ancho de pulso para λ=850, sin empalmar
Con fibra óptica empalmada:
Potencia Media Ancho: 15ns
Figura 13. Ancho de pulso para λ=1300 nm, empalmada
Potencia Media Ancho: 10 ns
Figura 14. Ancho de pulso para λ=850 nm, empalmada
ANÁLISIS DE LAS GRÁFICAS Cuando mandamos el pulso a 850nm, obtuvimos un pulso cuyo ancho es de 10ns y 130 uW de potencia en fibra corta, cabe mencionar que el pulso subía rápidamente y tenía una caída un tanto pronunciada; en comparación de la fibra larga, donde el mismo pulso tenía una forma mucho más Gaussiana que tenía un ancho de 15ns y una potencia de 100uW; obteniendo un ensanchamiento de 5ns y una pérdida de 30 uW. Ahora al hacer las mismas pruebas a 1300nm, el pulso enviado a fibra corta tuvo una duración de 10ns, una potencia de 50uW y su gráfica tenía una subida rápida, una ligera caída cerca de la mitad del pulso que subía y se estabilizaba para posteriormente caer abruptamente; sin embargo al pasarlo por la fibra larga, el pulso tuvo una duración de 10ns, una potencia mayor (132uW) y su gráfica mejoró, pues mantenía una subida rápida, la ligera caída mencionada anteriormente disminuyo muchísimo manteniéndose “constante” durante todo el pulso, lo más importante, más allá del aumento de potencia, es que el ensanchamiento es prácticamente nulo.
IV.
Cálculo del coeficiente de atenuación e incertidumbre total FIBRA SIN EMPALMAR
( )
FIBRA EMPALMADA
( )
V. La descripción teórica de un evento positivo con la propuesta de un método de solución del problema de medición correcta de pérdidas en este caso (por medio del mismo equipo OTDR).
Evento Positivo:
Este tipo de de evento es indicio de una ganancia aparente, debido a la unión de dos secciones de fibra que poseen coeficientes de difusión de Raleygh diferentes. Aunque se les asigna una pérdida a los eventos positivos, este valor no indica la pérdida total del evento. En las fibras monomodo se puede deducir el valor real de la pérdida si se hace una adquisición a partir del otro extremo de la fibra y se calcula el promedio de ambos valores. En las fibras multimodo no se puede obtener un valor fiable, ni siquiera con una prueba bidireccional proporcionan una buena aproximación de la pérdida real.
Solución:
En el caso de ambas fibras una solución sería utilizar el material con el mismo índice de refracción sin embargo, al ser impráctico en estos casos, podrían ajustarse las escalas del OTDR a una longitud donde la atenuación no sea perceptible y ver si se tiene alguna pérdida y posteriormente, compararla con la pérdida obtenida a valores de longitud correctos. La intención es que en ambas longitudes se registre una pérdida pero en menor medida.
VI.
Con las mediciones del ancho de los pulsos y considerando que la dispersión en la fibra de 5 m es despreciable, calcular el tiempo que se ensanchan los pulsos por unidad de longitud (km) a las dos longitudes de onda (850 nm y 1300 nm). Tiempo de ensanchamiento para 850 nm
√ De las gráficas sabemos que: T1 = 10 ns T2 = 15 ns
Tiempo de ensanchamiento para 1300 nm
De las gráficas sabemos que: T1 = 10 ns T2 = 10 ns
Conclusiones Ortiz Vega Ulises Esta práctica me pareció realmente interesante pues es fantástico ver todo lo que el OTDR puede hacer, en primera me gustó mucho el poder que tiene para encontrar todo tipo de fallas en fibras ópticas y la exactitud con la que puede realizarlas (tanto en tipo de falla como en donde están localizadas); además fue muy interesante el poder ver los pulsos mandados por el OTDR y el visualizarlos en el analizador de ondas luminosas (Lightwave Communications Analyzer modelo 83475B by HP) y observar lo que se había descrito en clase, creo que es muy importante el visualizar las deformaciones (tanto en potencia como en el ancho del pulso) que sufren los pulsos mandados a diferentes longitudes de onda y a distintas distancias. Creo que en general es importante el aprender a manipular equipos de esta gama e irnos familiarizando cada vez más con ellos. Creo que por el método de retroesparcimiento, es un gran método porque muchas ligeras fallas en la fibra pueden ser observadas, la pequeña desventaja que yo encuentro es que sabemos que la fibra no es perfecta y, aunque el OTDR puede encontrar ligeras fallas bajo el régimen de retroesparcimiento de Rayleigh, si una fibra dado su proceso de fabricación, se encuentra con un índice ligeramente mayor, aunque podría no ser una gran pérdida o no afectar de gran manera el sistema, las lecturas del OTDR podrían ser mal interpretadas si no se tiene dicho conocimiento.
Rodríguez Giles Fátima Esta práctica fue muy ilustrativa. Para empezar conocimos el funcionamiento del OTDR, no sólo a nivel teórico, también práctico en cuestiones de conectores, tapas y ajuste. Conocimos los parámetros a configurar antes de la medición. En la parte teórica reafirmamos algunos conceptos de clase como los tipos de dispersión y recordamos las medidas que se toman para poder corregirlos. Con el cálculo de la atenuación, nos damos cuenta que podemos saber otros parámetros de la línea como su longitud o la tasa de transmisión que podemos alcanzar con ella. Además, una parte muy importante fue conocer los tipos de evento del OTDR e identificar para nuestro caso cuándo se presenta cada uno, por ejemplo, la pérdida en el segmento de unión de las fibras, cuando éstas estuvieron empalmadas, la atenuación fue casi imperceptible comparada con la atenuación medida sin el empalme y los variados efectos reflexivos, al conocer nosotros la distribución real de la fibra (la distancia a los empalmes, longitud de fibra etc) constatamos la precisión del método de retroesparcimiento utilizado. También utilizamos el analizador óptico donde reafirmamos gráficamente el concepto de ancho de pulso a diferentes longitudes de onda y así pudimos determinar el tiempo de ensanchamiento y deducir, de los modos vistos en clase cuál se ajustaba a las condiciones de nuestra fibra. Por último, al conocer las propiedades del efecto positivo, nos dimos cuenta del verdadero efecto de los coeficientes de Raleygh en el m aterial, esto era de esperar ya que el método por el que se rige el OTDR usa el mismo principio, lo que nos ocasiona mediciones inesperadas.
Solís Arellano Jorge Ramiro En esta práctica aprendí los fundamentos en los que se basa la operación del OTDR, el cual es un instrumento que inyecta pulsos ópticos de corta duración a un enlace de fibra, para esta práctica este dispositivo nos ayudó a realizar mediciones y además lo ocupamos como fuente óptica para realizar otras prácticas de manera paralela. Además aprendimos a interpretar y utilizar la información proporcionada por el OTDR para medir las características de un enlace real cuya composición y longitud fueron conocidas. Las medidas con OTDR son imprescindibles para obtener esquemas pérdidas/distancia de enlaces ópticos, de ahí que sean tan utilizados en la vida profesional. Finalmente el OTDR es una herramienta muy poderosa para el mantenimiento de fibras ópticas, podemos obtener información muy valiosa de una conexión cualquiera, a grandes y cortas distancias, sin embargo, esta información únicamente abarca el dominio temporal.
Bibliográfíá
Prácticas de Comunicaciones Ópticas, Beatriz Ortega, José Company, Daniel Pastor, Salvador Sales, Escuela Politécnica Superior de Gandia, Universidad Politécnica de Valencia.
www.wikipedia.com
