OTDR For Dummies
Introduktion
Kapitel
Varför använder man OTDR?
Hur fungerar den?
Vilka kranar vrider man på
Vilka misstag gör man?
1. Varför använder man OTDR?
När man har byggt ett fibernät krävs det i regel att anläggningen kontrollmäts. Det görs inte bara för att se att allt fungerar, utan också för att få ett garantiunderlag vid slutbesiktningen. Detta underlag ligger sedan till grund för hanteringen av eventuella garantiklagomål i framtiden. Skulle slutbesiktningen saknas, eller vara bristfälligt utförd, leder det osvikligt till diskussioner om vem som ska betala för framtida reparationer – för att inte tala om en försämrad kundrelation.
För att testa en fiberoptisk förbindelse vill man ha svar på två saker:
A: Kommer det ut tillräckligt mycket ljus i andra änden?
Detta mäts vanligtvis med en laserljuskälla och en optisk effektmätare (en så kallad dämpningsmätning). Man kopplar lasern i ena änden av fibern och effektmätaren i den andra, läser av förlusten och noterar värdet i protokollet. Skulle det visa sig att förlusten är större än förväntat står man dock där med skägget i brevlådan – effektmätaren ger nämligen ingen som helst vägledning om var på sträckan felet sitter.
B: Är det något fel på detaljerna längs vägen?
Även om en dämpningsmätning visar godkända värden finns det goda skäl att undersöka saken närmare. OTDR är instrumentet som visar hur fibern faktiskt ser ut på insidan. Det ger en grafisk bild av hur förlusterna fördelar sig hela vägen från start till mål. Med en OTDR kan du mäta exakt hur mycket varje enskild detalj – som svetsskarvar och kontakter – dämpar ljuset.
OTDR-kurvan blir som ett unikt fingeravtryck. Den visar fiberns kilometerdämpning och bevisar att både fiberskarvar och kontakter uppfyller beställarens krav. Just därför är OTDR-kurvan ett helt suveränt garantiunderlag; du kan enkelt jämföra hur fibern såg ut vid slutbesiktningen med hur den ser ut när en kund klagar längre fram.
Visst har även OTDR-mätningen sina svagheter, men med lite grundläggande kunskap kan du enkelt hantera dessa när du väl har förstått hur tekniken fungerar – och det är väl precis därför du läser detta!
2. Hur fungerar den?
Man brukar säga och förklara att en OTDR fungerar precis som en radar: man skickar ut en kort puls i omgivningen och väntar på ett eko. Genom att mäta hur lång tid det tar för ekot att komma tillbaka kan man enkelt räkna ut hur långt bort orsaken till ekot befinner sig.
I en OTDR skickar man in en kort ljuspuls i den fiber som ska testas och mäter sedan hur ekot förändras över tid. Resultatet ritas upp som en kurva på skärmen. Den visar hur styrkan på ekot avklingar (minskar) ju längre bort i fibern ljuset färdas.
Tack och lov slipper du att själv räkna om reflektionerna till dämpning och tiden till avstånd – det sköter instrumentet med den äran. Om man bryter ner OTDR-kurvan i sina beståndsdelar, är det egentligen bara tre olika saker man ser:
1. En fallande kurva: Kurvan lutar hela tiden nedåt ju längre bort i fibern man kommer. På den lodräta axeln läser man av dämpningen i decibel (dB) och på den vågräta ser man avståndet i kilometer (km). Genom att titta på den här lutningen kan man enkelt mäta fiberns kilometerdämpning i dB/km.
2. Reflektionstoppar (spikar): Här och där sticker kurvan brant uppåt i en spik. Det är ett tecken på att mycket ljus reflekteras från just den specifika punkten, och sådana reflexer vill man generellt undvika i fiberbranschen (det handlar oftast om en fiberkontakt).
3. Dämpningssteg: Ibland faller kurvan plötsligt ned en bit, för att sedan återgå till samma lutning som tidigare. Det är ett tecken på en lokal förlust – ett dämpningssteg – vilket oftast beror på en fibersvetsskarv eller en böj på fibern.
Lustigt nog var det faktiskt två sedan länge döda vetenskapsmän som lade grunden till OTDR-mätningen – ingen stor tänkare ska med andra ord räkna med att bli uppskattad under sin livstid. Det de förklarade var de två fysikaliska fenomen som gör att ett OTDR-instrument kan visa exakt hur en fiber fungerar på insidan när man skickar ljus genom den.
Lord John Strutt Rayleigh 1842-1912
Farbor Rayleigh ”uppfann” backscattering, eller det som på svenska brukar kallas för återspridning. I princip kan man säga att det finns lite skräp i fiberkärnan, små partiklar som inte borde finnas där. Varje gång en ljusstråle träffar en sån partikel så studsar den ur sin bana. Ett fåtal av dessa studsande strålar åker rakt tillbaks i fibern och kommer
så småningom ”tillbaks till avsändaren”. Det är just dessa strålar som studsar rakt tillbaka, som OTDR-instrumentet ser, och mäter. Det är inte mycket, ínte ens miljondelar av det man skickade ut, men ändå tillräckligt mycket för att man faktiskt ska ”se” varenda decimeter av fibern som en lutande linje, svagare ju längre bort man kommer.
Augustin Jean Fresnel 1788-1827
Farbror Fresnel jobbade med vågrörelselära, och hans arbete har lämnat tydliga spår efter sig i vår vardag – till exempel i form av linserna i våra bilstrålkastare. Den del av hans forskning som gett upphov till begreppet ”Fresnel-reflex” bland fiberbranschens experter kan enkelt förklaras så här:
När ljus passerar från en fiberkontakt till en annan, reflekterar själva kontaktytan betydligt mer ljus än vad fibern gör före och efter skarven. Skulle ljuset i stället gå från en fiberkontakt rakt ut i luften, blir reflexen ännu kraftigare.
Eftersom de allra flesta fiberkontakter är polerade vinkelrätt mot fiberkärnan så kommer denna reflex att gå tillbaks hela vägen och OTDR kommer att se att återspridningen från just denna punkt är mycket större än fibern på båda sidor om kontaktytan. Alltså kommer den att visa detta som en ”stolpe upp”.
Med detta som bakgrund kommer vi in på själva kärnan i hur en OTDR fungerar. Den sista klossen i teoribygget är begreppet brytningsindex – eller IOR (Index of Refraction) om man vill slänga sig med branschens förkortningar.
Om skolan lärde dig att brytningsindex handlar om hur ljuset vinklas när det går från luft till vatten, så är du inte helt fel ute. Men vad har det med fiberoptik att göra? I skolan sa man säkert också att ljusets hastighet är 300 000 km/s, att det är det snabbaste som finns, att den är konstant och förkortas med bokstaven c.
Inget av detta är osant, det är bara en del av sanningen. Vi behöver gräva lite djupare för att se hur det hänger ihop.
Så här ligger det till: När ljus går från luft till vatten bromsas det upp, eftersom vatten är ett tätare medium än luft. Och när hastigheten ändras, ändras även vinkeln.
Men vänta nu – bromsas? Var inte ljushastigheten konstant? Jo, hade du en noggrann fysiklärarare så sa han eller hon säkert ”konstant i vakuum”. I världsrymden rör sig ljuset med maximal fart, men så fort något kommer i vägen går det långsammare. I luft är skillnaden bara någon procent, så det kan vi oftast strunta i. Men i fiberglas går ljuset ungefär 1,5 gånger långsammare, och då blir det genast viktigt!
Ska man mäta exakt, måste man veta exakt. Då får man titta i kabelns datablad, för det är just fiberns brytningsindex (IOR) som avgör noggrannheten när en OTDR räknar ut avståndet. Orkar du inte leta, har instrumentet en väldigt bra gissning förprogrammerad – så som regel kan du lita på maskinen här.
3. Vilka kranar vrider man på?
Varje instrument med lite självaktning har ett antal reglage för att anpassas till olika varianter av verklighet. En fiber är visserligen en fiber, men ibland är den 50 meter, ibland är den 20 mil lång.
För att hantera detta finns det alltid en kran som man ställer in avståndet med. Skulle man ställa in burken på 20 mil och försöka mäta en 50-meters fiber blir det ju bara en flugskit i vänster marginal, ingen vettig mätning!För att få så mycket data som möjligt i dataminnet vrider man in det kortaste tillgängliga avstånd där fortfarande hela fibern från start till mål syns i fönstret.
Sedan är det frågan om skärpan – och här trasslar det till sig en aning. En OTDR skickar ju ut en puls för att läsa av ekot. Det finns de som påstår att storleken inte har någon betydelse, men de har fel! Med en kort puls får du alltid en skarpare bild, men nackdelen är att den inte orkar nå särskilt långt innan den dör ut. En längre puls når längre, men ger i stället färre detaljer på kurvan. Lagom är som vanligt bäst, så här får man ofta prova sig fram.
Skulle du behöva mäta både noggrant och långt finns det dock ytterligare en kran att vrida på: tiden. Det går alltid att få ett mer exakt resultat om man bara tar mer tid på sig. En normal OTDR-mätning brukar ta runt 30 sekunder, men om du i stället mäter under 3 minuter kan du använda en kortare puls. På så sätt kombinerar du hög precision med god räckvidd – men till priset av tid. Det är rena naturlagen, så där går det inte att fuska.
I verkligheten blir det ganska enkelt: Avståndet är givet – du vet ju faktiskt hur lång fibern borde vara (annars får du gissa och justera i efterhand). Testa med den kortaste pulsen och se om kurvan blir bra inom 15 sekunder. De flesta har inte mer tålamod än så, och mäter man på en 640-fiberskabel vill man ju ändå hinna hem till Bolibompa!
Med ”bra” menas att slutet på kurvan ska se ut som i den nedre bilden, inte som i den övre. På teknikspråk innebär det att den sista metern av fibern ska ligga 6 dB över bruset bakom slutkontakten.
Blir kurvan som i den övre bilden? Öka då pulsbredden tills kurvan ser bra ut. När du väl har hittat rätt inställning behåller du den för alla påföljande mätningar i kabeln. Sedan är det bara att köra på!
Kom ihåg: Nästan alla lär sig av sina egna misstag, men de riktigt kloka lär sig av andras! Här kommer de allra vanligaste:
4. Vilka misstag gör man?
Förbered dig
Ta med dig rätt prylar ut:
- Har du fibersladdar med rätt kontakter?
- Har du med dig mellanstycken i reserv? De brukar krångla.
- Har du med dig rengöringsartiklar, tvättpinnar och rengöringskassett?
- Har du ett fibermikroskop? Annars vet du aldrig om kontakterna faktiskt är rena.
- Är instrumentet laddat, eller har du med dig en skarvsladd?
DET DU INTE HAR I BILEN, FÅR DU PÅ MILEN!
Planera jobbet
Det gäller att spara mätningarna så att du faktiskt hittar dem när du väl är tillbaka på kontoret. Moderna OTDR-instrument är ofta PC-baserade, vilket gör det enkelt att ge varje mätning ett unikt filnamn – helst exakt det fibernamn som står i dokumentationen. Skapa sedan en mapp för kabeln och lägg alla tillhörande mätfiler där. Döper du mappen till kabelns namn blir datahanteringen betydligt smidigare senare!
Passa också på att fylla i mätinformationen direkt när du är på plats. Det brukar gå att skriva in namn på stativ, positioner och mycket annat som gör livet lättare i efterhand. Vi vet ju alla hur svårt det kan vara att komma till en nod och leta rätt på en specifik fiberkontakt när dokumentationen är ”gles”…
Smarta instrument har bra hjälpmedel. Oftast finns det funktioner för automatisk filnumrering som förenklar sparandet. Kika gärna i handboken, det är absolut inget att skämmas för!
De som gör rätt från början slipper problem, medan vi andra ibland får lära oss den hårda vägen. Har det ändå gått åt skogen? Då kan du alltid söka på tid och datum i Windows filhanterare för att se när filerna sparades. I värsta fall får du öppna alla filer på datorn och döpa om dem till något begripligt efteråt – men är du förberedd slipper du det dubbelarbetet.
TÄNK EFTER FÖRE!
Startpunkten
Anslutningskontakten på din OTDR är helt avgörande. En smutsig kontakt dämpar ljuset – skit ut, skit in! Hög dämpning sabbar mätningens räckvidd, och stora ekon ger stora skuggor (dödzoner).
Smutsiga kontakter, oavsett var de sitter i fibern, orsakar stora skuggor. Har du en hög reflex ska du därför alltid tvätta kontakterna och mäta igen tills du får ett godkänt värde. Det är aldrig någon idé att spara en dålig kurva. Gör du det får du bara åka tillbaka senare och göra om jobbet. Detta gäller självklart både på OTDR-kontakten och ODF-kontakten.
Försök aldrig att koppla ihop en blå kontakt med en grön. Det går helt enkelt inte. Förståsigpåarna säger att de kan ta skada – jag säger att det framför allt ger otroligt dåliga mätvärden!
FIXA PROBLEMET HÄR OCH NU, SEDAN ÄR DET FÖR SENT!
Rätt anslutningsfiber
En av de viktigaste punkterna du ska mäta är fiberkontakten i ODF:en. Varje fiberkontakt visar en ”stolpe upp” på kurvan. På baksidan av den stolpen bildas en ”skidbacke” nedåt som sedan planar ut där fibern bakom syns igen. Din anslutningskabel måste vara längre än den här skidbacken (dödzonen) bakom OTDR-kontakten, annars kan du inte mäta dämpningen i själva ODF-kontakten. 30 meter brukar räcka i de flesta sammanhang.
ANVÄND ALLTID TILLRÄCKLIGT LÅNG ANSLUTNINGSKABEL!
TITTA PÅ KURVAN
Jag vet, det kan ibland kännas enformigt att mäta. Men å andra sidan är det otroligt tillfredsställande att få ett kvitto på att man har gjort ett bra jobb. Det är inte ofta man får ett så snabbt erkännande som när fibern man nyss installerat visar perfekta mätvärden!
Om du tittar aktivt på kurvan under mätningen lär du dig snabbt att se om resultatet blir bra eller dåligt. En dålig svetsskarv sticker ut direkt och ger dig chansen att åtgärda problemet innan någon annan ser att det blivit fel. Det lönar sig alltid att fixa problemen direkt när du ändå är på plats. En halvtimme nu sparar en halvdag i morgon!
Och vem vet – kommer du alltid hem med klockrena mätrapporter kanske det trillar in en guldstjärna på lönebeskedet tids nog…
SE TILL ATT FIBERN ÄR OK INNAN DU GÅR VIDARE!
Fiberslut
Längst ut på fibern brukar det uppstå ett enormt eko – det har farbror Fresnel bestämt. Enligt skolboken ligger denna ändreflex på omkring -14,7 dB, och om det sitter en blå kontakt (UPC) där ska det se ut så.
Sitter det däremot en grön kontakt (APC) i änden ska det absolut inte bli någon ”stolpe upp”. Visserligen ger en APC-kontakt ett precis lika stort eko, men eftersom kontaktytan är slipad på snedden studsar reflexen ut ur fiberkärnan och försvinner.
Den slutsats du ska dra av detta är: En APC-kontakt i fiberslutet får inte ha en synlig ändreflex (den bör ligga lägre än -60 dB).
En blå kontakt (UPC) ska däremot ha en tydlig ändreflex – värdet bör ligga högre än cirka -25 dB (och landar som sagt ofta runt -14,7 dB i fri luft).
Skulle du mot förmodan få ett reflektionsvärde som ligger mittemellan, då har du ett problem! Det kan betyda att fibern inte är kontakterad i den andra änden, eller i värsta fall att kabeln är avgrävd. Det är bara att ge sig ut och lokalisera felet.
Om du inte har lärt dig av mina misstag än, så ge dig ut i fält och gör dina egna – så får vi prata om dem senare! Blir de tillräckligt lärorika kanske vi tar upp dem i nästa upplaga av boken.
