専門知識

光パワーメータ、光源、OTDR、スペクトラムアナライザのテクニカル指標について

2021-04-19
光ファイバテストテーブルには、光パワーメータ、安定光源、光マルチメータ、光時間領域反射率計(OTDR)、および光障害ロケータが含まれます。光パワーメータ:光ファイバのセクションを通過する絶対光パワーまたは光パワーの相対損失を測定するために使用されます。光ファイバシステムでは、光パワーの測定が最も基本的です。電子機器のマルチメータと同じように、光ファイバ測定では、光パワーメータは頑丈な普通律であり、光ファイバ技術者はそれを持っている必要があります。送信機または光ネットワークの絶対電力を測定することにより、光パワーメータは光デバイスの性能を評価できます。光パワーメータを安定した光源と組み合わせて使用​​すると、接続損失を測定し、導通をチェックし、光ファイバリンクの伝送品質を評価するのに役立ちます。安定した光源:既知のパワーと波長の光を光学システムに放射します。安定した光源を光パワーメータと組み合わせて、光ファイバシステムの光損失を測定します。既製の光ファイバーシステムの場合、通常、システムの送信機を安定した光源として使用することもできます。端末が機能しない場合、または端末がない場合は、別の安定した光源が必要です。安定した光源の波長は、システム端末の波長と可能な限り一致している必要があります。システムの設置後、エンドツーエンドの損失を測定して、接続損失がコネクタの損失、スプライスポイント、ファイバー本体の損失などの設計要件を満たしているかどうかを判断する必要がある場合がよくあります。光マルチメータ:光ファイバリンクの光パワー損失を測定するために使用されます。
次の2つの光マルチメータがあります。
1.独立した光パワーメータと安定した光源で構成されています。
2.光パワーメータと安定した光源を統合した統合テストシステム。
エンドポイントが徒歩または会話内にある短距離ローカルエリアネットワーク(LAN)では、技術者は、両端に経済的な組み合わせの光マルチメータ、一方の端に安定した光源、もう一方の端に光パワーメータをうまく使用できます。終わり。長距離ネットワークシステムの場合、技術者は両端に完全な組み合わせまたは統合された光マルチメータを装備する必要があります。メーターを選択するとき、温度はおそらく最も厳しい基準です。オンサイトのポータブル機器は、-18°C(湿度制御なし)から50°C(湿度95%)である必要があります。光学時間領域反射率計(OTDR)および障害ロケーター(障害ロケーター):ファイバー損失と距離の関数として表されます。技術者はOTDRの助けを借りて、システム全体の概要を確認し、光ファイバーのスパン、スプライスポイント、およびコネクタを特定して測定できます。光ファイバの故障を診断するための機器の中で、OTDRは最も古典的であり、最も高価な機器でもあります。光パワーメータと光マルチメータの両端テストとは異なり、OTDRはファイバの一端のみを介してファイバ損失を測定できます。
OTDRトレースラインは、システム減衰値の位置とサイズを示します。たとえば、コネクタの位置と損失、スプライスポイント、光ファイバの異常な形状、光ファイバのブレークポイントなどです。
OTDRは次の3つの分野で使用できます。
1.敷設する前に、光ケーブルの特性(長さと減衰)を理解してください。
2.光ファイバのセクションの信号トレース波形を取得します。
3.問題が増加し、接続状態が悪化している場合は、重大な障害点を特定します。
障害ロケーター(障害ロケーター)は、OTDRの特別なバージョンです。障害ロケーターは、OTDRの複雑な操作手順なしで光ファイバーの障害を自動的に見つけることができ、その価格はOTDRのほんの一部です。光ファイバテスト機器を選択するときは、通常、次の4つの要素を考慮する必要があります。つまり、システムパラメータ、作業環境、比較パフォーマンス要素、および機器のメンテナンスを決定します。システムパラメータを決定します。動作波長(nm)。 3つの主要な透過ウィンドウは850nmです。 、1300nmおよび1550nm。光源タイプ(LEDまたはレーザー):短距離アプリケーションでは、経済的および実用的な理由から、ほとんどの低速ローカルエリアネットワーク(100Mbs)は、レーザー光源を使用して長距離で信号を送信します。ファイバタイプ(シングルモード/マルチモード)およびコア/コーティング直径(um):標準のシングルモードファイバ(SM)は9 / 125umですが、他のいくつかの特別なシングルモードファイバを注意深く識別する必要があります。一般的なマルチモードファイバ(MM)には、50 / 125、62.5 / 125、100 / 140、および200 / 230umが含まれます。コネクタの種類:一般的な国内コネクタには、FC-PC、FC-APC、SC-PC、SC-APC、STなどがあります。最新のコネクタは、LC、MU、MT-RJなどです。可能な最大リンク損失。損失の見積もり/システムの許容範囲。作業環境を明確にします。ユーザー/購入者の場合、フィールドメーターを選択します。温度基準が最も厳しい場合があります。通常、現場での測定が必要です。過酷な環境で使用する場合は、オンサイトのポータブル機器の動作温度を-18〜50±50、保管および輸送温度を-40〜 +60にすることをお勧めします。 ƒ(95%RH)。実験器具は狭い範囲にある必要があります。制御範囲は5〜50°です。 AC電源を使用できる実験用機器とは異なり、現場のポータブル機器は通常、機器に対してより厳しい電源を必要とします。そうしないと、作業効率に影響します。さらに、機器の電源の問題は、多くの場合、機器の故障や損傷を引き起こします。
したがって、ユーザーは次の要素を考慮して検討する必要があります。
1.内蔵バッテリーの位置は、ユーザーが交換するのに便利な場所である必要があります。
2.新しいバッテリーまたは完全に充電されたバッテリーの最小作業時間は10時間(1営業日)に達する必要があります。ただし、バッテリー技術者や機器の最高の作業効率を確保するには、作業寿命の目標値を40〜50時間(1週間)以上にする必要があります。
3.バッテリーの種類が一般的であるほど、ユニバーサル9Vまたは1.5V AA乾電池などが適しています。これらの汎用バッテリーは、現地で簡単に見つけて購入できるためです。
4.通常の乾電池は、充電式電池(鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池など)よりも優れています。ほとんどの充電式電池には、「メモリ」の問題、標準外のパッケージング、購入の困難さ、環境問題などがあるためです。
これまで、上記の4つの基準すべてを満たすポータブルテスト機器を見つけることはほとんど不可能でした。現在、最新のCMOS回路製造技術を使用した芸術的な光パワーメーターは、一般的なAA乾電池(どこでも入手可能)のみを使用しており、100時間以上作業できます。他の実験室モデルは、適応性を高めるためにデュアル電源(ACおよび内部バッテリー)を提供します。携帯電話と同様に、光ファイバーテスト機器にも多くの外観パッケージフォームがあります。 1.5 kg未満のハンドヘルドメーターは、一般的にフリルが少なく、基本的な機能とパフォーマンスしか提供しません。セミポータブルメーター(1.5 kgを超える)は通常、より複雑または拡​​張された機能を備えています。実験装置は、制御実験室/生産の機会のために設計されていますはい、AC電源を使用します。性能要素の比較:これは、各光学試験装置の詳細な分析を含む、選択手順の3番目のステップです。光ファイバ伝送システムの製造、設置、運用、保守には、光パワー測定が不可欠です。光ファイバの分野では、光パワーメータがなければ、エンジニアリング、実験室、生産ワークショップ、または電話保守施設は機能しません。例:光パワーメーターを使用して、レーザー光源とLED光源の出力パワーを測定できます。光ファイバリンクの損失推定を確認するために使用されます。その中で最も重要なのは、パフォーマンスインジケータの主要な機器である光学コンポーネント(ファイバ、コネクタ、コネクタ、減衰器など)をテストすることです。
ユーザーの特定のアプリケーションに適した光パワーメーターを選択するには、次の点に注意する必要があります。
1.最適なプローブタイプとインターフェースタイプを選択します
2.光ファイバとコネクタの要件に一致する校正精度と製造校正手順を評価します。一致。
3.これらのモデルが測定範囲とディスプレイ解像度と一致していることを確認してください。
4.直接挿入損失測定のdB機能を使用します。
光パワーメータのほとんどすべての性能において、光プローブは最も慎重に選択されたコンポーネントです。光プローブはソリッドステートフォトダイオードであり、光ファイバーネットワークから結合された光を受け取り、それを電気信号に変換します。専用のコネクタインターフェイス(1つの接続タイプのみ)を使用してプローブに入力するか、ユニバーサルインターフェイスUCI(ネジ接続を使用)アダプタを使用できます。 UCIは、ほとんどの業界標準コネクタを受け入れることができます。選択した波長の校正係数に基づいて、光パワーメータ回路はプローブの出力信号を変換し、光パワーの読み取り値をdBm(絶対dBは1 mW、0dBm = 1mW)で画面に表示します。図1は、光パワーメータのブロック図です。光パワーメータを選択するための最も重要な基準は、光プローブのタイプを予想される動作波長範囲と一致させることです。次の表は、基本的なオプションをまとめたものです。 InGaAsは、測定中の3つの透過ウィンドウで優れた性能を発揮します。ゲルマニウムと比較して、InGaAsは3つのウィンドウすべてでよりフラットなスペクトル特性を持ち、1550nmウィンドウでより高い測定精度を持っています。 、同時に、優れた温度安定性と低ノイズ特性を備えています。光パワー測定は、光ファイバー伝送システムの製造、設置、運用、および保守の重要な部分です。次の要因は、校正精度と密接に関係しています。パワーメータは、アプリケーションと一致する方法で校正されていますか?つまり、光ファイバとコネクタの性能基準は、システム要件と一致しています。さまざまな接続アダプタで測定値の不確かさの原因を分析する必要がありますか?他の潜在的なエラー要因を十分に考慮することが重要です。 NIST(米国国立標準技術研究所)は米国標準を確立していますが、さまざまなメーカーの同様の光源、光プローブタイプ、およびコネクタのスペクトルは不確実です。 3番目のステップは、測定範囲の要件を満たす光パワーメータモデルを決定することです。 dBmで表される測定範囲(範囲)は、入力信号の最小/最大範囲の決定を含む包括的なパラメーターです(これにより、光パワーメーターはすべての精度、直線性(BELLCOREでは+ 0.8dBと決定)および解像度を保証できます。 (通常は0.1dBまたは0.01dB)アプリケーションの要件を満たすため。光パワーメータの最も重要な選択基準は、光プローブのタイプが期待される動作範囲と一致することです。第4に、ほとんどの光パワーメータはdB機能(相対パワー)を備えています。 、直接読み取ることができる光損失は、測定において非常に実用的です。低コストの光パワーメータは通常、この機能を提供しません。dB機能がない場合、技術者は個別の基準値と測定値を書き留めてから、したがって、dB関数はユーザーの相対損失測定用であり、それによって生産性が向上し、手動計算エラーが減少します。現在、ユーザーはbaの選択を減らしています。光パワーメータの基本的な特徴と機能ですが、一部のユーザーは、コンピュータデータの収集、記録、外部インターフェイスなどの特別なニーズを考慮する必要があります。安定化光源損失を測定する過程で、安定化光源(SLS)が発光します。既知のパワーと波長を光学システムに入力します。特定の波長の光源(SLS)に合わせて校正された光パワーメータ/光プローブは、光ファイバネットワークから受信されます。光はそれを電気信号に変換します。
損失測定の精度を確保するために、光源で使用される伝送装置の特性を可能な限りシミュレートするようにしてください。
1.波長は同じで、同じ光源タイプ(LED、レーザー)が使用されます。
2.測定中、出力パワーとスペクトルの安定性(時間と温度の安定性)。
3.同じ接続インターフェースを提供し、同じタイプの光ファイバーを使用します。
4.出力電力は、最悪の場合のシステム損失測定値を満たしています。伝送システムに個別の安定した光源が必要な場合、光源の最適な選択は、システムの光トランシーバーの特性と測定要件をシミュレートする必要があります。
光源を選択する際には、次の点を考慮する必要があります。レーザー管(LD)LDから放射される光は、波長帯域幅が狭く、ほぼ単色の光、つまり単一波長です。 LEDと比較して、そのスペクトル帯域(5nm未満)を通過するレーザー光は連続的ではありません。また、中心波長の両側にいくつかの低いピーク波長を放出します。 LED光源と比較すると、レーザー光源はより多くの電力を提供しますが、LEDよりも高価です。レーザー管は、損失が10dBを超える長距離シングルモードシステムでよく使用されます。マルチモードファイバをレーザー光源で測定することはできるだけ避けてください。発光ダイオード(LED):LEDのスペクトルはLDよりも広く、通常は50〜200nmの範囲です。また、LEDライトは非干渉光であるため、出力電力がより安定します。 LED光源はLD光源よりもはるかに安価ですが、最悪の場合の損失測定は十分に機能していないようです。 LED光源は通常、短距離ネットワークおよびマルチモード光ファイバーローカルエリアネットワークLANで使用されます。 LEDは、レーザー光源シングルモードシステムの正確な損失測定に使用できますが、その出力に十分な電力が必要であることが前提条件です。光マルチメータ光パワーメータと安定した光源の組み合わせを光マルチメータと呼びます。光マルチメータは、光ファイバリンクの光パワー損失を測定するために使用されます。これらのメーターは、2つの別々のメーターまたは単一の統合ユニットにすることができます。つまり、2種類の光マルチメータの測定精度は同じです。違いは通常、コストとパフォーマンスです。統合型光マルチメータは通常、成熟した機能とさまざまな性能を備えていますが、価格は比較的高くなっています。技術的な観点からさまざまな光マルチメータ構成を評価するために、基本的な光パワーメータと安定した光源規格が引き続き適用されます。正しい光源タイプ、動作波長、光パワーメータプローブ、ダイナミックレンジの選択に注意してください。光時間領域反射率計と障害ロケーターOTDRは、最も古典的な光ファイバー機器機器であり、テスト中に関連する光ファイバーに関するほとんどの情報を提供します。 OTDR自体は1次元の閉ループ光レーダーであり、測定に必要なのは光ファイバーの一端だけです。高速光プローブが戻り信号を記録している間に、高強度で狭い光パルスを光ファイバーに送り込みます。この機器は、光リンクについて視覚的に説明します。 OTDR曲線は、接続ポイント、コネクタ、障害ポイントの位置、および損失のサイズを反映しています。 OTDR評価プロセスには、光マルチメータと多くの類似点があります。実際、OTDRは非常に専門的なテスト機器の組み合わせと見なすことができます。それは、安定した高速パルス源と高速光プローブで構成されています。

OTDR選択プロセスは、以下の属性に焦点を当てることができます。
1.動作波長、ファイバタイプ、およびコネクタインターフェイスを確認します。
2.スキャンされる予想される接続損失と範囲。
3.空間分解能。
障害ロケーターは主にハンドヘルド機器であり、マルチモードおよびシングルモードの光ファイバーシステムに適しています。 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)テクノロジーを使用して、ファイバーの故障箇所を特定するために使用され、テスト距離はほとんど20km以内です。機器は、障害点までの距離を直接デジタル表示します。対象:ワイドエリアネットワーク(WAN)、20 km範囲の通信システム、ファイバートゥザカーブ(FTTC)、シングルモードおよびマルチモード光ファイバーケーブルの設置と保守、および軍事システム。シングルモードおよびマルチモードの光ファイバーケーブルシステムでは、障害のあるコネクタや不良のスプライスを特定するために、障害ロケーターは優れたツールです。障害ロケーターは、1回のキー操作で簡単に操作でき、最大7つの複数のイベントを検出できます。
スペクトラムアナライザのテクニカル指標
(1)入力周波数範囲スペクトラムアナライザが正常に動作できる最大周波数範囲を指します。範囲の上限と下限はHZで表され、スキャンする局部発振器の周波数範囲によって決定されます。最新のスペクトラムアナライザの周波数範囲は、通常、低周波数帯域から無線周波数帯域、さらには1KHzから4GHzなどのマイクロ波帯域にまで及びます。ここでの周波数とは、中心周波数、つまり表示スペクトル幅の中心の周波数を指します。
(2)分解能帯域幅とは、分解能スペクトル内の2つの隣接する成分間の最小スペクトル線間隔を指し、単位はHZです。これは、指定された低点で互いに非常に近い2つの等しい振幅信号を区別するスペクトラムアナライザの機能を表します。スペクトラムアナライザの画面に表示される測定信号のスペクトル線は、実際には狭帯域フィルタの動的振幅周波数特性グラフ(ベルカーブに類似)であるため、分解能はこの振幅周波数生成の帯域幅に依存します。この狭帯域フィルタの振幅-周波数特性を定義する3dB帯域幅は、スペクトラムアナライザの分解能帯域幅です。
(3)感度とは、特定の分解能帯域幅、表示モード、およびdBm、dBu、dBv、Vなどの単位で表されるその他の影響要因の下で最小信号レベルを表示するスペクトラムアナライザの機能を指します。スーパーヘテロダインの感度スペクトラムアナライザは、機器の内部ノイズに依存します。小信号を測定する場合、信号スペクトルはノイズスペクトルの上に表示されます。ノイズスペクトルから信号スペクトルを簡単に確認するには、一般的な信号レベルを内部ノイズレベルよりも10dB高くする必要があります。さらに、感度は周波数掃引速度にも関係しています。周波数掃引速度が速いほど、動的振幅周波数特性のピーク値が低くなり、感度と振幅差が低くなります。
(4)ダイナミックレンジとは、入力端子に同時に現れる2つの信号の最大差を指し、指定された精度で測定できます。ダイナミックレンジの上限は非線形歪みに制限されています。スペクトラムアナライザの振幅を表示するには、線形対数の2つの方法があります。対数表示の利点は、画面の限られた有効高さ範囲内で、より広いダイナミックレンジを取得できることです。スペクトラムアナライザのダイナミックレンジは一般に60dBを超え、場合によっては100dBを超えることもあります。
(5)周波数掃引幅(スパン)分析スペクトル幅、スパン、周波数範囲、およびスペクトルスパンにはさまざまな名前があります。通常、スペクトラムアナライザの表示画面の左端と右端の垂直目盛線内に表示できる応答信号の周波数範囲(スペクトル幅)を指します。テストのニーズに応じて自動的に調整することも、手動で設定することもできます。スイープ幅は、測定中にスペクトラムアナライザによって表示される周波数範囲(つまり、周波数スイープ)を示します。これは、入力周波数範囲以下にすることができます。スペクトル幅は通常3つのモードに分けられます。 â ‘フル周波数スイープスペクトルアナライザは、その有効周波数範囲を一度にスキャンします。 •グリッドごとの掃引周波数スペクトルアナライザは、一度に指定された周波数範囲のみをスキャンします。各グリッドで表されるスペクトルの幅は変更できます。 •ゼロスイープ周波数幅はゼロで、スペクトルアナライザーはスイープせず、調整されたレシーバーになります。
(6)掃引時間(掃引時間、略してST)は、全周波数範囲の掃引を実行して測定を完了するために必要な時間であり、分析時間とも呼ばれます。一般に、スキャン時間は短いほど良いですが、測定精度を確保するには、スキャン時間が適切である必要があります。スキャン時間に関連する主な要因は、周波数スキャン範囲、解像度帯域幅、およびビデオフィルタリングです。最新のスペクトラムアナライザには通常、複数のスキャン時間が選択可能であり、最小スキャン時間は測定チャネルの回路応答時間によって決定されます。
(7)振幅測定精度絶対振幅精度と相対振幅精度があり、どちらも多くの要因で決まります。絶対振幅精度はフルスケール信号の指標であり、入力減衰、中間周波数ゲイン、分解能帯域幅、スケール忠実度、周波数応答、およびキャリブレーション信号自体の精度の包括的な効果の影響を受けます。相対振幅精度は測定方法に関連しており、理想的な条件では、周波数応答と校正信号の精度の2つのエラーソースしかなく、測定精度は非常に高くなる可能性があります。工場を出る前に、機器を校正する必要があります。さまざまなエラーが個別に記録され、測定データの修正に使用されています。表示される振幅の精度が向上しました。

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