OTDRは光が光ファイバーを通って伝送されるとき、レイリー散乱とフレネル反射後方散乱からなる精巧な電気光学的統合装置である。 それは広く光ファイバケーブルのメンテナンスと建設に使用されています。 ファイバ長測定、ファイバ減衰、ジョイント減衰、障害位置測定を実行します。
OTDRテストは、光パルスをファイバに照射し、OTDRポートで返された情報を受信することによって実行されます。 光パルスがファイバ内を伝搬するとき、ファイバ、コネクタ、ジョイント、曲げ、または他の同様の事象の性質により、散乱または反射が生じる。 散乱や反射の一部はOTDRに返されます。 返される有益な情報は、OTDRの検出器によって測定されます。この検出器は、ファイバ内の異なる位置で時間または曲線セグメントとして機能します。
距離は、ガラス材料内の光の速度を決定するために信号が戻り信号にかかる時間から計算することができる。 次の式は、OTDRの距離の測定方法を説明しています。 d =（c×t）/ 2（IOR）この式において、cは真空中の光の速度であり、tは信号が送信されてから受信されるまでの合計時間（双方向）である一方向の距離の後に値を2倍します）。 光は真空中よりもガラスの方が遅いので、距離を正確に測定するために、被測定ファイバは屈折率（IOR）を指定しなければならない。 IORは、ファイバの製造元によってマークされています。
OTDRは、レイリー散乱およびフレネル反射を用いてファイバを特徴付ける。 レイリー散乱は、ファイバに沿った光信号の不規則な散乱に起因する。 OTDRは、散乱光の一部をOTDRポートに戻して測定する。 これらの後方散乱信号は、ファイバによって引き起こされる減衰の程度（損失/距離）を示す。 結果として生じる軌跡は、後方散乱パワーが減少していることを示す下向きの曲線であり、これは、ある距離にわたって送信した後の送信信号および後方散乱信号の両方の損失に起因する。
ファイバパラメータが与えられると、レイリー散乱パワーを特定することができる。 波長が分かっている場合は、信号のパルス幅に比例します。パルス幅が長いほど、後方散乱パワーが強くなります。 レイリー散乱パワーもまた、送信される信号の波長に関連し、より短い波長がより強力である。 すなわち、1310nm信号によって生成される軌道は、1550nm信号によって生成される軌道のレイリー後方散乱よりも高い。
高波長領域（1500nm以上）では、レイリー散乱は減少し続けますが、赤外減衰（または吸収）と呼ばれる別の現象が発生し、全体の減衰値が増加します。 従って、1550nmは最も低い減衰波長であり、 これはまた、なぜそれが長距離通信の波長であるかを説明する。 もちろん、これらの現象はOTDRにも影響します。 波長1550nmのOTDRとして、低減衰性能も備えているため、長距離でのテストが可能です。 高度に減衰された1310nmまたは1625nmの波長として、OTDRトレースの鋭いスパイクをテスト装置が検出し、このスパイクの先端が素早くノイズに入るため、OTDRのテスト距離は制限されます。
一方、フレネル反射は、ファイバ全体の個々の点によって引き起こされる離散的な反射である。 これらの点は、ガラスと空気との間のギャップのような屈折率の変化を引き起こす要因からなる。 これらの点で、強い後方散乱光が反射して戻ってくる。 したがって、OTDRはフレネル反射情報を使用して接続ポイント、ファイバ終端またはブレークポイントの位置を特定します。
大きなOTDRには、ファイバのスコープを完全かつ自動的に識別する機能があります。 この新しい機能は、OTDRサンプリングをレビューし、イベントテーブルを作成する高度な分析ソフトウェアを使用することが主な原因です。 このイベントテーブルには、障害の種類、障害までの距離、減衰、リターンロス、スプライスロスなど、すべての軌道関連データが表示されます。
OTDR原則
1.1レイリー後方散乱
光ファイバ自体の欠陥やドーピング成分の不均一性により、光ファイバ内を伝播する光パルスにレイリー散乱が生じる。 光の一部（約0.0001％[1]）は、パルスの反対方向に散乱され、したがってレイリー後方散乱と呼ばれ、長さに依存する減衰の詳細を提供します。
フレネル反射は、2つの異なる屈折率伝送媒体（コネクタ、機械的スプライス、骨折、またはファイバ終端など）の境界で発生します。 この現象は、ファイバの長さの不連続部分に沿った位置を正確に決定するためにOTDRによって使用されます。 反射の大きさは、境界面の平坦度および屈折率の差に依存する。 屈折率整合液を用いることにより、フレネル反射を低減することができる。
OTDR主要パフォーマンス指標
OTDRの性能パラメータを理解することは、OTDRの実際のファイバ測定に寄与する。 OTDRパフォーマンスパラメータには、主にダイナミックレンジ、ブラインドエリア、解像度、および精度が含まれます。
2.1ダイナミックレンジ
ダイナミックレンジは、ファイバの測定可能な最大長を決定するOTDRの主な性能指標の1つです。 ダイナミックレンジが大きければ大きいほど、カーブラインタイプが良くなり、測定可能な距離が長くなります。 ダイナミックレンジ現在、統一された標準計算方法[1]はありません。 一般に使用されるダイナミックレンジの定義には、主に次の4つがあります。
1 IEC定義（Bellcore）：一般的に使用される動的範囲定義の1つ。 最初の後方散乱レベルとノイズピークレベルとの間のdB差が取られる。 測定条件は、OTDRの最大パルス幅と測定時間180秒です。
2RMS定義：最も一般的に使用されるダイナミックレンジの定義。 開始後方散乱レベルとRMSノイズレベルとの間のdB差を取る。 ノイズレベルがガウス分布の場合、RMSの規定値はIEC規定値よりも約1.56dB高くなります。
3N = 0.1dB定義：最も実用的な定義方法。 0.1dBイベントの損失を測定できる最大許容減衰値を取る。 定義されたN = 0.1dBは、RMSで定義された信号対ノイズ比SNR = 1よりも約6.6dB小さく、OTDRが30dBのRMSダイナミックレンジを持つ場合、N = 0.1dBはダイナミックレンジを23.4dBであり、これは23.4dBの減衰範囲にわたって測定された0.1dBの損失を有する損失のみを意味する。
終了検出：ファイバの最初の4％フレネル反射と、IEC定義より約12dB高いRMSノイズレベルとの間のdB差。
2.2 Deadzone
「ブラインドゾーン」は、「デッドゾーン」とも呼ばれ、フレネル反射の影響を受けてある距離範囲内の光ファイバラインの状態をOTDR曲線が反映できない部分を指す。 この現象は、主に、ファイバリンク上のフレネル反射信号が光検出器を飽和させるために発生し、これは一定の回復時間を必要とする。 デッドゾーンは、OTDRパネルの前面、または光ファイバリンク内の他のフレネル反射で発生する可能性があります。
Bellcoreは、減衰ブラインドゾーン（ADZ）とイベントブラインドゾーン（EDZ）という2つのデッドゾーンを定義しています[2]。 減衰ブラインドゾーンは、それぞれの損失をそれぞれ測定することができる2つの反射事象間の最小距離を指す。 一般に、減衰ブラインドゾーンは、パルス幅の5〜6倍（距離で示される）である。 イベントブラインドゾーンは、2つの反射事象が依然として区別可能であることを意味する。 最小距離では、各イベントまでの距離は測定可能ですが、個々のイベントの個々の損失は測定不可能です。
2.3解像度
OTDRには、サンプル解像度、ディスプレイ解像度（読み取り解像度とも呼ばれます）、イベント解像度、および距離解像度の4つの主要な解像度インジケータがあります。 サンプリング分解能は、2つのサンプリング点間の最小距離であり、OTDRが事象の位置を特定する能力を決定する。 サンプリング分解能は、パルス幅と距離範囲のサイズの選択に関係します。 表示解像度は、機器が表示できる最小値です。 OTDRは、サンプリング間隔内でカーソルが移動できるように、各サンプリング間隔をマイクロプロセッシング・システムで細分する。 カーソルが移動する最短距離は、水平表示解像度と表示最小減衰垂直表示解像度です。
イベントの解決は、テスト中のリンク内のイベントポイント、すなわちイベントフィールド（検出しきい値）の値を識別するOTDRのしきい値を参照します。 OTDRは、このしきい値よりも小さいイベント変化を、曲線の一様な傾き変化点として扱います。 イベントの分解能は、フォトダイオードの分解能スレッショルドによって決まります。これは、2つの近い出力レベルに基づいて測定できる最小減衰を指定します。 距離の分解能は、装置が解決できる2つの隣接するイベントポイント間の最短距離を指します。 この指標は、イベントの死角に類似しており、パルス幅と屈折率パラメータに関連しています。
OTDRの使用
OTDRは、次の測定を実行できます。
*イベントごとに：距離、損失、反射
*各ファイバセグメントについて：セグメント長、セグメント損失dBまたはdB / Km、セグメントリターンロス（ORL）
*端末システム全体：チェーン長、チェーン損失dB、チェーンORL
OTDRによるファイバ測定は、パラメータ設定、データ収集、および曲線解析の3つのステップに分けられます。
3.1パラメータ設定
ほとんどのOTDRテストファイバは、テストパルスを送信することによって自動的に最良の取得パラメータを選択します。 ユーザは、波長、取得時間、および必要なファイバパラメータ（屈折率、散乱係数など）を選択するだけでよい。 自動的にパラメータを取得するには一定の時間がかかり、オペレータは既知の測定条件で測定パラメータを手動で選択することができます。
3.1.1波長選択
光学系の挙動は透過波長と直接関係している。 異なる波長は、光ファイバーの減衰特性と光ファイバー接続における異なる挙動を有する：同じ光ファイバーでは、1550nmは1310nm光ファイバーよりも屈曲に敏感であり、1550nm減衰は単位長さよりも小さい1310nmである。 はんだまたはコネクタの損失は、1550nmよりも1310nmで高くなります。 この理由から、光ファイバテストは、システムによって送信される波長と同じでなければならず、1550nm光学システムが1550nmの波長を選択する必要があることを意味する。
3.1.2パルス幅
パルス幅は、OTDRによってファイバに注入される光パワーを制御します。 パルス幅が長いほど、ダイナミック測定範囲は大きくなります。 これは長距離ファイバを測定するために使用できますが、長パルスはOTDR曲線波形に大きなブラインドゾーンも生成します。 短いパルス注入光レベルは低いが、死角を減少させることができる。 パルス幅期間は、通常nsで表され、式（4）に従って長さ（m）の単位で表すこともできる。 例えば、100nsパルスは、「10m」パルスとして解釈することができる。
3.1.3測定範囲
OTDR測定範囲は、OTDRがデータサンプルを取得する最大距離を指します。 このパラメータの選択により、サンプリング分解能のサイズが決まります。 測定範囲は、通常、測定されるファイバの長さの1〜2倍の距離に設定される。
3.1.4平均時間
後方散乱された光信号は非常に弱いので、統計的平均法が一般に信号対雑音比を改善するために使用される。 平均時間が長いほど、信号対雑音比が高くなります。 例えば、3分の取得は、1分の取得よりも0.8dB動的である。 しかし、10分以上の取得時間では信号対雑音比は改善されません。 平均時間は3分を超えません。
3.1.5ファイバパラメータ
ファイバパラメータの設定には、屈折率nおよび後方散乱係数ηの設定が含まれる。 屈折率パラメータは距離測定に関連し、後方散乱係数は反射および反射減衰の測定結果に影響する。 これらの2つのパラメータは、通常、光ファイバの製造者によって与えられる。 ほとんどのタイプの光ファイバでは、表2に示す屈折率と後方散乱係数は、より正確な距離と反射損失の測定値を得ることができます。
経験とスキル
（1）繊維品質の簡単な同定：
通常の状況下では、OTDRテスト・レイ・カーブ本体（単一または複数の光ファイバー・ケーブル）の傾きは基本的に同じであり、傾きのある部分が大きければ、この部分の減衰が大きいことを示します。 カーブ本体が不規則な形状である場合、勾配が変動し、屈曲または弧状になると、光ファイバの品質が著しく低下し、通信要件を満たさないことを示す。
（2）波長選択と単一双方向試験：
1550波長はテストから離れています。 1550nmは1310nmよりも曲げに敏感です。 1550nmは1310nm単位より小さく、1310nmは1550nmまたはコネクタよりも高い。 実際の光ケーブル保守作業では、一般的に両方の波長がテストされ、比較されます。 正のゲイン現象やオーバーレンジの距離については、良好なテスト結論を得るために双方向のテスト解析を実施する必要があります。
（3）ジョイントクリーニング：
光ファイバー・コネクターをOTDRに接続する前に、OTDRの出力コネクターとテスト中のライブ・コネクターを含め、慎重にクリーニングする必要があります。 それ以外の場合、挿入損失が大きすぎる、測定値が信頼できない、カーブが騒がしい、または測定が実行できなくても、OTDRが損傷する可能性があります。 アルコールや屈折率整合液以外の洗浄剤は、バインダを光ファイバコネクタに溶かすことがあるため、洗浄しないでください。
（4）屈折率及び散乱係数の補正：光ファイバの長さを測定する場合、屈折率と0.01のずれは、7m / kmの誤差を生じる。 より長い光セグメントについては、ケーブル製造業者によって提供される屈折率が使用されるべきである。 値。
（5）ゴーストの認識と処理：
OTDR曲線上のスパイクは、入射端からの近接反射および強い反射によって引き起こされるエコーによることがある。 このスパイクはゴーストと呼ばれます。 幽霊の認識：カーブの幽霊は大きな損失を引き起こさなかった。 ゴーストとカーブの始まりとの間の距離は、強い反射事象と始まりとの間の距離の倍数であり、対称となった。 ゴースト除去：短いパルス幅を選択し、強い反射フロントエンド（OTDR出力など）に減衰を加えます。 ゴーストを引き起こした事象がファイバの終端にある場合、「小さな曲がり」を生じさせて、最初に反射された光を減衰させることができる。
（6）ポジティブゲイン現象処理：
OTDRトレースで正のゲインが発生することがあります。 正の利得は、スプライスポイントの後のファイバが、スプライスポイントの前のファイバよりも後方の非点収差を生成するという事実に起因する。 実際、ファイバはこのスプライスポイントでスプライス損失を起こします。 これは、異なるモードフィールド直径または異なる後方散乱係数を有するファイバの溶接プロセスにおいてしばしば生じる。 したがって、両方向で測定し、結果をスプライス損失として平均化する必要があります。 実際の光ケーブルのメンテナンスでは、受け入れの簡単な原理として、0.08dB以下も使用できます。
（7）付加的な光ファイバの使用：
追加のファイバは、OTDRを測定されるファイバと接続するために使用されるファイバの一部であり、300~2000mの長さを有する。 その主な機能は、フロントエンドブラインドゾーン処理とターミナルコネクタ挿入測定です。
一般に、OTDRと被試験ファイバとの間のコネクタによって生じる不感帯が最大である。 光ファイバの実際の測定では、OTDRと試験される光ファイバとの間に遷移光ファイバを追加して、前端不感帯が遷移光ファイバ内に入るようにし、試験されるべき光ファイバの開始点OTDR曲線の線形安定領域に入る。 ファイバ・システムの開始時におけるコネクタの挿入損失は、OTDRに遷移ファイバを追加することによって測定することができる。 両端のコネクタの挿入損失を測定する場合は、両端にトランジションファイバを追加できます。
テストエラーの主な要因
1）OTDR試験装置の固有の偏差
OTDRの試験原理によれば、光パルスを一定期間に渡って被試験光ファイバに伝送し、光ファイバからの後方散乱信号を一定の割合でサンプリングし、量子化し、符号化して記憶する。 OTDR機器自体はサンプリング間隔に起因して誤差を有するが、これは主に距離分解能に反映される。 OTDRの距離分解能は、サンプリング周波数に比例する。
2）テスト機器の不適切な操作によるエラー
ケーブル障害位置試験では、OTDRメーターの使用の正確さは、障害物試験の精度に直接関係しています。 機器のパラメータ設定と精度、メーターの範囲の不適切な選択、または不正確なカーソル設定は、テスト結果にエラーをもたらします。
（1）メータの屈折率偏差に起因する誤差を設定する
光ファイバーの異なるタイプおよび製造業者の屈折率は異なる。 光ファイバの長さをテストするためにOTDRを使用する場合は、まず測定器のパラメータを設定し、屈折率の設定値を1つ設定する必要があります。 ケーブルのいくつかのセグメントの屈折率が異なる場合、セグメント化の方法を使用して、屈折率設定誤差によって生じる試験誤差を低減することができる。
（2）測定レンジの不適切な選択
OTDRメーターテストの距離分解能が1メートルの場合、水平スケールがグリッドあたり25メートルの場合にのみ図を拡大することができます。 メーターデザインは1つのフルセルで、カーソルあたり25ステップあります。 この場合、カーソルの移動は1メートルの距離を意味するので、読み取り解像度は1メートルです。 水平尺度で2 km / divを選択すると、カーソルの移動ごとにカーソルが80メートルシフトします。 テスト中に選択された測定範囲が大きいほど、テスト結果の偏差が大きくなることがわかります。
（3）パルス幅の不適切な選択
同じパルス振幅の条件下では、パルス幅が大きいほど、パルスエネルギーが大きくなる。 このとき、OTDRのダイナミックレンジも大きくなり、対応する死角領域も大きくなる。
（4）平均時間の不適切な選択
OTDR試験曲線は、各出力パルス後の反射信号をサンプリングし、いくつかのランダムな事象を排除するために複数のサンプルを平均する。 平均化時間が長いほど、ノイズレベルは最小値に近く、ダイナミックレンジは大きくなります。 平均時間が長いほど、テスト精度は高くなりますが、一定のレベルに達すると精度は向上しません。 テストスピードを向上させ、全体のテスト時間を短縮するために、一般的なテスト時間は0.5〜3分以内に選択することができます。
（5）カーソルの不適切な配置
光ファイバコネクタ、機械的スプライス、およびファイバの破損は、損失および反射を引き起こし、ファイバ端部の破損端面は、端面の不規則性のために、様々なフレネル反射ピークを生成するか、またはフレネル反射を生じない。 カーソルの設定が正確でない場合、エラーが発生します。
