Sợi quang và máy đo

http://www.ebook.edu.vn 1

Đề cương ®µo t¹o çp quang I. Cáp sợi quang

1. Cấu tạo sợi quang.

Nguyên lý cơ bản trong sợi quang là hiện tượng vật lí gọi là phản xạ lại ánh sáng toàn phần . Trong quy định để có phản xạ ánh sáng toàn phần là ánh sáng xuất phát có góc triết quang trung bình ( khúc xạ ) - bằng hoặc lớn hơn góc giới hạn.

Sợi quang được làm bằng vật liệu điện môi (cách điện) , như đã nói nó không gây trở ngại những vấn đề liên quan đến điện từ trường . Nó có hai vùng , ở giữa gọi là lõi (core) ở đó ánh sáng được truyền qua, và vùng bên ngoài gọi là lớp sơn phủ (cladding) phủ lên lõi . Chỉ số khúc xạ của vật liệu làm lõi cao hơn chỉ số khúc xạ của vật liệu làm lớp sơn phủ .

Hình dưới chúng ta xem ¸nh s¸ng ®−îc truyÒn bên trong çp sợi quang

Dưới đây môt tả mỗi một phần của sợi quang

Lõi - Core : lõi được làm bằng những sợi nhỏ mỏng thuỷ tinh hoặc nhựa , đo bằng micra (1 mm = 0,000001m) , ở đó ánh sáng được truyền qua . đường kính của lõi càng lớn thì càng có nhiều ánh sáng được truyền dẫn .

Lớp sơn phủ - Clading: lớp này ngay sát lõi có chỉ số khúc xạ thấp hơn chỉ số khúc xạ của lõi.

Đệm nhựa: lớp này để bảo vệ sợi quang từ những tác động va đập và độ cong quá mức.

Sợi chống va đập mang tính chất cơ khí .

Vỏ ngoài : vỏ ngoài phủ lên sợi quang.

2. Phân loại cáp sợi quang


Sîi quang bao gåm phÇn lâi vμ vá. PhÇn lâi cã chiÕt suÊt cao h¬n phÇn vá. ChiÕt suÊt cao nμy cung cÊp c¬ chÕ h−íng qu¸ truyÒn lan ¸nh s¸ng bªn trong lâi. Tuú theo ®−êng kÝnh lâi, ta cã sîi ®¬n mode vμ sîi ®a mode. Khi ®−êng kÝnh lâi ®ñ nhá, b−íc sãng c¾t cña sîi cã thÓ thÊp h¬n b−íc sãng ho¹t ®éng. Khi ®ã ta cã tr−êng hîp chØ cã mét mode ngang. Mét sîi ®¬n mode ®iÓn h×nh cã ®−êng kÝnh lâi xÊp xØ mμ10 vμ mét sîi ®a mode

®iÓn h×nh cã ®−êng kÝnh lâi kho¶ng mμ50 .

Tuú theo d¹ng chiÕt suÊt trong lâi, cã hai lo¹i sîi ®a mode phæ biÕn lμ chiÕt suÊt bËc vμ chiÕt suÊt biÕn ®æi. Sîi chØ sè bËc cã chØ sè chiÕt suÊt kh«ng ®æi trong lâi vμ sîi chØ sè biÕn ®æi cã mét sù gi¶m chØ sè liªn tôc tõ t©m lâi ®Õn phÇn biªn giíi lâi-vá.

Cô thÓ viÖc ph©n lo¹i çp quang dùa tuú thuéc vμo môc ®Ých cô thÓ vμ ®−îc ph©n lo¹i theo tiªu chÝ sau

Phân loại theo chỉ số chiết suất:

- Sợi có chỉ số chiết suất phân bậc

- Sợi có chỉ số chiết suất biến đổi đều (gradient)

Phân loại theo mode truyền dẫn

- Sợi đơn mode

- Sợi đa mode

Phân loại theo cấu trúc vật liệu


- Sợi thuỷ tinh

- Sợi lõi thuỷ tinh vỏ chất dẻo

- Sợi thuỷ tinh nhiều thành phần

- Sợi chất dẻo

3. CÊu tróc çp sîi quang

§Ó ®−a ®−îc sîi quang vμo sö dông trong thùc tÕ , çc sîi cÇn ph¶i ®−îc kÕt hîp l¹i thμnh çp víi çc cÊu tróc phï hîp víi m«i tr−êng l¾p ®Æt. CÊu tróc çp sîi quang rÊt ®a d¹ng vμ kh¸c nhau ë nhiÒu ®iÓm ; phô thuéc vμo çc ®iÒu kiÖn cô thÓ vμ dùa vμo m«i tr−êng l¾p ®Æt çp.

II. Các loại máy đo

a- Máy đo phản xạ quang (OTDR)

Máy đo thời gian phản xạ quang OTDR được sử dụng để xác định đặc điểm của khoảng tuyến sợi quang, thường là các đoạn sợi quang được kết nối với nhau bằng mối hàn và bằng Connector. Máy OTDR cho phép xem xét kỹ bên trong sợi quang, có thể tính toán độ dài sợi quang, suy hao, điểm đứt sợi, tổng suy hao phản xạ cũng như các mối hàn, Connector và suy hao tổng.

Nguyên lý cơ bản về OTDR


Máy đo OTDR phát một xung ánh sáng ngắn vào sợi quang, tán xạ, phản xạ ánh sáng sẽ xảy ra trong sợi quang do sự không đồng nhất gây ra bởi các Connector, mối hàn, đoạn cong và các loại lỗi khác. Máy đo sẽ xác định và phân tích tín hiệu phản xạ, tán xạ ngược. Cường độ tín hiệu được đo theo những khoảng thời gian ngắn xác định và được sử dụng để đưa ra các đặc điểm về sự kiện.

Độ chênh lệch thời gian giữa lúc phát và thu tín hiệu phản hồi có liên quan tới tốc độ truyền ánh sáng trong vật liệu sợi, điều này cho phép OTDR tính toán khoảng cách theo công thức sau:

2*

*ntcd =

Trong đó:

b - Kho¶ng çch

c - Tốc độ ánh sáng (2,998 x 108 m/s)

t - Là độ trễ thời gian từ khi phát tới khi thu được xung ánh sáng

n - Hệ số triết suất của sợi quang

Thiết bị đo OTDR sử dụng các ảnh hưởng của tán xạ Rayleigh và phản xạ Fresnel để đo kiểm các điều kiện trong sợi quang. Công suất phản xạ lớn hơn hàng chục nghìn lần tán xạ ngược.

Tán xạ Rayleigh xảy ra khi xung ánh sáng truyền dọc theo sợi quang gặp phải sự thay đổi nhỏ ví dụ như sự thay đổi và không đồng nhất về hệ số triết suất của sợi làm cho ánh sáng bị tán xạ theo tất cả các hướng. Tuy nhiên, sẽ có một lượng ánh sáng nhỏ phản xạ ngược trở lại phía phát gọi là tán xạ ngược.

Phản xạ Fresnel xảy ra khi ánh sáng truyền dọc theo sợi quang gặp phải sự thay đổi đột biến trong mật độ vật liệu và có thể gây ra bởi các kết nối hoặc điểm gẫy dẫn đến một lượng ánh sáng lớn bị phản xạ. Cường độ phản xạ tuỳ thuộc vào mức độ thay đổi về hệ số triết suất.

Khi kết quả đầy đủ được hiển thị, mỗi điểm trên màn hình hiển thị chỉ thị mức trung bình của nhiều điểm lấy mẫu. Có thể phóng to màn hình để xem chi tiết hơn mỗi điểm.


Laser diot

Pulsegenerator

Opticalcoupler OTDR port Fiber

APD

A/D

Microprocessor Display

Sù ph¶n x¹quay trë l¹i

OTDR

TÝn hiÖu ph¶n håi

Xung ph¸t Xung ph¸t Xung ph¸t

Xung ph¸t

Ph©n tÝch d÷ liÖu

Giới thiệu về máy đo đa năng FTB-400


Hình: Mặt trước của máy đo đa năng FTB-400

Hình : Mặt sau của máy đo đa năng FTB-400


Hình :Mặt bên cạnh của máy đo đa năng FTB-400

Máy đo đa năng FTB-400 chạy trên hệ điều hành Window 2000 và phần mềm ToolBox 6 cung cấp cho người sử dụng một giao diện thân thiện với người sử dụng cho các ứng dụng đo kiểm.

Giao diện này được thiết kế để truy nhập hiệu quả và dễ dàng nhất : Người sử dụng có thể sử dụng màn hình cảm ứng (Touchscreen) hoặc có thể sử dụng chuột và bàn phím bên ngoài.


Hình : Cửa sổ module đo (phần mềm ToolBox 6)

Phần mềm ToolBox 6 mang đến nhiều chức năng cho lĩnh vực đo kiểm. Ngưới sử dụng có thể thực hiện các phép đo kiểm khác nhau và làm việc trên các kết quả đo kiểm này tại cùng thời điểm, chuyển đổi nhanh chóng giữa các ứng dụng chỉ việc chạm (touch) vào một nút. Người sử dụng cũng có thể chạy các ứng dụng mà yêu cầu phải có sự kết hợp của nhiều module khác nhau bằng cách thiết lập sự kết hợp của các module để sử dụng và tiến hành “launching” cái ứng dụng đó.

Máy đo đa năng FTB-400 hỗ trợ điều khiển tại chỗ (thông qua phần mềm ToolBox) và từ xa (thông qua GPIB, RS-232 hoặc TCP/IP - sử dụng các lệnh SCPI hoặc được cung cấp các điều khiển LabVIEW).

Các dèn LED ở mặt trước của máy đo đa năng FTB-400 cung cấp cho người sử dụng các trạng thái của máy đo đa năng FTB-400 .

Đèn LED Ý nghĩa

Bật : Máy đo đa năng FTB-400 được bật

Tắt: Máy đo đa năng FTB-400 được tắt

Bật : Dung lượng Pin còn lại ít hơn 10%.

Tắt: Dung lượng Pin lớn hơn 10%

Bật : Máy đo đa năng FTB-400 được cấp nguồn bởi nguồn

AC/DC và các Pin không cần thiết (Chúng có thể được nạp đầy hoặc không có mặt).

Nhấp nháy: Pin đang được nạp.

Tắt: Máy đo đa năng FTB-400 không được cấp nguồn AC/DC.

Nhấp nháy: Biểu hiện ổ đĩa cứng đang hoạt động.

Nhấp nháy: Module đo kiểm đang phát tín hiệu quang.

Tắt: Module đo kiểm không phát tín hiệu quang

Chỉ dẫn các nút phần cứng trên máy đo đa năng FTB-400:

Máy đo đa năng FTB-400 được trang bị với các nút mà giúp người sử dụng truy nhập tới các chức năng của chúng tại bất kỳ thời điểm nào. Dưới đây là bảng danh sách các nút và mục đích của chúng:


Nút Mục đích

Bật/Tắt: Máy đo đa năng FTB-400 bật hoặc tắt.

Backlight: Nút này cho phép người sử dụng thiết lập mức “Brightness”.

Bộ chuyển đổi chương trình: Nút này cho phép bạn chuyển đổi dọc theo các ứng dụng đang chạy. Nó tương đương với việc ấn kết hợp các phím Alt-Tab.

Khi đang làm việc trong mode điều khiển từ xa thì nó tương đương như quay trở lại nút ở gần.

Vào: Nút này cho phép người sử dụng lựa chọn yếu tố ‘highlighted” trên màn hình. Nó tương đương với việc sử dụng phím Enter trên bàn phím.

Cấu trúc của ổ cứng:

Máy đo đa năng FTB-400 sử dụng ổ cứng được chia thành nhiều ổ với các mục đích như sau:

Tên ổ chia Nội dung

C Hệ thống điều hành, các ứng dụng EXFO

D Dữ liệu người sử dụng và dữ liệu EXFO, Các cấu hình ứng dụng EXFO

E Các tiện ích, backup máy đo đa năng FTB-400 (Ghost)

Máy đo đa năng FTB-400 sử dụng cáp nguồn 3 dây theo đúng quy tắc an toàn quốc tế. Dây nguồn này phục vụ như một dây đất khi được nối tới đúng ổ cắm AC ba chân. Kiểu dây nguồn được cung cấp với mỗi máy đo đa năng FTB-400 được xác định phù hợp với mỗi quốc gia riêng.

Tiến hành đo bằng máy đo OTDR Mục đích: + Đo xác định suy hao tại các mối nối, mối hàn + Đo xác định điểm đứt cáp quang + ….


Yêu cầu: + Máy đo OTDR + Dây nhảy quang (SC,FC) + Cáp quang có đầu nối (hoặc một tuyến quang cụ thể)

Tiến hành đo: + Đo suy hao mối nối + Đo suy hao mối hàn + Xác định khoảng cách cáp

a- Máy thu , phát quang .

Nguyªn lý chung cña m¸y ®o c«ng suÊt quang lμ m¸y ph¸t ph¸t tÝn hiÖu víi mét møc c«ng suÊt nhÊt ®Þnh vμ m¸y thu sÏ ®o c«ng suÊt ë ®Çu thu, suy gi¶m c«ng suÊt sÏ lμ hiÖu cña møc c«ng suÊt ph¸t vμ møc c«ng suÊt thu. Sù suy gi¶m ®ã ®−îc tÝnh b»ng dB. Cßn c«ng suÊt ph¸t vμ thu ®−îc tÝnh b»ng dBm

HiÓu ®¬n gi¶n lμ : suy hao (dB) = c«ng suÊt ph¸t ®i (dBm) - c«ng suÊt thu ®−îc (dBm)

§¬n vÞ dB ®−îc định nghĩa như sau

[ ] mWinPoutmWPdBm out ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=1

log10

Hình: Máy thu quang


Tiến hành đo:

Mục đích:

+ Đo suy hao dây nhảy,

+ Đo suy hao tuyến quang

+ Đo mức phát của thiết bị

Yêu cầu:

+ Máy thu phát quang

+ Dây nhảy (SC, FC)

+ Tuyến quang cụ thể

Hình: Máy phát quang

Ph−¬ng ph¸p ®o:


b- Máy phát hồng ngoại

Hình: Bút hồng ngoại

- Thực chất đây là máy phát ánh sáng hồng ngoại, loại ánh sáng mà mắt thường có thể nhìn thấy được cả ở ngoài trời và trong bóng tối

- Mục đích của máy này là dùng để dò tìm sợi quang, phát hiện vị trí soi quang trên ODF, ống lỏng cáp quang…

- Việc sử dụng thiết bị này rất đơn giản, chỉ việc cắm đầu dây nhảy vào đầu phát của máy và bật hồng ngoại lên là được

Máy hàn cáp quang

1.Nguyªn t¾c

RE

nmH

d

0 85- 1.93

OLS...

nH

d m

0 85-20.73

nH

d

0 85-0.00

ABS REF

OLP...

Reference measurement


Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña m¸y hμn çp quang lμ ®èt nãng ch¶y sîi quang b»ng hå quang ®iÖn t¹i mèi nèi t¹o thμnh mèi hμn .

Máy hàn cáp quang có cấu tạo cơ khí phức tạp, đảm bảo để mối hàn có được kết cấu chắc chắn, độ chính xác cao, suy hao mối nối thấp. Việc hàn cáp quang sẽ bao gồm nhiều thao tác. Các thao tác này sẽ thuần thục khi tiến hành hàn nối nhiều, nên đối với máy hàn chủ yếu là thực hành thao tác trên máy.

2. ph−¬ng ph¸p hµn nèi m¨ng x«ng çp quang (nªu râ tõng b−íc cô thÓ vµ vËt t−, dông cô cho tõng b−íc).

Tr×nh tù çc b−íc hμn nèi m¨ng x«ng çp quang.

ChuÈn bÞ çp quang : - Bãc vá çp quang, kho¶ng 1,5m- 1,8m tuú theo tõng lo¹i m¨ng x«ng.

- C¾t çc thμnh phÇn bÖn çp vμ gia c−êng.

- Dïng giÎ lau tÈm cån, x¨ng hoÆc chÊt dung m«i ®Ó lau s¹ch chÊt Gel.

- Dïng dao c¾t chuyªn dông ®Ó c¾t èng láng.

- Dïng giÊy lau mÞn tÈm cån ®Ó lau s¹ch chÊt Gel. (Chó ý kh«ng ®Ó sîi quang dÝnh çt, bôi cã thÓ lμm g·y sîi).


- Sau khi çp ®−îc chuÈn bÞ xong ph¶i ®−îc ®Ó gän gμng vμo chç s¹ch sÏ.

ChuÈn bÞ m¨ng x«ng çp quang : - Sau khi lÊy m¨ng x«ng çp quang ra khái hép ph¶i xÕp gän gμng ngay ng¾n çc phô

kiÖn cña m¨ng x«ng ®¶m b¶o viÖc l¾p ®Æt m¨ng x«ng çp theo ®óng tr×nh tù.

- Xem tμi liÖu h−íng dÉn l¾p ®Æt m¨ng x«ng çp quang ®i kÌm ®Ó x¸c ®Þnh çc phô kiÖn cÇn dïng vμ tr×nh tù thùc hiÖn.

- Sau ®ã thùc hiÖn viÖc cè ®Þnh çp quang vμo m¨ng x«ng çp quang, ph¶i ®¶m b¶o çc yªu cÇu : Ch¾c ch¾n, kh«ng bÞ thÊm n−íc vμo m¨ng x«ng.

- Ph©n mμu èng láng vμ cè ®Þnh èng láng vμo khay ®ùng mèi hμn çp quang.

- QuÊn sîi quang trong khay ®ùng mèi hμn çp quang vμ c¾t ®Õn kho¶ng çch cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o sîi quang sau khi ®−îc hμn nèi ®−îc xÕp gän gμng trong khay, ®¶m b¸o cho viÖc söa ch÷a vμ tr¸nh bÞ suy hao do b¸n kÝnh uÊn cong nhá.

- Luån èng co nhiÖt vμo sîi quang vμ tuèt líp vá mμu sîi, lau s¹ch vμ dïng dao c¾t chuyªn dïng ®Ó c¾t sîi quang sau ®ã hμn nèi sîi quang b»ng m¸y hμn çp quang chuyªn dông.

- Sau khi hμn xong, mèi hμn ®−îc b¶o vÖ trong èng co nhiÖt vμ ®−îc xÕp gän vμo khay ®ùng mèi hμn.

- §o kiÓm tra mèi hμn çp quang vμ thùc hiÖn viÖc ®ãng m¨ng x«ng sau khi ®¶m b¶o mèi hμn tèt. Khi ®ãng m¨ng x«ng ph¶i chó ý viÖc l¾p ®Æt çc Gio¨ng vμ siÕt çc Bul«ng ®¶m b¶o m¨ng x«ng ®−îc ®ãng kÝn.

3. Ph−¬ng ph¸p hµn nèi ODF çp quang (nªu râ tõng b−íc cô thÓ vµ vËt t−, dông cô cho tõng b−íc).

Tr×nh tù çc b−íc hμn nèi ODF çp quang.

Cã nhiÒu lo¹i ODF : - ODF tËp trung t¹i ®Çu Host

- ODF tËp trung lo¹i võa vμ nhá.

- ODF lo¹i treo t−êng


ChuÈn bÞ çp quang : - Bãc vá çp quang, kho¶ng 1,5m- 1,8m tuú theo tõng lo¹i ODF.

- C¾t çc thμnh phÇn bÖn çp vμ gia c−êng.

- Dïng giÎ lau tÈm cån, x¨ng hoÆc chÊt dung m«i ®Ó lau s¹ch chÊt Gel.

- Dïng dao c¾t chuyªn dông ®Ó c¾t èng láng.

- Dïng giÊy lau mÞn tÈm cån ®Ó lau s¹ch chÊt Gel. (Chó ý kh«ng ®Ó sîi quang dÝnh çt, bôi cã thÓ lμm g·y sîi).


- Sau khi çp ®−îc chuÈn bÞ xong ph¶i ®−îc ®Ó gän gμng vμo chç s¹ch sÏ.

ChuÈn ODF çp quang : - Sau khi lÊy ODF ra khái hép ph¶i xÕp gän gμng ngay ng¾n çc phô kiÖn cña ODF ®¶m

b¶o viÖc l¾p ®Æt ODF theo ®óng tr×nh tù.

- Xem tμi liÖu h−íng dÉn l¾p ®Æt ODF çp quang ®i kÌm ®Ó x¸c ®Þnh çc phô kiÖn cÇn dïng vμ tr×nh tù thùc hiÖn.

- Sau ®ã thùc hiÖn viÖc cè ®Þnh çp quang vμo ODF çp quang, ph¶i ®¶m b¶o çc yªu cÇu : Ch¾c ch¾n tr¸nh, ®¶m b¶o mü quan.

- Ph©n mμu èng láng vμ cè ®Þnh èng láng vμo khay ®ùng mèi hμn çp quang.

- QuÊn sîi quang trong khay ®ùng mèi hμn çp quang vμ c¾t ®Õn kho¶ng çch cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o sîi quang sau khi ®−îc hμn nèi ®−îc xÕp gän gμng trong khay, ®¶m b¶o cho viÖc söa ch÷a vμ tr¸nh bÞ suy hao do b¸n kÝnh uÊn cong nhá.

- Luån èng co nhiÖt vμo sîi quang vμ tuèt líp vá mμu sîi, lau s¹ch vμ dïng dao c¾t chuyªn dïng ®Ó c¾t sîi quang sau ®ã hμn nèi sîi quang b»ng m¸y hμn çp quang chuyªn dông.

- Sau khi hμn xong, mèi hμn ®−îc b¶o vÖ trong èng co nhiÖt vμ ®−îc xÕp gän vμo khay ®ùng mèi hμn.

- §o kiÓm tra mèi hμn çp quang vμ thùc hiÖn viÖc ®ãng m¨ng x«ng sau khi ®¶m b¶o mèi hμn tèt. Khi ®ãng m¨ng x«ng ph¶i chó ý viÖc l¾p ®Æt çc Gio¨ng vμ siÕt çc Bul«ng ®¶m b¶o m¨ng x«ng ®−îc ®ãng kÝn.

M¸y hμn FSM - 40S h·ng FUJIKURA NhËt b¶n


VÞ trÝ ®Æt sîi quang trªn CAMERA :

Sau khi ®Æt sîi quang vao r·nh ch÷ V m¸y hµn sÔ tù ®éng ®iÒu chØnh ®Õn khi hai sîi ®¹t tíi ®é chÝnh x¸c : hai sîi ®ång t©m vÒ phÇn ®−êng kÝnh lâi, còng nh− phÇn ®−êng kÝnh vá. Khi m¸y tù ®éng ®iÒu chØnh xong ®¶m b¶o çc th«ng sè kü thuËt th× m¸y sÏ tiÕn hµnh hµn nèi. Qu¸ tr×nh hµn ®−îc m« ë çc h×nh vÏ d−íi ®©y :


§iÒu ®Æc biÖt chó ý lµ trong khi ®Æt sîi quang vµo r·nh ch÷ V ph¶i ®¶m b¶o ®óng vÞ trÝ cù ly, tr−êng hîp ko ®óng th× m¸y sÏ b¸o lçi, lóc ®ã ta ph¶i thao t¸c l¹i. Qu¸ tr×nh nµy ®−îc m« t¶ nh− h×nh vÏ sau :


Ta ph¶i ®Æt l¹i sîi nh− h×nh d−íi ®©y :

Documents

Sợi quang và máy đo