พื้นฐานการทดสอบไฟเบอร์: มิเตอร์วัดกำลังแสง — เหตุใดจึงขาดไม่ได้สำหรับไฟเบอร์ลิงก์ทุกตัว

บทความ

15 เมษายน 2020

ในการสื่อสารด้วยไฟเบอร์และระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับแสง การจะรับสัญญาณได้อย่างถูกต้องนั้นจะขึ้นอยู่กับพลังงานแสงทั้งหมดหรือไม่ เครื่องวัดพลังงานแสง (OPM) เป็นเครื่องมือพื้นฐานที่สุดในการวัดความแรงของสัญญาณแสง หากไม่มีเครื่องมือนี้ การทดสอบการเชื่อมต่อไฟเบอร์ก็เหมือนกับความรู้สึกของชีพจรในที่มืด

เครื่องวัดกำลังแสง: หลักการแรกของการทดสอบไฟเบอร์

ในการสื่อสารด้วยไฟเบอร์และระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ การส่งสัญญาณทั้งหมดจะขึ้นอยู่กับแสง และความแรงของแสงนั้นจะเป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าสามารถรับสัญญาณได้อย่างถูกต้องหรือไม่ เครื่องวัดพลังงานแสง (OPM) เป็นเครื่องมือพื้นฐานที่สุดในการวัดความแรงของสัญญาณแสง หากไม่มีเครื่องมือนี้ การทดสอบการเชื่อมต่อไฟเบอร์ก็เหมือนกับการปิดตาตัวเองและการคาดเดา

หลักการสำคัญนั้นไม่ซับซ้อน: เครื่องตรวจจับแสง (โดยทั่วไปคือโฟโตไดโอด InGaAs หรือเจอร์เมเนียม) จะแปลงสัญญาณแสงที่ตกกระทบเป็นสัญญาณไฟฟ้า และวงจรจะแปลงสัญญาณเหล่านั้นเป็นการอ่านค่ากำลังในหน่วย dBm (เดซิเบล-มิลลิวัตต์) หรือ μW (ไมโครวัตต์) dBm เป็นหน่วยลอการิทึม: 0dBm = 1mW, -10dBm = 0.1mW, -30dBm = 0.001W ค่าของ dBm คือช่วยให้อ่านค่าได้แม้ในขณะที่พลังงานแสงจะขยายตามขนาด — ไฟเบอร์ลิงค์ที่มีกำลังส่ง 0dBm และกำลังรับ -25dBm มีการลดทอน 25dB ซึ่งหมายความว่าพลังงานที่เครื่องรับน้อยกว่า 300 เท่า แต่แสดงเป็นตัวเลขเดียว: 25

OPM เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้มากกว่าเป็นทางเลือก เนื่องจาก OPM ทำหน้าที่สามฟังก์ชันที่ลดไม่ได้ ขั้นแรก จะวัดกำลังเอาท์พุตฝั่งส่งเพื่อยืนยันว่าแหล่งกำเนิดแสงทำงานภายในข้อกำหนดเฉพาะ ประการที่สอง วัดกำลังอินพุตฝั่งรับเพื่อยืนยันว่าสัญญาณอยู่เหนือเกณฑ์ความไวของผู้รับ ประการที่สาม ลบการสูญเสียลิงค์ทั้งสองอันซึ่งเป็นตัวชี้วัดที่สำคัญที่สุดในการตัดสินคุณภาพการเชื่อมต่อไฟเบอร์ ฟังก์ชั่นทั้งสามนี้รวมกันเป็นการตรวจร่างกายที่สมบูรณ์ของทุกลิงค์ไฟเบอร์

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือ OPM มีไว้สำหรับห้องปฏิบัติการเท่านั้น ในความเป็นจริง วิศวกรภาคสนามใช้สิ่งเหล่านี้ทุกวัน — เพื่อการยอมรับไฟเบอร์แบ็คฮอลที่สถานีฐานโทรคมนาคม การทดสอบการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟเบอร์ที่ศูนย์ข้อมูล และการตรวจสอบลิงก์การสื่อสารด้วยไฟเบอร์ที่โรงงาน PV PK56A ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการใช้งานภาคสนาม โดยรักษาสมดุลระหว่างความแม่นยำระดับห้องปฏิบัติการกับการพกพาสะดวก

ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญ: ความยาวคลื่น ช่วง และความแม่นยำ — ไม่มีสิ่งใดผิดพลาดได้

เมื่อเลือก OPM จะต้องคำนึงถึงพารามิเตอร์สามตัว ผิดพลาดประการใดและผลการทดสอบไม่ถูกต้อง

ประการแรก: ความยาวคลื่น แสงในไฟเบอร์ไม่ใช่แสงสีขาว แต่เป็นแสงเลเซอร์หรือไฟ LED ที่ความยาวคลื่นเฉพาะ ความยาวคลื่นการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ทั่วไป ได้แก่ 850 นาโนเมตร (มัลติโหมด), 1310 นาโนเมตร (โหมดเดียว), 1550 นาโนเมตร (โหมดเดียว) และ 1625 นาโนเมตร (สำหรับการทดสอบระบบ DWDM) OPM จะต้องได้รับการสอบเทียบที่ความยาวคลื่นที่ถูกต้อง เนื่องจากการตอบสนองของเครื่องตรวจจับแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่น — เครื่องตรวจจับเดียวกันอาจมีความไวเป็นสองเท่าที่ 850 นาโนเมตร เทียบกับที่ 1550 นาโนเมตร การใช้เส้นโค้งการปรับเทียบ 850 นาโนเมตรเพื่อวัดแสง 1550 นาโนเมตรสามารถอ่านค่าได้ 20% หรือมากกว่า PK56A รองรับการตั้งค่าความยาวคลื่นเจ็ดแบบ ครอบคลุมตั้งแต่ 850 นาโนเมตรถึง 1625 นาโนเมตร ซึ่งตรงกับความยาวคลื่นการสื่อสารกระแสหลัก — โดยไม่ต้องกังวลเรื่องความยาวคลื่นที่ไม่ตรงกันในภาคสนาม

ประการที่สอง: ช่วงพลังงาน ช่วงนี้จะกำหนดความแรงของสัญญาณแสงที่ OPM สามารถวัดได้ ช่วงที่น้อยเกินไปอาจเสี่ยงต่อการทำลายเครื่องตรวจจับด้วยแสงจ้า ช่วงที่กว้างเกินไปไม่สามารถวัดแสงที่อ่อนแอได้ โดยทั่วไปพลังงานแสงทดสอบภาคสนามจะมีช่วง -70dBm ถึง +10dBm -70dBm คือขีดจำกัดความไวล่างของเครื่องรับส่วนใหญ่ +10dBm คือเอาต์พุตสูงสุดของแหล่งกำเนิดแสงส่วนใหญ่ ช่วง PK56A ครอบคลุม -70dBm ถึง +10dBm ซึ่งตรงกับสถานการณ์ภาคสนามส่วนใหญ่

ประการที่สาม: ความแม่นยำ โดยทั่วไปความแม่นยำของ OPM จะแสดงเป็น ±0.1dB ถึง ±0.3dB ±0.1dB หมายถึงข้อผิดพลาดภายใน 2% — เกรดพรีเมียม ±0.3dB หมายถึงข้อผิดพลาดประมาณ 7% ซึ่งเพียงพอสำหรับการยอมรับทางวิศวกรรมส่วนใหญ่ ความแม่นยำมีความสำคัญ เนื่องจากหาก OPM มีความแม่นยำ ±0.3dB และข้อมูลจำเพาะทางวิศวกรรมต้องมีข้อผิดพลาดการสูญเสียลิงก์ภายใน ±0.5dB OPM เพียงอย่างเดียวจะคิดเป็น 60% ของข้อผิดพลาดที่อนุญาต ซึ่งทำให้เกิดส่วนต่างเล็กน้อยสำหรับตัวลิงก์เอง

PK56A: อุปกรณ์หนึ่งเครื่องครอบคลุมขั้นตอนการทดสอบไฟเบอร์แบบเต็มรูปแบบ

การทดสอบไฟเบอร์แบบดั้งเดิมต้องใช้อุปกรณ์หลายเครื่อง ได้แก่ OPM สำหรับจ่ายไฟ ปากกาแสงสีแดงสำหรับระบุตำแหน่งข้อผิดพลาด และแหล่งกำเนิดแสงสำหรับการฉีดสัญญาณทดสอบ PK56A รวมทั้งสามอย่างไว้ในอุปกรณ์พกพาเครื่องเดียว และคุณค่าหลักของมันคือการออลอินวัน

ตัวหลักของ PK56A คือ OPM ที่รองรับความยาวคลื่นเจ็ดช่วงและช่วง -70dBm ถึง +10dBm ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีแหล่งกำเนิดแสงสีแดงในตัว (650 นาโนเมตร) ที่ฉีดแสงสีแดงเข้าไปในไฟเบอร์ผ่านอะแดปเตอร์ FC/UPC หรือ SC/UPC แสงสีแดงมีจุดประสงค์ในการมองเห็น: เมื่อแสงสีแดงถูกฉีดเข้าไปในเส้นใย หากมีการแตกหักตรงกลาง แสงสีแดงจะรั่วออกมาที่จุดแตกหักและมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการแก้ไขปัญหาจัมเปอร์ไฟเบอร์ โดยไม่จำเป็นต้องใช้ OTDR (ออปติคอลไทม์โดเมนรีเฟลกโตมิเตอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ราคาหลายหมื่นหยวน) PK56A เพียงอันเดียวจะตัดสินได้อย่างรวดเร็วว่าจัมเปอร์นั้นดีหรือไม่

PK56A ยังรองรับอินเทอร์เฟซไฟเบอร์สากลอีกด้วย รองรับ FC, SC, ST, LC และอินเทอร์เฟซประเภทอื่นๆ โดยการเปลี่ยนอะแดปเตอร์ โดยไม่จำเป็นต้องแยกอุปกรณ์ตามประเภทอินเทอร์เฟซ ในภาคสนาม ระบบที่ต่างกันใช้อินเทอร์เฟซที่แตกต่างกัน — SC ในโทรคมนาคม, LC ในศูนย์ข้อมูล, FC ใน CATV — และการรองรับหลายอินเทอร์เฟซของ PK56A หมายความว่าอุปกรณ์ตัวเดียวจัดการทุกสถานการณ์

ในทางปฏิบัติ PK56A เพิ่มมูลค่าด้วยความเรียบง่ายในการปฏิบัติงาน จอแสดงผลแสดงการอ่านทั้ง dBm และ μW พร้อมกัน และระบุโดยตรงว่าผลการทดสอบอยู่ภายในข้อมูลจำเพาะหรือไม่ (ผ่าน / คำเตือน / ไม่ผ่าน) — ไม่จำเป็นต้องค้นหาตารางด้วยตนเอง จัดเก็บผลการทดสอบเพื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลในอดีต

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการทดสอบภาคสนามสี่ประการ

ในการทดสอบไฟเบอร์ภาคสนาม ข้อผิดพลาดซ้ำหลายครั้งทำให้เกิดการสูญเสียโดยไม่จำเป็น การทำความเข้าใจจะป้องกันปัญหาที่แท้จริงได้ ข้อผิดพลาดประการแรกคือการไม่ตรวจสอบการตั้งค่าความยาวคลื่นก่อนทำการวัด ตามที่กล่าวไว้ เส้นโค้งการสอบเทียบ OPM จะแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่น การตั้งค่าความยาวคลื่นไม่ถูกต้อง จะทำให้การอ่านค่าลดลง 10% ถึง 20% เจ้าหน้าที่ภาคสนามจำนวนมาก เพื่อช่วยแก้ปัญหา ให้ใช้ความยาวคลื่นเท่ากันสำหรับการวัดทั้งหมด ซึ่งอาจเบี่ยงเบนได้ 10% ถึง 20% เมื่อวัดไฟเบอร์โหมดเดี่ยว 1310 นาโนเมตรและ 1550 นาโนเมตร

ข้อผิดพลาดประการที่สองคือการเพิกเฉยต่อความสะอาดของผิวหน้าไฟเบอร์ ฝุ่น น้ำมัน หรือรอยขีดข่วนบนส่วนหน้าของไฟเบอร์ (ปลายของตัวเชื่อมต่อ) ทำให้เกิดการสูญเสียการแทรกและการสะท้อนเพิ่มเติม และผลการทดสอบอาจทำให้ระบุการปนเปื้อนที่ส่วนปลายได้ไม่ถูกต้องเนื่องจากปัญหาคุณภาพของการเชื่อมต่อของไฟเบอร์ วิธีการตรวจสอบตัวเองแบบง่ายๆ: ก่อนการทดสอบ ให้ตรวจสอบผิวหน้าด้านท้ายด้วยเลนส์ขยาย หากสกปรก ให้ทำความสะอาดด้วยแท่งทำความสะอาดแบบไฟเบอร์โดยเฉพาะและแอลกอฮอล์ปราศจากน้ำก่อนทำการตวง ความล้มเหลว 'การสูญเสียลิงก์เกินข้อมูลจำเพาะ' หลายครั้งจะแก้ไขได้เองหลังจากการทำความสะอาดหน้าสุดท้าย

ข้อผิดพลาดประการที่สามคือการทดสอบเส้นใยเพียงเส้นเดียว ในการเชื่อมโยงไฟเบอร์ โดยทั่วไปจะมีสองเส้นใย — หนึ่งสำหรับการส่ง (Tx) และหนึ่งสำหรับการรับ (Rx) การสูญเสียลิงค์อาจแตกต่างกันระหว่างทั้งสอง การทดสอบเพียงรายการเดียวและการสรุปผลอาจพลาดปัญหากับอีกรายการหนึ่ง วิธีที่ถูกต้องคือการทดสอบทั้งสองอย่างและเปรียบเทียบผลต่างการสูญเสีย หากความแตกต่างเกิน 3dB เส้นใยหนึ่งอาจมีปัญหาการโค้งงอ หักงอ หรือการสิ้นสุด

ข้อผิดพลาดประการที่สี่คือไม่สามารถบันทึกข้อมูลการทดสอบได้ ข้อมูล OPM — กำลังส่ง, รับกำลัง, การสูญเสียลิงก์ — ถือเป็น “บันทึกสถานภาพ” ของลิงก์ไฟเบอร์ หากข้อมูลไม่ได้รับการบันทึกหลังการทดสอบ เมื่อเกิดปัญหาการเชื่อมต่อในอนาคต ไม่มีทางที่จะระบุได้ว่า “เมื่อก่อนเคยดี” หรือ “เคยมีปัญหามาก่อน” วิธีการที่ถูกต้องคือการบันทึกข้อมูลทั้งหมดหลังการทดสอบแต่ละครั้ง โดยเก็บถาวรตามหมายเลขลิงก์ และสร้างบันทึกการทดสอบอนุกรมเวลา

คำแนะนำการปฏิบัติสำหรับทีมการยอมรับและบำรุงรักษาทางวิศวกรรม

การทดสอบไฟเบอร์แบบครอบคลุมเป็นมากกว่าแค่การวัดกำลัง ขั้นตอนการยอมรับไฟเบอร์ลิงก์ที่สมบูรณ์ควรประกอบด้วย: การทดสอบกำลังไฟฝั่งส่ง (ยืนยันว่าเอาท์พุตของแหล่งกำเนิดแสงอยู่ภายในข้อมูลจำเพาะ) การทดสอบกำลังไฟฝั่งรับ (ยืนยันว่าสัญญาณอยู่เหนือความไวของตัวรับ) การคำนวณการสูญเสียลิงก์ (ลบทั้งสองและเปรียบเทียบกับค่าการออกแบบ) การตรวจสอบใบหน้าปลายไฟเบอร์ (ความสะอาดและความสมบูรณ์) และการตรวจสอบความต่อเนื่องของแสงสีแดง (วินิจฉัยข้อบกพร่องของจัมเปอร์อย่างรวดเร็ว)

เมื่อเลือกอุปกรณ์ทดสอบ ราคาเพียงอย่างเดียวไม่ควรเป็นปัจจัยในการตัดสินใจ อุปกรณ์แบบรวมที่มีทั้ง OPM และแหล่งกำเนิดแสงสีแดง (เช่น PK56A) มีราคาถูกกว่า เชื่อถือได้มากกว่า และใช้เวลาน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับการซื้อ OPM และปากกาจับแสงสีแดงแยกต่างหาก ค่านิยมหลักของอุปกรณ์อย่าง PK56A ไม่ใช่ความแม่นยำในการวัด แต่เป็นความสามารถในการประเมินการเชื่อมต่อไฟเบอร์เต็มรูปแบบภายใน 10 นาที แทนที่จะต้องพกพาอุปกรณ์สามเครื่อง เปลี่ยนอินเทอร์เฟซสามรายการ และค้นหาตารางสามตาราง

ผู้ซื้อควรใส่ใจกับรายละเอียดที่มองข้ามได้ง่ายในเอกสารทางการตลาด เช่น อุปกรณ์รองรับการส่งออกข้อมูลหรือไม่ (สำหรับการผสานรวมกับระบบการจัดการทางวิศวกรรม) อะแดปเตอร์ไฟเบอร์ครอบคลุมประเภทอินเทอร์เฟซที่ใช้ในสนามหรือไม่ รองรับความยาวคลื่นยาว (1625 นาโนเมตร สำหรับการทดสอบนอกย่านความถี่ของระบบ DW) หรือไม่ และอายุการใช้งานแบตเตอรี่จะตรงตามการใช้งานภาคสนามเต็มวันหรือไม่ รายละเอียดเหล่านี้จะกำหนดว่าอุปกรณ์ถูกใช้จริงหรือถูกลืมไว้ในลิ้นชัก View the PV Test Instruments Collection