광케이블 측정법 - ①투과측정법/후방산란법(OTDR)

광케이블 측정법 - ①투과측정법/후방산란법(OTDR)

1. 광케이블 측정의 개요

1) 목표

① 광케이블 측정을 할 수 있다.

② 광케이블 측정장비를 사용할 수 있다.

2) 기계 및 공구

광융착 접속기, OTDR, 광원.광력계, 광심선 절단공구, 기타기본접속공구

3) 재료명

면솜(심선 청소용) 1BOX, 광케이블 1.31/1.55(SM) 2드럼, 광점퍼코드 FC/SC 각2개

4) 안전 및 주의사항

① 광 케이블 측정시 규정된 허용곡률 반경을 준수하여야 한다.

② 광 점퍼코드 성단시 분배함 고정 어댑터의 규격과 일치하는지 확인해야 한다.

③ 광 케이블의 코아수와 광 분배함의 규격이 맞는지 확인하여야 하며 장비의 측정조건을 준수해야 한다.

 

2. 일반사항

가. 광섬유를 측정하기 전에는 피측정 광섬유의 종류(굴절율 포함),시험항목, 측정환경(피측정구간의 광커넥터, 전송방식별 사용파장, 측정거리, 사용 전원) 등을 확인하여 필요한 측정기 및 자재 등을 준비하여 측정에 오류가 없도록 하여야 한다.

나. 광섬유 종류별 전송특성을 평가하는 측정항목 및 측정법은 다음장의 [ 표 1 ]과 같다.

[ 표 1] 각종 광섬유의 측정항목에 따른 측정법

다. 측정자는 사용할 측정기에 대한 운용법 및 측정 데이타의 분석에 충분한 지식을 습득 하여야 한다.

라. 동일한 시험항목 및 측정항목은 가급적 동일인이 하여야 한다.

마. 광섬유 측정시 주의사항은 다음과 같다.

(1) 측정기의 광원에서 나오는 레이져(LASER)는 눈으로 들여다보는 것을 삼갈 것

(2) 측정기는 전원을 켜고 10분이상 경과한 후 안정된 상태에서 측정하여야 한다. 또한 측정기의 보호 및 전자파에 의한 영향을 감 소하기 위해 측정기 접지단자를 접지시킨다.

(3) 측정기에 결합되는 커넥터 등에 묻은 먼지나 이물질은 측정결과에 영향을 주므로 커넥터의 단면에 이물질이 묻지 않도록 주의하여야 한다.

(4) 광섬유 측정에서는 여진조건에 의해 측정결과가 크게 좌우되므로 측정 코드류의 곡률반경을 작게한다던지 충격이나 진동이 가해지지 않도록 한다.

바. 측정항목별 측정데이터의 정확한 비교분석을 위해 측정기 상의 측정변수 (펄스, 평균화계수,광전력 감쇠량등)는 동일한 조건으로 하도록 한다.

사. 측정기와측정용 표준광점퍼코드(이하“표준코드”라 한다.)또는 측정용 표준 다심분리

형광코드(이하 “표준다심분리코드”라 한다.)등과의 연결시 다음과 같이한다.

(1) 광커넥터의 착탈반복으로 인한 커넥타 단면손상에 주의한다.

(2) 표준코드나 피측정 심선에 부착된 광커넥터가 단면손상으로 광학적 특성이 저하되었을 경우에는 현장용 광커넥터 연마기로 커넥터 단면을 연마하거나 광점퍼코드를 교체한다.

(3) 측정기의 광전력과 수광전력의 범위 등을 확인하고 광원이나 광검출기에 강한 광전력이 입사되지 않도록 피측정심선을 연결하기 전에 광섬유심선대조기로 광신호의 전반유무를 확인하여야 한다.

아. 측정파장의 선택은 피측정구간의 전송방식별 사용파장에 준한다.

 

3. 측정장비 및 공구

광섬유의 측정방법별 측정장비는 [ 표 2 ]와 같다.

[표 2] 각종 광섬유 측정법에 따른 측정장비 및 공구

<주0>의사광섬유: 리본 광섬유손실 측정용 광심선선택기 사용할 때 제외

<주1>다중모드광섬유 여진기로서 삽입법에서는 양단에 커넥터가 부착된 의사광섬유(길이200m이상)를 사용할 수 있다.

<주2>피측정구간에 연결된 광커넥터 및 측정장비에 부착된 광커넥터의 종류에 따라 광점퍼코드의 종류(SC-SC형, SC-FC형, SC-BC형, BC-BC형, BC-FC형 등)를 선택한다.

<주3>기타 통신시설로 연락망 구성 가능

 

4. 투과측정법(Typical setup of attenuation measurement)

투과법은 광섬유를 전반한 광전력의 감쇠량을 직접 측정하는 방법으로 광섬유의 손실특성을 입사단의 광전력과 출사단의 광전력의 비율로 나타난다.

측정방법으로는 입사단의 광전력 평가방법에 따라 삽입법(Insertion method)과 컷백법(Cut-back method)으로 구별하며 실제 광선로구간에는 삽입법에 의해 광섬유 손실을 측정한다.

 

5. 광섬유의 손실측정법

가 .컷백법(Cut-back method): "생략“

나. 삽입법(Insertion method)

서로의 거리가 L 만큼 떨어져 잇는 두 개의 광커넥터 단면간의 손실은 입사단의 광원측에 연결된 커넥터를 통과한 광전력을 Pin, 출사단의 피측정 광섬유의 커넥터를 통과한 광전력을 Pout라하면 피측정 광섬유의 손실 αi 는 다음과 같이 정의된다.

① 광전력을 [W]로 측정하는 경우

αi = (-10 log10 ) Pout/Pin - nLc [식1]

여기서 Lc : 커넥터 손실[dB]

n : 의사광섬유와 피측정광섬유간의 커넥터 접속수

② 광전력을 [dB]로 측정하는 경우,

αⅰ[dB] = -(Pout - Pin) - nLc [식2]

 

6. 광케이블 측정 작업순서

1) 준비한다.

(1) 삽입법을 이용한 광손실 측정계의 일반적인 구성은 [그림8-2]과 같으며, 파측정 광

섬유의 양단에 광커넥터의 연결을 확인한다.

(2) 임사단측에 광검출기(A)와 출사단쪽의 광검출기(B)를 같은 장소에 모아 동일한 광원

으로 나오는 광전력을 검출하여 임의의 검출기에 대하여 나머지 검출기를 조정한다.

조정이 불가능한 경우에는 두검출기의 보정치를 얻는다.

< Pig.1 삽입법에 의한 광손실 측정계 >

 

2) 삽입법에 의한 광손실을 측정한다.

(1) 광원에 광전력을 광검출기 (A)로 측정하여 측정값 Pm1을 얻는다.

광원에 광전력을 광검출기 (B)로 측정하여 측정값 Pm2을 얻는다.

측정값 측정값 Pm1, Pm2는 3회이상 측정한 값에 평균산술값으로 하고, 그 값에 의한 광검출기의 보정치⒠는 다음과 같이 산출한다.

e = Pm1 - Pm2 [식3]

입사단의 광검출기(A) 및 광원, 출사단의 광검출기(B)에 길이가 2m이상인 광점퍼코드를 연결한다.

커넥터 접속시는 접속전에 면봉에 이소프로필알콜을 묻혀 커넥터 단면을 닦아주고, 커넥터의 착탈 반복으로 인한 커넥타 단면손상에 주의해야 한다.

 

(2) 측정결과

① 입사단에서 광원측에 커넥터(C1)을 광검출기(A)의 커넥터(C2)에 접속한다.

② 광검출기(A)로 Pin능 측정한다.

③ 입사단에서 광원과 광검출기(A)에 접속된 커넥터(C1,C2)를 풀고, 광원에 연결된 커넥 터(C1)를 피측정 광섬유의 커넥터(C3)에 접속한다.

④ 출사단 피측정 광섬유에 커넥터(C5)를 접속한다.

⑤ 피측정 광섬유에 입사한 광전력을 출사단으로 광검출기(B)로 Pout를 측정한다.

⑥ 측정된 광전력 Pout와 Pin에 의해 광섬유 손실 αⅰ를 [식1] 또는 [식2]에 의해 산출한다. 단, 두 광 있을 경우 검출된 광전력에 대해 보정치를 가산하여 손실을 계산하고, 커넥터손실 기준치는 연결된 커넥터의 손실기준치에 준한다.

αⅰ[dB] = [ - {(Pout검출기의 보정값이 - Pin) + e }] - (nLc) [식4]

 

3) 후방산란법(Backscaterring method)에 의한 광손실을 측정한다.

후방산란법은 광섬유내를 전파(傳播)하는 광의 일부가 프레넬반사(Fresnel reflecter)와 레일레이산란(Rayleigh scattering)에 의해 입사단측으로 되돌아오는 현상을 이용하여 광섬유의 손실특성을 평가하는 방법이다.

가. 후방산란광의 측정

(1) 광섬유의 손실 단차 거리가 L[㎞]만큼 떨어져 있는 피측정 광섬유의 손실은 단위길이당 손실 αb는 다음과 같이 정의된다.

5 PBin

αb[㏈/㎞] = ---- log ------ [식5]

L PBout

 

여기서, αb ; 단위 길이당 광섬유의 손실[㏈/㎞]

PBin ; 입사단 측의 임의지점에서 후방산란된 광[㏈]

PBout ; 출사단 측의 임의지점에서 후방산란된 광[㏈]

 

(2) 광섬유의 손실 단차가 있는 지점의 편방향 접속손실 Ls는 다음과 같이 정의된다.

PBin

Ls[㏈] = 5 log ------ [식6]

PBout

 

여기서, PBin ; 접속지점의 입사단 측에서 후방산란된 광[㏈]

PBout ; 접속지점의 출사단 측에서 후방산란된 광[㏈]

< Pig3. 후방산란법에 의한 광손실 측정계 >

 

나. OTDR에 의한 후방산란파형 측정

(1) OTDR (Optical Time Domain Reflectormeter)

(가) OTDR은 광섬유에 광을 입사하고, 광펄스의 반사광 및 산란광이 되돌아오는 형태를 시간영역에서 분석한다.

① 광섬유내에서 발생한 후방산란이나, 반사광은 입사점에서부터 측정하는 지점까지의 광섬유길이에 대한 시간차로 되돌아온다. 지연시간과 광섬유의 전파속도에서 후방산란이나 반사광이 발생한 위치까지의 광섬유의 길이를 구할 수 있다.

② 전파하는 광펄스의 광전력에 대하여 일정한 비율로 산란광의 광전력이 발생하기 때문에, 입사점에서의 후방산란된 광전력은 발생란 점까지의 광섬유 길이에 비례한다.

③ 후방산란광과 반사광의 지속시간을 횡축으로 하고, 광전력을 종축으로 하여, 후방산란광의 기울기에서 광손실을 구할 수 있다.

(나) OTDR에 의한 후방산란파형의 측정으로 광섬유의 접속손실 및 두점간의 상대손실, 광섬유 파단점의 위치 및 거리 측정이 가능하다.

(다) OTDR에 의해 관측된 후방산란 파형에 대한 설명은 다음과 같다.

① 횡축(橫軸)은 광펄스의 전반시간이고, 광섬유의 거리에 대응한다.

② 종축(縱軸)은 OTDR의 수광기에서 검출된 반사광을 디지털로 표시한 것이다.

③ A지점은 광섬유의 입사단 근처에서 광원으로부터의 누설광이나 입사단의 프레넬반사에 의한 광펄스의 파형이다.

④ B지점에서는 레일레이후 방산란광이 검출되고 광섬유의 직사각형 방향의 특성이 균일한 경우, 그것은 전반시간에 대하여 직선적으로 감소한다. 이 기울기가 광손실에 대응한다.

< Pig.4 OTDR에 의해 관측된 광섬유의 후방산란파형 >

 

⑤ C점과 같이 융착접속점에서는 비반사에 의한 펄스파형이 관측되는데, 접속점 이후에서 레일레리후방산란광에 단차가 생기고, 이것이 접속손실에 대응한다.

⑥ D지점은 커넥터나 기계적인 접속에서 광섬유측에 수직인 경계면이 코어 내부에 존재하는 경우에 반사펄스가 나타난다.

⑦ E지점에서는 출사단의 큰 반사파형은 광섬유 경계면에 있어서 코어와 공기의 프레넬반사이다.

⑧ F,G지점은 외적인 영향으로 광섬유가 벤딩이나 균열 등의 손상을 받았을 경우에 나타난다.

 

(2) 측정준비

(가) OTDR을 이용한 손실측정계의 일반적인 구성은 [Pig.5]와 같다.

(나) 입사단에서 커넥터가 부착된 의사광섬유를 OTDR에 연결한다. 이때, 측정기의 커넥터와 의사광섬유에 부착된 커넥터는 동일한 것이어야 한다.

(다) 입사단의 피측정 광섬유심선과 OTDR 연결된 의사광섬유의 단면처리를 시행한다. 이때, 광섬유절단면은 깨끗하고 거울면을 이루어 광섬유의 축과 수직을 이루어야한다.

< Pig.5 OTDR에 의한 광섬유의 손실측정계 >

 

(라) 의사광섬유의 한쪽단을 피측정광섬유에 접속 또는 맞댐이음(Butt-joint)하여 OTDR상의 광전력이 최대가 되도록 입사단을 조절한다. 단, 측정환경에 따라 의사광섬유와 피측정 광섬유간의 접속은 커넥터로 접속할 수 있다.

 

4) 측정위치를 선정한다

(1) 측정지점은 OTDR의 검출기 수신감도에 의한 유효측정거리로 결정되는데, OTDR의 손실분해능력에 따라 유효측정거리가 다르며, 유효측정거리 계산은 다음과 같이 한다.

(가) 유효측정손실을 아래식에 의해 산출한다.

D = Dd - Mc - 5log (10χ/5 - 1) [식-7]

여기서, D ; 유효측정손실

Dd ; OTDR이 Oynamic range [dB]

Mc ; OTDR과 피측정광섬유와의 결합손실

(커넥터접속, 의사광섬유손실 포함) [dB]

X ; 손실분해능력

 

⒜ 최저접속손실 등 필요한 손실변화폭에 따라 손실분해능력을 결정한다.(0.01dB … 0.3dB 등)

⒝ 필요한 거리분해에 따른 측정 펄스폭을 선책한다.

⒞ OTDR의 측정 펄스폭에 해당하는 이득을 확인한다. 단, 측정펄스폭과 이득은 OTDR의 종류에 따라 다르다.

⒟ OTDR과 피측정 광섬유와의 결합손실을 산출한다.

⒠ [식 - 1]에 의해 유효측정손실을 산출한다.

 

(나) 유효측정손실 계산이 완료되면 아래식에 의해 유효측정거리를 산출한다.

D - nLS

L[㎞] = ---------- [식 - 8]

αb

 

여기서, LS ; 접속손실 기준치 [dB/개소]

n ; 접속점 수[개소]

αb ; 광섬유의 단위길이당 손실 [dB/㎞]

 

(2) 측정지점간의 최대거리가 유효측정거리를 넘지 않도록 측정지점을 선택한다.

측정기에는 프린터 혹은 컴퓨터를 이용하여 후방산란된 광섬유의 파형을 기록할 수 있는 기록계가 부착되어야 한다.

정밀한 해상도를 위해서 펄스폭의 조정이 가능해야 한다. 입사단에서의 프레넬반사를줄이기 위하여 편광판, 굴절을 맞춤액(Index Matching Liquid) 또는, 전기회로적인 처리를 사용할 수 있다.

후방산란광의 측정에서는 프레넬반사에 의해 입사단에서 수십-수백미터까지는 광섬유 파형이 측정되지 않기 때문에 측정자비와 피측정 광섬유간에는 의사광섬유를 사용하여야 한다.

 

(3) 측정절차

(가) 측정장비의 전원을 켜고 OTDR이 안정화 될 때까지 충분히 긴 시간동안 켜 놓은후, 화면을 초기화 한다.

(나) 피측정 광섬유의 조건에 맞추어 측정장비의 측정변수를 선택한다.

① 측정하고자 하는 파장

② 피측정 광섬유의 굴절율 및 측정거리

③ 해상도와 광전력의 감쇠 정도를 고려한 광펄스폭(이득포함 등)

(다) 광을 입사시켜, 광섬유의 후방산란 파형을 확인한다.

(라) 측정파형에는 잡음성분(산타잡음, 전치증폭기잡음 등)이 있기 때문에 평균화처리로 잡음을 감소시킨다.

(마) 평균화 처리된 후 후방산란파형에 대한 필요한 측정을 실시한다.

 

5) 측정내용을 확인한다.

(1) 접속손실 측정

(가) 접속지점(파형의 단차가 있는 지점)의 접속손실을 다음과 같이 측정한다.

< Pig.6 접속손실측정 >

(나) OTDR에 의한 접속손실의 단일방향측정이 완료되면, 다시 OTDR의 측정위치를 바꾸어 역방향으로 접속손실을 측정한다.

(다) 접속손실 산출은 다음과 같이 한다. OTDR에 의한 접속손실 측정에서는 접속점에서 단차(상향또는 하향)<주>가 발생하거나 단차가 없는 상태로 나타나기도 한다. 이 접속단차는 실제의 접속손실과 후방산란광의 레벨차가 합쳐져 있기 때문에, 접속손실 산출은 양방향에서 측정한 값의 평균산술값으로 대표한다.

 

[ 표 3 ] OTDR에 의한 접속점 파형의 접속손실 평가

<주> OTDR에 접속손실은 후방산란계수가 높은 쪽에서 측정하면 단차가 하향으로 나타나 정(+)의 손실이 되고, 후방산란계수가 낮은 쪽에서 측정하면 단차가 상향으로 나타나 부(-)의 손실이 된다.

 

(±Ls(a→b)) + ( ± Ls (b→a)) A+B

[BLs] --------------------------- = ----- [식-9]

2 2

 

여기서, [BLs] : 접속손실[dB](절대값)

Ls(a→b) : a점에서 b점으로 측정한 편방향 접속손실[dB]

Ls(b→a) : b점에서 a점으로 측정한 편방향 접속손실[dB]

± : + 정(正)손실, -부(負) 손실

< Pig.7 2점법에 의한 두 점간의 상대손실 측정 >

 

(라) 두점간의 상대손실 : 두점간의 거리에 따른 상대 손실레벨차로 단위길이당 손실로 측정한다.

(2) 광섬유 파단점 위치 및 거리측정

1) 피측정 광섬유의 프레넬반사지점 및 접속점, 파단점 등 원하는 지점의 거리를 측정한다.

2) 광섬유의 길이는 광케이블의 길이와 차이가 있기 때문에, 실제 광케이블이 거리는 OTDR에 의해 측정된 광섬유의 거리에 케이블의 연입률(撚入率, Extra length)을 고려 산출한다.

 

Lf

Lc = ------ [식-10]

(1 + X)

여기서 Lc : 실제 광케이블의 거리

Lf : OTDR에 의한 광섬유의 측정거리

X : 광케이블의 연입율(루즈튜브형 광케이블 경우 : 0.00985)

(라본형 광케이블의 경우 : 0.001)

 

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광케이블 측정법 - ②후방산란법(OTDR)