Зачем нужен микроскоп для проверки качества оптических разъёмов и как его выбрать?

В этой статье мы рассмотрим, зачем нужны микроскопы для проверки оптических разъёмов, какие они бывают, чем они отличаются друг от друга, а также какой микроскоп для оптических коннекторов лучше выбрать для работы с волоконно-оптическими сетями?

Линия волоконно-оптической связи, как и иной телекоммуникационный объект должна обеспечивать определенные качественные показатели передаваемой информации. Для этого используется система норм, на соответствие которым любая конкретно взятая линия проверяется перед началом эксплуатации и в ее процессе.

Наиболее важными характеристиками оптической среды передачи является величина затухания сигнала в оптическом линке, а также отражения на разъёмных соединителях. Повышенный уровень отражений на соединениях, а также увеличение их количества на сети доступа приводит к повышению возвратных потерь (ORL), что в свою очередь ведет к неприятным последствиям, описанным подробнее в статье «Насколько критично загрязнение оптических портов и коннекторов?». А именно:

• Повышению количества битовых ошибок в передаваемом сигнале (разноцветные квадратики на экране телевизора, уменьшение скорости передачи)
• Нагреванию, повышенному износу и выходу из строя SFP модулей
• Изменение выходной мощности передаваемого сигнала

Причины возникновения отражений в оптических коннекторах

Рассмотрим причины возникновения отражений на разъёмных соединителях оптоволокна.

Причина 1. Загрязненные оптические коннекторы

Рис. 1. Отражение от загрязненного соединения

Запачкать торец коннектора очень легко. Для этого достаточно прикоснуться к нему пальцем, или не с первого раза попасть в розетку.

Рис. 2. Фотография торца загрязненного и поврежденного коннектора (a – грязь; b – жир; c – царапина)

Причина 2. Неправильное сведение коннекторов в адаптере (розетке)

Рис 3. Неправильное сведение коннекторов в розетке

Оптическая розетка – это пассивный компонент со сквозным отверстием в центре и крепежными элементами для коннекторов с обоих сторон. Его функцией является точное сведение двух коннекторов таким образом, чтобы сердцевина оптического волокна одного коннектора совпадала с сердцевиной оптического волокна второго коннектора. Такое сведение выполняется за счет тонкой керамической трубки-адаптера с продольной прорезью (Рис. 3). Диаметр этой трубки точно соответствует диаметру ферулы коннектора, например, в случае FC, SC, ST коннекторов – это 2,5 мм.

В случае трещины или поломки этой трубки, или если она имеет неправильный диаметр из-за заводского брака, сердцевины коннекторов не будут совпадать друг с другом, и уровень отражения сигнала на соединении возрастет. Более подробно об этом читайте в статье «Качественные оптоволоконные соединения начинаются с наконечника (ферулы) коннектора»

Как решить проблему?

В зависимости от типа неполадки, пути ее устранения тоже разные. Наиболее распространенная причина повышенных отражений – загрязненность коннектора. В этом случае, конечно, рекомендуется провести качественную его чистку. Более того, согласно методике IBYC (Inspect Before You Connect) рекомендуется чистить коннектор перед каждой коммутацией. Технология и приспособления для чистки коннекторов описаны подробно в статьях и видео обзорах:

• Почему чистка оптических коннекторов – самая важная часть работы с оптоволокном?
• Особенности чистки оптических разъемов (коннекторов, портов)
• Оптические коннекторы: разновидности, обслуживание, монтаж

• Наглядное сравнение устройств для чистки оптических коннекторов типа "One Click"

Если в разъем попали абразивные частицы (например, песчинка), то при коммутации торцы ферулы поцарапаются. К сожалению, тут уже чисткой не поможешь. В этом случае необходимо заменить патчкорд, или заменить пигтейл с внутренней стороны ODF, или заменить и то, и другое, если поцарапаны оба коннектора.

А может быть проблема в оптической розетке и нужно заменить ее. Иногда также встречаются случаи, когда сердцевина оптического волокна (касается некачественных волокон), немного смещена от центра самого волокна, или волокно смещено от центра ферулы коннектора. В этом случае нужно тоже заменить патчкорд или пигтейл, в котором такое обнаружено. А иногда достаточно всего лишь до конца вставить (защелкнуть, закрутить – в зависимости от типа разъёма) один из коннекторов, в случае если он не до конца вставлен в розетку и ферулы коннекторов в розетке не соприкасаются друг с другом.

Как видите, проблема может быть где угодно, и найти ее методом «тыка» долго и проблематично. Особенно если пассивные элементы (патчкорды, пигтейлы, розетки) эксплуатируемые компанией не относятся к сегменту «самых дешевых», которые можно заменить и выбросить, основываясь только на предположении о их неисправности.

Для диагностики таких неполадок, определения и устранения их причин и нужны оптические микроскопы.

Как нужно инспектировать оптические соединители с помощью микроскопа?

Визуальная инспекция осуществляется в соответствии с положениями международного стандарта IEC 61300-3-35: 2015. Согласно данному нормативному документу предусмотрено три уровня выполнения соответствующих процедур:

• А – прямая оптическая микроскопия (англ. Direct View Optical Microscopy)
• В – видеомикроскопия с ручным анализом (англ. Video Microscopy Manual Analysis)
• С – видеомикроскопия с автоматическим анализом (англ. Automated Analysis Microscopy).

Стандартом предполагается разделение тестируемой области на отдельные вложенные друг в друга кольцевые зоны с четко очерченными границами.

Рис 4. Кольцевые зоны коннектора

Соответствующие им значения диаметров указаны в Таблице 1. Границы естественным образом «привязаны» к границам сердцевины, оболочки и клеевого канала керамического центрирующего наконечника разъема.

Исключение из этого правила составляет граница центральной или т.н. критической области, которая оказывается заметно шире. Это обусловлено тем, что значительная часть излучения в световоде, особенно одномодовом, распространяется в области, непосредственно примыкающей к сердцевине – см. рис. 4. Отсюда следует, что для разъемных соединителей важно также состояние областей, примыкающих к сердцевине. Тем более, что из-за статического электричества, скапливающегося на разъёме, грязь стремится переместиться к сердцевине оптического коннектора.

Таблица 1. Размеры отдельных зон тестируемой области одномодового разъема с обратными потерями RL не минее 45 дБ

Конструктивно все современные микроскопы можно разделить на две группы: ручные и электронные.

Рис. 5 Ручные и электронные микроскопы

У каждого из типов есть свои достоинства и недостатки. А из этого следуют и особенности их применения. Рассмотрим каждый из типов более подробно.

Ручные микроскопы для торцов оптических разъемов

Это простые устройства, которые увеличивают изображение посредством системы линз. Они позволяют оценить только качество коннекторов. Причем в стандартном исполнении ручные микроскопы поставляются с адаптером под диаметр ферулы 2,5 мм (FC, SC, ST коннекторы). Для некоторых из них также отдельно доступен адаптер для работы с коннекторами LC, диаметр ферулы которых в 2 раза меньше.

Для подсветки исследуемого торца коннектора используется светодиод, который питается от пары пальчиковых батареек. Данные микроскопы имеют ручную систему фокусировки. А вывод изображения производится в монокуляр. В связи с тем, что размер монокуляра у всех микроскопов подобного типа практически не отличается, основной характеристикой таких микроскопов является кратность увеличения. Наиболее распространенными являются ручные микроскопы с увеличением в 200 и 400 раз.

Преимущества ручных микроскопов:

• Низкая цена
• Небольшие габариты – удобство транспортировки

Недостатки ручных микроскопов:

• Повышенная опасность использования. В связи с тем, что изображение торца коннектора фокусируется прямо в глаз оператору, во избежание травм, не допускается исследование коннекторов, в которых может присутствовать оптический сигнал.
• Ограниченность функциональных возможностей. Можно просматривать только коннекторы. Порты кросса, а также порты приемо-передающего и измерительного оборудования ручные микроскопы исследовать не позволяют
• Невозможность зафиксировать изображение, сохранить и распечатать отчет

Электронные микроскопы для ВОЛС

Электронные микроскопы – это более сложное устройство, конструктивно состоящие из измерительного щупа и монитора. Некоторые микроскопы позволяют использовать в качестве монитора экран компьютера, другого измерительного прибора (например, рефлектометра) или даже смартфона.

Благодаря преобразованию изображения в цифровой вид у электронных микроскопов появляются дополнительные функции, делающие работу более быстрой и комфортной.

В связи с тем, что размеры экрана у каждого микроскопа разные, а размер увеличения изображения сильно зависит от размера экрана, то указанный параметр теряет смысл в данном случае. А что говорить про USB микроскопы, у которых вообще нет собственного экрана? Поэтому стандартом IEC 61300-3-35 введено понятие «поля обзора» (Field of View – FOV) микроскопа.

Преимущества электронных микроскопов:

• Универсальность – возможность проводить диагностику как коннекторов, так и розеток. Причем включая даже проверку коннекторов MPO, которую не в состоянии провести ручные микроскопы
• Безопасность – электронный микроскоп не способен причинить вред зрению оператора. В случае инспектирования коннектора, в котором присутствует оптический сигнал, на экране просто вместо черной сердцевины будет светлое пятно. Ни микроскоп, ни зрение оператора в этом случае не пострадает
• Автоматическая фокусировка изображения
• Автоцентрирование изображения на экране
• Автоматический анализ на соответствие коннектора стандарту IEC 61300-3-35
• Возможность сохранения изображения, формировать и распечатывать отчеты.
• Возможность совмещения их с другими измерительными приборами, для еще большего повышения удобства эксплуатации и транспортировки. Примеры: VIAVI I5000 – имеет возможность выводить изображение на экраны других измерительных приборов этого же производителя, на экран ПК и на экран смартфона. GVIS300C – имеет собственный монитор с вмонтированным источником красного света и измерителем оптической мощности. А также позволяет выводить изображение на экран ПК

Недостатки электронных микроскопов:

• Более высокая цена

Заключение

Рис. 6. Триада измерений физического уровня ВОЛС

Для современной волоконной оптике микроскоп - такое же полноправное измерительное и диагностическое средство как оптический рефлектометр и оптический тестер (измеритель оптических потерь).

Современный видеомикроскоп одинаково эффективен при тестировании как оптических коннекторов (рис 3), так и интерфейсных соединителей оптоэлектронных модулей.

Видеомикроскоп как полноценный программно-аппаратный комплекс может быть выполнен в виде самостоятельного устройства (иногда даже включающего в себя другие средства диагностики) или включаться в состав комплексной измерительной системы.

С учетом наличия хорошо проработанной нормативной базы и ясных численных критериев определения контролируемых областей и размеров дефектов основной режим работы микроскопа – автоматическая диагностика, исследования в ручном режиме осуществляются в немногочисленных случаях.

Инспектирование оптических коннекторов