1- Introdução
Frequentemente é necessário executar procedimentos técnicos em redes de comunicação que utilizam a fibra óptica como meio guiado e avaliar suas características de operação em busca de algum tipo de falha ou deterioração do material. Para essa verificação é possível usar diferentes equipamentos e o OTDR (Optical Time Domain Reflectometer), ou Reflectômetro Óptico no Domínio do Tempo, é fundamental para testes precisos e detalhados. O OTDR é um instrumento optoeletrônico usado para caracterizar uma fibra óptica, sendo capaz de injetar pulsos de luz (geralmente laser) na fibra em teste e extrair, a partir da mesma extremidade da fibra, a luz retroespalhada ou refletida e apresentar os valores medidos através de uma interface gráfica. Entender como funciona e saber configurar corretamente o OTDR é condição fundamental para interpretar corretamente os resultados obtidos durante os testes e efetuar as ações de manutenção necessárias.
2- Funcionamento do OTDR
O OTDR agiliza e auxilia o trabalho das equipes de implantação, operação e manutenção de redes ópticas. Ele é usado para estimar o comprimento e atenuação total do link de fibra, incluindo a localização de pontos de falhas, rompimentos e perdas em emendas e conectores. O instrumento funciona procurando “eventos” na fibra óptica, detectando possíveis rompimentos, dobras, vazamento de luz, descoloração e degradação da fibra, além de estimar o comprimento da fibra e o comprimento de onda dos transmissores conectados. Isto faz desse instrumento uma ferramenta importante de controle de qualidade para quem instala ou executa a manutenção de redes com fibras ópticas. A Figura 1, apresenta o diagrama de blocos básico de um OTDR.
Basicamente, o OTDR proporciona uma curva atenuação versus comprimento do enlace óptico, tornando possível uma análise mais apurada do estado da rede. Importante notar que, para resultados mais precisos, os testes devem ocorrer em ambos os sentidos da fibra, conforme mostrado na Figura 2.
O funcionamento está baseado na emissão de um pulso de luz através do núcleo da fibra e a medição do sinal que retorna ao instrumento. A intensidade do pulso de retorno é medida e integrada como uma função do tempo e plotada em de acordo com o comprimento. Após a aquisição e processamento dos dados, o instrumento apresenta o resultado sob a forma gráfica, onde geralmente temos uma escala graduada em potência (dB) no eixo vertical e outra escala graduada para distância (normalmente em m ou km) no eixo horizontal.
Um OTDR pode apresentar diferentes tipos de interfaces e controles. Cursores são utilizados para destacar um ponto em especial da fibra, permitindo posicionar sobre a forma de onda e os eventos ampliados por meio de zoom digital. A Figura 3, apresenta um modelo de OTDR com suas interfaces.
3- Eventos na Fibra Óptica
Um evento na fibra óptica pode ser qualquer acontecimento que cause perdas ou reflexões fora dos padrões normais do próprio material que compõe a fibra. Isto se aplica a todos os tipos de conexões como também danos devidos a quebras, torções e fraturas na fibra.
Como mencionado, um OTDR exibe o resultado da medida desses eventos graficamente através de um display, onde o eixo vertical é o eixo de potência óptica (em dB) e o eixo horizontal é o eixo de distância em metros ou quilômetros, conforme exemplifica a Figura 4.
Cabe destacar que a zona morta do gráfico é definida como a distância entre o início da medição de um evento e o ponto onde um novo evento consecutivo pode ser detectado (falhas e emendas, por exemplo, são eventos). Podemos ter a zona morta de evento, que define a distância mínima a partir do ponto onde ocorre um evento até o ponto onde outro evento de mesma natureza pode ser detectado, mas não pode ter sua perda medida. Temos ainda a zona morta de atenuação, que define a distância mínima do ponto a partir do início de uma reflexão e o ponto onde o traço do retroespalhamento pode ser novamente detectado, podendo ser realizadas medidas para a verificação e localização dos eventos não reflexivos.
Considerando que a potência da luz que retorna ao OTDR (e que serve como referência para os cálculos de enlace) é baixa, o receptor do equipamento deve ter uma sensibilidade alta. Isso significa que reflexões com um nível mais elevado de potência (cerca de 1% da potência óptica enviada pelo transmissor), podem acarretar sobrecarga no receptor tornando uma medida imprecisa. O próprio conector utilizado no instrumento pode causar reflexões que também sobrecarregam o receptor. Nesses casos, é necessário um tempo (atraso) para recuperação do receptor e consequente indicação gráfica.
Apesar de o pulso óptico ser rápido e os circuitos eletrônicos do instrumento responderem rapidamente, o sinal recebido referente ao segmento de fibra mais próximo ao instrumento (zona morta) não é útil. Por essa razão recomenda-se a utilização de cordões supressores de pulso, também denominados de cordões de lançamento ou launch cables. Esses cordões de lançamento são fornecidos em uma bobina especial, com comprimentos que podem variar entre 500m e 1000m, em média, e utilizam conectores de teste padrão com baixo índice de reflexão. A Figura 5, apresenta um exemplo de bobina de lançamento.
4- Índice de Refração
Um OTDR calcula as distâncias dos eventos medindo o tempo que decorreu entre transmissão da luz e recepção da reflexão. A distância exibida e o tempo medido estão associados ao índice de refração usado para cálculo (às vezes chamado de índice de grupo), como exemplifica a Figura 6.
Isto significa dizer que, mudando-se o índice de refração ocorrerá mudança da distância registrada pelo instrumento. Por este motivo é importante conhecer e entender o índice de refração da fibra sob teste.
O índice de refração depende do material usado na fabricação da fibra e deve ser fornecido pelo fabricante. Um erro devido a este valor não ser conhecido com exatidão é normalmente maior que qualquer inexatidão por parte do instrumento.
Para determinar o Índice de Refração e a Distância, temos as seguintes relações:
O Índice de Refração é calculado baseado na relação da potência do pulso óptico (não na energia) produzida pelo transmissor óptico do OTDR para alcançar o fim da fibra e causar o efeito de retroespalhamento. Esta relação é expressa em dB e é inversamente proporcional à largura de pulso, porque a potência do pulso óptico é independente da largura do pulso.
O OTDR faz uso do fenômeno do espalhamento de Rayleigh gerando um pulso luminoso que é inserido na fibra óptica sob teste e, conforme este pulso percorre a fibra, ele é atenuado. Na Figura 7, em um determinado ponto “X” na fibra, a luz provoca o espalhamento de Rayleigh das moléculas de vidro, com intensidade proporcional à luz existente nesse ponto
A largura de pulso, portanto, é um dos parâmetros fundamentais para resultados corretos de medida. A partir dela se determina o alcance da resolução que será muito importante para separar com clareza os eventos. Quanto mais curto o pulso, melhor a resolução e menor a zona morta (Figura 8). Contudo, pulsos curtos em gamas dinâmicas menores podem sofrer problemas de ruídos que dificultam a leitura e quantificação pelo instrumento.
Para medir distâncias longas, onde é necessária uma alta gama dinâmica, o pulso deve ser longo (Figura 9). Pulsos mais longos, porém, quantificam a média da fibra sobre uma seção maior, o que significa mais baixa resolução e uma zona morta maior.
Figura 9 – Pulsos longos para maior alcance dinâmico
Na maioria das vezes é aconselhável a escolha de uma largura de pulso curta para medição de perda em conectores mais próximos ao instrumento, enquanto uma largura de pulso longa pode ser usada para localizar falhas em pontos distantes da fibra.
Dependendo do propósito específico da medida, pode-se optar por um meio termo entre uma alta resolução e alto ganho dinâmico. São valores típicos:
5ns; 10ns; 30ns; 100ns; 300ns; 1μs (extensões curtas)
100ns; 300ns; 1μs; 3μs; 10μs (extensões longas)
5- Principais aplicações
O OTDR permite a medição de diferentes parâmetros de um enlace óptico e os resultados são apresentados graficamente no display do instrumento. A tabela a seguir relaciona os principais parâmetros de medição e as suas aplicações.
| PARÂMETRO | APLICAÇÃO |
| Comprimento do Enlace (km) | Permite confirmar a metragem de cabos em bobinas. Também é possível, através da comparação com dados de projeto, localizar mais rapidamente pontos de rompimento na rede óptica. |
| Perdas (dB) | Permite avaliar a qualidade dos pontos de emendas e conectores segundo os limites definidos em projeto. Também permite identificar outras perdas para determinar se o sinal óptico recebido será suficiente para o correto funcionamento do sistema. |
| Atenuação (dB/km) | Permite avaliar as condições intrínsecas da fibra óptica quanto aos padrões de fabricação e de qualidade exigidos pelos órgãos reguladores como a ANATEL no Brasil. |
| Perda de Retorno (dB) | Permite avaliar a qualidade dos conectores ópticos utilizados, confirmando se as reflexões geradas pelos mesmos estão de acordo com as especificações de fábrica e se os valores medidos poderão causar alguma instabilidade ao sistema óptico. |
6- Cuidados na Operação
Importante destacar que cuidados especiais devem ser tomados com respeito a operação das diferentes fontes de luz usadas nos equipamentos ópticos, em especial os OTDR’s. Os comprimentos de onda de luz estão no espectro do infravermelho e são invisíveis ao olho humano e esse tipo de radiação luminosa é extremamente perigoso. De acordo com o Laser Safety Program, da universidade australiana Charles Sturt University, o que distingue a radiação laser dos outros tipos conhecidos de radiação é a colimação (alinhamento) do seu feixe e um sistema biológico qualquer poderá sofrer danos se for capaz de absorver tal radiação.
A absorção ocorre ao nível atômico ou molecular e o comprimento de onda do feixe irradiado determinará qual tecido o feixe luminoso poderá danificar. Pesquisas confirmam que os olhos são muito mais vulneráveis à radiação laser que outras áreas e os piores casos de exposição ocorrem quando os olhos focalizam diretamente o feixe de radiação a uma certa distância, ou, quando o feixe focalizado é refletido por uma superfície espelhada. Assim, nunca se deve olhar diretamente para uma fonte laser ativa de qualquer instrumento. Dependendo da energia absorvida, o olho pode ser danificado temporariamente ou até mesmo de forma permanente.
Até o próximo artigo!
Autor: José Maurício – Sócio Diretor da Ratio Consultoria e professor universitário.
