OTDR - réflectomètre optique à balayage temporel

Travaux pratiques de télécommunication
2011/2012
TP n°1 Mesures sur des fibres optiques .
Utilisation d’un réflectomètre optique à balayage temporel.
Objectif : Savoir utiliser un réflectomètre optique . Connaître les principaux défauts pouvant
apparaître sur un système de transmission par fibre optique. Mettre en pratique et consolider ses
connaissances sur les fibres optiques.
Matériel :
- Un réflectomètre optique ANRITSU MW9076.
- Un tiroir optique comprenant plusieurs longueurs de fibres avec défauts.
- 4 arrivées d’un ensemble de fibres reliant les différents bâtiments du campus.
- Plusieurs jarretières SC-SC, SC-ST, ST-ST.
- Une bobine amorce.
- Un logiciel de traitement des mesures effectuées par MW9076.
Prérequis : Cours sur les différent types de fibres optiques (module T1)
Remarque : le sigle  devant certaines questions indique que celles ci doivent etres
impérativement traités dans le compte rendu de manipulation.
 Attention 1 : Ce matériel est fragile, une dégradation ou une mauvaise manipulation
même involontaire pénalisera tout le monde car nous ne sommes pas en mesure d’effectuer un
remplacement. Un réflectomètre optique est un appareil fort coûteux (  10.000€ ).
 Attention 2 : Ne JAMAIS regarder dans la source optique, ni dans un connecteur
optique alimenté. Ne JAMAIS viser intentionnellement une personne avec une fibre alimenté.
Le laser pourrait causer des blessures irrémédiables aux yeux.
I - Introduction à la réflectomètrie optique .
Dans le domaine des transmissions par fibre optique, la perte optique peut être calculée par deux
méthodes différentes :
- En injectant un signal à l’entrée de la fibre et en mesurant la puissance à la sortie (technique
des deux points)
- En utilisant un réflectomètre optique à balayage temporel (OTDR - Optical Time Domain
Réflectometer) pour mesurer la lumière réfléchie ( rétrodiffusée) depuis le long de la fibre
("backscattering method" - technique de la rétrodiffusion).
La technique des deux points est très précise, alors que la rétrodiffusion permet d'effectuer les
mesures à une extrémité seulement .
Un OTDR peut localiser et mesurer toutes les réflexions sur une liaison afin de rapidement
localiser un problème éventuel.
Les mesures de rétrodiffusion permettent de connaître:
 les longueurs de fibres,
 l'atténuation de la fibre, des épissures et des connecteurs.
 visualiser les variations d'atténuation le long d'une fibre.
Il est maintenant courant de mémoriser la réflexion comme la "signature de liaison" lors de
l'installation. La courbe peut être imprimée ou stockée sur un ordinateur pour ensuite être utilisée
pour vérifier la performance de la fibre soit périodiquement, soit en continuité en utilisant un
système d'alarme.
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Différents défauts de transmissions, ainsi que leur localisation, peuvent être relevés par un
OTDR :
- Les pertes (Loss) au niveau des connecteurs et des épissures (splice).
- La perte totale sur la longueur de la liaison.
- Les pertes par Km sur une fibre.
- La réflectance (Return Loss) au niveau des connecteurs et des épissures. (La réflectance (R)
est équivalente au Return Loss étudié en propagation, il s’agit de la différence (exprimée en
dB) entre la puissance réfléchie et la puissance incidente. ( R=10log(Preflechie/Pincident )
- La réflectance totale sur la longueur de la liaison.
A - Principe d’un réflectomètre :
Générateur
d’impulsions
Emetteur
Laser
Traitement du
signal, affichage
Photo-diode
Coupleur
directif
Signal réfléchi
Lien optique à
tester
B - Relevés caractéristique d’un OTDR
Puissance du signal réfléchi (dBm)
Pic de réflexion dû à une épissure, un connecteur (pic de Fresnel)
Perte de puissance dû à une épissure (non réflective), une soudure.
Pic de réflexion et forte perte : fin de la fibre
Niveau de bruit
Distance (Km)
Puissance du signal réfléchi (dBm)
Pertes du signal au passage de l’épissure
Perte totale
Distance (Km)
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II - Prise en main du réflectomètre mw9076. (=30mn)
A- Le menu de configuration de la mesure.
1- Avant toute mesures, il convient de configurer l’OTDR pour la mesure à réaliser.
On peut se déplacer dans le tableau de configuration en utilisant les touches  soit en utilisant
le bouton rotatif.
Lorsque le curseur est positionné sur le paramètre souhaité, on peut modifier sa valeur par le
biais du bouton rotatif ou de la touche <select> (SEL).
On pourra se reporter pour plus d’explications aux chapitre 3-1 et 3-2 de la notice d’utilisation .
2- Ecran de configuration N°1/3
C’est l’écran qui apparaît lors de la mise sous tension de l’appareil.
Système : OTDR , seul paramètre possible avec la version MW9076.
Canal : Choix de la fibre si plusieurs fibres connectées via un commutateur optique. ( dans notre
cas : Aucun).
Mode de mesures :
Mode entièrement automatique : Les valeurs de distance, de largeur d’impulsion,
d’atténuation, et de limite de moyennage sont fixées automatiquement par l’appareil après une
recherche automatique..
Mode automatique : Seul l’atténuation est fixée automatiquement, les autres paramètres
sont à renseigner par l’utilisateur.
Mode manuel : Tous les paramètres de configuration des mesures sont à renseigner par
l’utilisateur.
Evénement :
Un événement est une anomalie repéré par l’appareil sur le lien optique à tester (Pic de Fresnel,
variation brusque de l’atténuation…..)
L’appareil peut effectuer une recherche automatique des défauts le long de la fibre ou une
recherche à des endroit précis (fixe) placés auparavant par l’utilisateur.
Paramètres de mesure :
Longueur d’onde : 850nm ou 1300nm.
Portée : Sélectionne la portée de la mesure ( Auto ou entre 1Km et 400Km)
Si l’on sélectionne automatique, la portée est calculée par l’appareil, sinon, la portée doit
toujours être supérieure à la longueur du lien optique à mesurer.
Largeur d’impulsion ; Sélectionne la largeur de l’impulsion ( Auto ou de 10ns à 20000ns).
Si l’on sélectionne automatique, la largeur optimal est alors calculée par l’appareil, sinon, plus la
largeur de l’impulsion est petite, plus la mesure est précise. Cependant, la puissance étant faible,
une petite impulsion ne convient pas pour de grandes longueurs de fibres.
Atténuateur : Si l’on injecte une puissance relativement élevée en entrée de la fibre ( Impulsion
longue) il peut apparaître une saturation à l’extrémité de la trace. On règle alors l’atténuateur
pour éviter ce problème.
Indice de réfraction : (IOR=Indice Of Réfraction).
C’est l’indice avec lequel la lumière se réfléchie entre le cœur de la fibre et la gaine optique.
Pour les fibres multimodes généralement utilisées en TP, on donne :
Pour 850nm : 1,4776.
Pour 1300nm : 1,4719.
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Limite de moyennage :
Sauf en mode « préview », l’appareil effectue un certain nombres de mesures dont il va ensuite
faire la moyenne.
Pour le mode de moyennage automatique : le temps de moyennage ainsi que le nombre de
moyennage est configuré automatiquement.
En mode manuel, il faudra renseigner le nombre de mesures à effectuer ou un temps laissé à
l’appareil pour faire une série de mesures.
Valeur de limite moyenne : En mode manuel, fixe le nombre de moyennage ou le temps (1 à
9999 fois ou secondes ).
Niveau de rétrodiffusion : ajuste le niveau de puissance du signal rétrodiffusé ( de –9.99dB à
9.99dB).
Points d’échantillonnage :
Permet de choisir le nombre de points d’échantillonnage.
Ce paramètre associé à la portée choisie détermine la résolution de la mesure ( donc un certain
pourcentage d’erreur sur la mesure).
Voir le tableau dans la documentation, page 13.
3- Ecran de configuration N°2/3
Vérification de fibre active : Permet de vérifier la présence d’un autre signal sur la fibre.
Vérification de connexion : Permet de vérifier si la fibre est bien connectée à l’OTDR.
Diode laser visible : Possibilité de commuter le laser sur une source de lumière visible (LED
rouge, non présent sur cette version).
Seuil d’événement : L’OTDR va rechercher automatiquement les défauts sur la fibre.
Il les pointera comme des événements si leurs valeurs sont supérieur à des seuils fixés par
l’utilisateur :
Pertes d’épissures : choix du seuil de 0.01dB à 9.99dB.
Réflectance : choix du seuil de 20 à 60 dB.
Extrémité de la fibre : Le point ayant une perte plus importante que la valeur configurée à
ce niveau sera considéré en tant qu’extrémité de la fibre. ( valeur comprise entre 1 et 99dB).
Niveau d’alerte :
Permet de régler différents seuil au delà desquelles la mesure automatique notera que le niveau
d’alerte à été dépassé.
Le résultat de la mesure apparaît alors surligné à l’écran.
4- Ecran de configuration N°3/3.
Information sur la mesure effectuée (Titre, opérateur….).
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B- Première mesure : Longueur de la bobine amorce. (=30mn)
Toutes mesures de réflectomètrie optique nécessite la présence d’une certaine longueur
de fibre , si possible sans défauts, entre le lien à tester et le réflectomètre.
Cette longueur de fibre est appelée « bobine amorce ».
Ceci est dû au fait que l’appareil possède une « zone morte » en dessous de laquelle il est
aveugle (une dizaine de mètres).
réflectomètre
Lien optique à tester
Bobine amorce
Pour cette première manipulation, nous allons mesurer la longueur de la bobine amorce.
 Connecter la bobine amorce sur le réflectomètre. Attention, le connecteur est fragile et la
jonction doit etre parfaite. La fibre ne doit pas etre pliée, les rayons de courbures doivent rester
larges.
 Configurer le reflectomètre en mode 850nm, “tout automatique” échantillonnage normal.
 En utilisant le mode de prévisualisation (« preview ») déterminer la longueur de la fibre en
utilisant un marqueur ( en bas à droite de l’écran, en utilisant le bouton « sel » positionné sur
« marker ». le marqueur se déplace avec l’aide des flèches .)
 Vérifiez maintenant que les seuil d’evenement pour les mesures automatiques (ecran
configuration 2/3) sont réglés comme suit :
Pertes d’épissures : 0.01dB.
Réflectance : 20 dB
Extrémité de la fibre : 5 dB
 Revenir au menu de configuration et lancer une série mesure : bouton vert « START ».
(En mode « tout auto », une série de mesure est effectuée, la courbe résultante est la moyenne de
l’ensemble des mesures . On peut arrêter à tout moment la série de mesure en appuyant sur F5 :
« arrêt » . La moyenne est effectuée à partir des mesures réalisées.)
 Donner la longueur de la fibre, ces pertes (en dB/Km).
ATTENTION : Une mauvaise connexion de la fibre sur l’OTDR ou une puissance d’émission
trop importante peut entraîner un phénomène de trace « fantômes » (Ghosts waves ).
En effet, la réflexion des ondes réfléchies sur le connecteur de l’OTDR va générer d’autres ondes
« incidentes » faisant apparaître une trace « fantôme » à deux fois la distance de la trace réel (
cependant fortement atténuée par rapport à celle-ci).
Puissance du signal
Extrémité réel de la fibre
Si tel est le cas, il faut vérifier la
connexion de la fibre sur l’OTDR
ou diminuer la puissance
d’émission ou le nombre de
« moyennage ».
Trace fantôme
Distance
(Km)
 Sauvegarder cette trace sur une disquette ( documentation page 80).
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C- Mesure automatique complète d’un lien optique . (=1h )
Dans le tiroir optique noir (monté dans l’armoire 19’’) on a réalisé le système suivant :
Epissure rapide
F1
C1
Soudure (Fusion)
F2
F3
C3
F4
C5
C7
 Connecter le réflectomètre sur la borne C1 via la bobine amorce.
 Configuration de la mesure : On effectuera cette mesure en mode « manuel ».
 Longueur d’onde : 850nm
 Portée : 2,5 Km
 Largeur d’impulsion : 10ns ( étant donné que le signal va traverser plusieurs connecteurs, on
paramètre une petite impulsion afin d’éviter au maximum les traces fantômes ).
 les fibres sont multimodes on prendra un IOR=1,4776,
 Echantillonnage normal. Les seuils d’événements sont laissés par défaut. Aucun niveau
d’alerte à signaler.
 Moyennage : 20 mesures.
 Lancer une série mesure : bouton vert « START ».
  Visualiser la trace ainsi que chaques événements et remplir une partie des tableaux
suivant à partir du tableau des événements:
( A partir du tableau événements, on peut en sélectionnant le mode « zoom », obtenir les
distances et les pertes d’évènements à évènements, on pourra aussi se reporter aux pages 36 et
37 de la documentation pour plus de détails)
 Sauvegarder cette trace sur une disquette ( documentation page 80).
 Connecter
maintenant le réflectomètre sur la borne C7 via la bobine amorce, faire l’étude
des bobines F3 et F4. Compléter les tableaux suivant en commentant vos mesures.
Pour les fibres :
FIBRE
FIBRE F1
FIBRE F2
FIBRE F3
FIBRE F4
Pour les connecteurs :
CONNECTEUR
C1
C7
Pour les épissures :
EPISSURE
Epissure rapide
Fusion
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LONGUEUR
PERTES (dB/Km)
PERTE AU CONNECTEUR
(jarretière optique comprise )
REFLECTANCE
PERTE A L’EPISSURE
REFLECTANCE
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 Déduire des
mesures de reflectance précédentes le pourcentage de la puissance réfléchie par
rapport à la puissance incidente pour les connecteurs C1 et C7 ainsi qu’a l’épissure rapide
Réflectance en dB
% de puissance
réfléchie
C1
C7
Epissure rapide
D- Mesure manuelle des pertes aux connecteurs et épissures. (=15 mn)
Refaire manuellement les mesures des pertes dans les fibres F1 et F2 ( pertes dans les fibres et
perte à l’épissure rapide), en utilisant les marqueurs.
La méthode de mesure est expliquée en annexe à ce sujet de TP.
Sauvegarder la trace avec la position des marqueurs.
  Les mesures manuelles donnent-elle les mêmes résultats que les mesures automatiques ?
II -Comparaison d’un lien optique pour deux longueurs d’ondes. (=15 mn)
L’objectif est d’étudier le même lien optique que précédemment mais en changeant la
longueur d’onde.
 Dans le menu de configuration, sélectionner les deux longueur d’ondes( ALL) relancer la
mesure des fibres F1-F2 .
L’appareil effectue une mesure à 850nm puis à 1300nm.
  Sauvegarder les traces et conclure sur les différences observées ( Quelle est la longueur
d’onde donnant le moins de pertes dans les fibres ?)
III - Influence du rayon de courbure. (=15 mn)
L’objectif est d’étudier l’influence du rayon de courbure d’une fibre .
Nous allons comparer un lien « correcte » avec le même lien mais en pliant une fibre à un endroit
précis. ( par exemple au niveau d’un connecteur).
 Toujours en utilisant le même lien que précédemment, effectuer une mesures ( à 850 nm) et
sauvegarder cette trace.
 Appuyer sur le bouton « MENU » et choisir le sous-menu « application ».
Sélectionner alors le menu « comparaison de trace ».
 Sélectionner la courbe enregistrée précédemment et appuyer sur « rappel référence ».
Cette courbe sera utilisé comme référence pour la prochaine mesure. ( A la question posée sur
l’échantillonnage, répondre « non », la courbe de référence ne sera alors pas détruite).
 Lancer une mesure en pliant (sans forcer) la jarretière optique au niveau du connecteur C1.
  Sauvegarder les traces et conclure sur les différences observées au niveau de la pliure.
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(=30 mn)
Au dessus du tiroir optique noir se trouve un autre tiroir optique avec plusieurs
connecteurs SC.
Les connecteurs 1,2,3,4,5 et 6 de la salle C100 sont reliés à 6 fibres dont les extrémités ont été
soit couplées via des jarretières optiques soit brassées sur des fibres inutilisées du réseau de
campus, ceci formant trois boucles partant de la salle C100. (1-2, 3-4, 5-6)
IV - Mesures sur le câblage optique du campus.
Schéma du câblage :
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Boucle 1
2
3
Boucle 2
4
5
Boucle 3
6
Salle C100
Baie de brassage
Rez de chaussé du Bât. C
Baie de brassage
Haut du Bât. F
  faire d’abord un relevé de chacune des boucles : boucle (12), puis boucle (34), puis
boucle (56).
 Sauvegarder les traces .
 Relier les trois boucles en reliant les connecteurs 2 avec 3 ainsi que les connecteurs 4 avec 5.
  Faire un bilan optique complet et détaillé de la liaison ( longueurs, pertes, réflectance…..)
 Conclure sur la nature et l’importance des différents défauts relevés, y a t il des traces
fantômes ?
 Sauvegarder les traces .
V - Sauvegarde et traitement des courbes sur le logiciel mx907600a.
(=30 mn)
Sur un des PC de la salle, ouvrir le logiciel MX907600A.
Transférer les courbes enregistrées sur la disquette sur votre répertoire personnel.
Les ouvrir une par une et :
 Leur donner un titre.( parameters/title…)
 Entrer un commentaire pour chaques événement. (measurement/event comments).
 A partir d’une courbe,“naviguer” dans les différents menu afin de :
- retrouver les résultats précédement mesurés.
- Mettre en forme vos relevés pour votre compte rendu….
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NOTE CONCERNANT LES MESURES DE PERTES.
L’OTDR calcul automatiquement un certain nombre de paramètres pour chaques événements
qu’il détecte. Il place alors au mieux un certain nombre de marqueurs.
Ces paramètres peuvent être aussi mesuré en utilisant le mode manuel et en plaçant nous même
les marqueurs.
1) PERTES TOTALES ET REFLECTANCE TOTALE
La distance, les pertes totales, la réflectance
totale ainsi que les pertes par Km sont calculées
entre les marqueurs  et  que l’on positionnera
au début de la fibre et au pied du front montant
du pic de Fresnel indiquant l’extrémité de la
fibre .

*
2) PERTES, PERTES AUX EPISSURES ET REFLECTANCE
Les pertes à la connexion sont mesurées à partir
du marqueur  positionné au début de
l’événement et 4 marqueurs positionnés de
chaques cotés de l’événement.
Si l’on observe une réflexion de Fresnel, le
marqueur  doit être positionné au sommet du
pic permettant ainsi le calcul de la réflectance.
1
2
*
3

1
4
2
*
3
4
3) PRECISION DES CALCULS, METHODES LSA-2PA.
L’OTDR travail par échantillonnage et le signal mesuré est généralement bruité.
Les calculs de pertes et de réflectance sont effectués en traçant des lignes imaginaires entre les
différents marqueurs.
Deux méthodes d’approximation linéaire peuvent être employées :
- La méthode des moindres carrés (LSA= Least Square Approximation).
- La méthode points à points (2PA= Two Points Approximation).
Généralement, on utilise la méthode LSA pour les mesures sur des faibles distances (aux
épissures) et la méthode 2PA pour les mesures sur de grandes distances (pertes totales).
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