How to use OTDR calibration certificate

⚉ การใช้งานใบรายงานผลการสอบเทียบ OTDR

ลักษณะของใบรายงานผลการสอบเทียบที่ได้จากการส่งเครื่องมือมาสอบเทียบกับห้องปฏิบัติการของ nt นั้นท่านจะสามารถพบเจอลักษณะการรายงานผลตามตารางด้านล่าง นี้ ซึ่งจะขึ้นอยู่กับจำนวนหัวข้อที่ท่านได้กำหนดให้ห้องปฏิบัติการทำการสอบเทียบ มาตราฐานวิธีการและหัวข้อที่ใช้ในการสอบเทียบนั้นถูกกำหนดอยู่ใน IEC 61746-1 Edition 1.0 2009-12 (Calibration of optical time-domain reflectometers (OTDR) - Part1 : OTDR for single mode fibres) และตามคำแนะนำในการสอบเทียบของ NPL measurement good practice guide : Calibration and use of OTDR โดยหัวข้อสำคัญ ๆ ที่ทาง IEC กำหนดให้มีการสอบเทียบนั้นจะมีอยู่ 6 หัวข้อหลักดังนี้

1. Dynamic Range
2. Dead Zone : Event Dead Zone
3. Dead Zone : Attenuation Dead Zone
4. Distance Calibration หรือ Distance Accuracy
5. Loss Calibration (Loss and Attenuation Calibration)
6. Reflectance Calibration (Return Loss Calibration)

การเลือกหัวข้อที่จะทำการสอบเทียบนั้นอาจจะคำนึงถึงการทำงานในแต่ละงานเป็นสำคัญยกตัวอย่างหากท่านนำไปใช้งานในโครงข่ายเส้นใยแก้วนำแสง ท่านอาจจะให้ความสำคัญในทุก ๆ หัวข้อเพราะในโครงข่ายที่เราทำการวัดจะเจอกับการใช้งานในทุกเหตุการณ์ หรือหากนำไปใช้ในโรงงานผลิตสาย OFC อาจจะไม่ ต้องให้ความสำคัญด้าน Reflectance มากนักก็ได้ขึ้นอยู่กับการตัดสินใจของผู้ใช้งาน หรือจะทำการทดสอบในทุกหัวข้อเพื่อเป็นการตรวจสอบการทำการวัดค่า ของ OTDR ในทุก ๆ พื่นฐานการทำงานนั้นก็ทำได้เหมือนกัน

- Dynamic Range

คือค่าที่แสดงถึงความสามารถในการวัดได้ในระยะทางที่ไกลหรือใกล้ของ OTDR หากมีค่ามากแสดงว่า OTDR นั้นสามารถวัดได้ระยะทางไกลหากค่าน้อยก็แสดงว่าสามารถวัดได้ระยะทางใกล้ ๆ เท่านั้นโดย OTDR สามารถจำแนกได้ตามประเภทดังนี้คือ Ultra Long Haul OTDR สามารถทำงานได้ระยะทางมากกว่า 200 km ขึ้นไปโดยมีค่า Dynamic range เท่ากับหรือมากกว่า 50 dB อีกประเภทหนึ่งคือ Metro OTDR ซึ่งสามารถทำงานในระดับ Metro network ที่มีการทำงานในระยะทางต่ำกว่า 200 km ลงมาและมีความสามารถในการอ่านค่า Dead zone และ Distance ที่ แม่นยำระดับของ Dynamic range จะอยู่ที่ประมาณ 38 dB ถึง 45 dB รูปแบบสุดท้ายคือ Access OTDR ที่ใช้งานในระยะทางสั้น ๆ สำหรับโครงข่าย Access network โดยมี Dynamic range จะอยู่ที่ไม่ต่ำกว่า 32 dB มีขนาดเครื่องเล็กและเหมาะสมสำหรับใช้ในการซ่อมและทดสอบระบบในการให้บริการในฝั่ง Client

โดยใบรายงานผลจะมีการแสดงค่า Dynamic range (SNR=1) ที่วัดได้ซึ่งท่านสามารถนำค่านี้ไปเปรียบเทียบกับข้อมูลในข้อมูลทางเทคนิค (Specification) จากทางผู้ผลิตได้ พร้อมทั้งรายงานค่า Uncertainty of Measurement หรือค่าความไม่แน่นอนจากการวัด

dynamic range of OTDR — How "Dynamic Range" is Important Characteristics of an OTDR by www.technopediasite.com

- Dead Zone

ความหมายของ Dead zone นั้นถ้ายกตัวอย่างให้ง่ายขึ้นในการทำความเข้าใจก็เปรียบเสมือนค่าของ Rise time/Fall time ในสัญญาณไฟฟ้า เป็นค่าที่บ่งบอกถึงระยะห่างระหว่างกันที่ สั้นที่สุดในการแสดงและจำแนก Reflective event 2 เหตุการณ์ที่ OTDR สามารถตรวจวัดได้สมมติค่า Dead zone ของ OTDR เท่ากับ 3 เมตร นั้นหมายความว่าเครื่องนี้สามารถจำแนก เหตุการณ์ที่อยู๋ใกล้ชิดติดกันในระยะห่างกัน 3 เมตรนั้นเองหากเหตุการณ์ทั้งสองอยู่ห่างกันน้อยกว่า 3 เมตร OTDR จะแยกแยะเหตุการณ์ทั้ง 2 ได้อย่างชัดเจนนั้นจะทำได้ยาก ลักษณะ การวัดของค่า Dead zone สามาถแบ่งออกได้เป็น Event dead zone และ Attenuation Dead zone ทั้งสองอย่างนี้บ่งบอกถึงระยะที่เครื่องมือวัดจะจำแนกเหตุการณ์ได้อย่างชัดเจน เช่นกันแต่ก็มีรายละเอียดในการวัดและคำนวนที่แตกต่างกันเล็กน้อย ในที่นี้จะไม่ขอลงรายละเอียด

attenuation dead zone — OTDR Dead Zone Explained: How to Eliminate Its Effect? by FS Community

- Distance Accuracy

หน้าที่หลัก ๆ ของ OTDR นั้นก็คือการวัดระยะทางดังนั้นการแสดงค่าระยะทางที่วัดได้อย่างเที่ยงตรงและแม่นยำนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญ ลองนึกภาพหากเรานำ OTDR ที่มีค่าความผิดพลาด ในการวัดระยะทางไปใช้งานจะเกิดความยุ่งยากและเสียหายแค่ไหนในการไปตรวจซ่อมโครงข่ายไฟเบอร์ออฟติก กระบวนการวัดและการคำนวนในการหา Distance Accuracy นั้นเป็นเรื่องที่ ยุ่งยากและมีความซับซ้อนเราจึงไม่อาจจะอธิบายในที่นี้ได้ หากท่านต้องการศึกษาเพิ่มเติมสามารถศึกษาได้จากเอกสารของ IEC และ Guide line ของ NPL ในใบรายงานผลการสอบเทียบ ในหัวข้อนี้ทางห้องปฏิบัติการจะรายงานค่าหลัก ๆ 3 อย่าง และมีสูตรความสัมพันธ์ ดังนี้

ΔL = L_otdr - L_ref = ΔL₀ + (ΔS_L x L_ref) + f(L_ref)

หรือก็คือ Location deviation = Location offset + (Distance scale deviation x L_ref) + Distance sampling error

1. Location offset error (ΔL₀)
2. Distance scale deviation (ΔS_L)
3. Location readout uncertainty (U_Lreadout)

dist_scale_error — Credit: NPL measurement good practice guide : Calibration and use of OTDR

โดยค่า Location readout uncertainty (U_Lreadout) นั้นคือการรวมกันของ Distance sampling error และ Uncertainty Type A ของการวัดที่อยู่ในรูปแบบของค่าเบี่ยงเบนมาตราฐาน ค่าที่ได้จากการสอบเทียบเมื่อต้องการนำมาใช้งานเพื่อหาระยะทางที่ผิดพลาดหรือ The error in location (ΔL) แล้วท่านจะหาได้อย่างไรสมมติให้ค่าที่วัดได้ที่รายงานผลในใบรายงานผลการสอบเทียบ

Distance Scale Accuracy
The Measurement were made with the following OTDR setting:
Pulse Width : 1 μs
Distance : 80 km
Reflective Index : 1.46
Average Time : 3 min
Sampling Resolution : 10 m
Data Point : 13977

Wavelength	Location offset error (ΔL₀)	Distance scale error (ΔS_L)	Location Readout Uncertainty
1310 nm	-4.00 m	-0.00020 m/m	2.33 m
Measurement Uncertainty	5.30 m	0.00019 m/m	-

นำค่าที่ได้มาคำนวนหากท่านเข้าไปดูในใบ Specification ของเครื่องมือนั้น ๆ ทางบริษัทผู้ผลิดจะแจ้งค่า ๆ นึงที่อาจจะเรียกว่า Accuracy หรือ Distance Accuracy แล้วแต่บริษัทผู้ผลิดลักษณะค่าที่รายงานนั้นจะมีลักษณะเป็นสมการ เมื่อท่านลองเปรียบเทียบกันสมการที่ยกมาให้ดูก่อนหน้านี้จะรู้สึกมีความคล้ายคลึงกัน ท่านก็สามารถ นำค่าที่ได้จากใบรายงานผลไปเทียบกันดูก็ได้จากค่าใน Specification ลักษณะค่าที่รายงานในสเปคจะมีค่าประมาณนี้

ΔL = ±1 m ±sampling resolution ± 1.10^-5 x distance ; (excluding group index uncertainty)

ลองแทนค่าที่ได้เข้าในสมการ สมมติต้องการหาความผิดพลาดที่ 50 km หรือ 50,000 m

ΔL = -4.00 m + 10 m + (-0.00020 m/m x 50,000 m)
∴ ΔL = -4.00 m

ดังนั้นเราจะทราบได้ว่าระยะทางที่ผิดพลาด ณ ระยะทาง 50 km คือ -4.00 m นั้นเอง

otdr_trace — Picture by National Telecom PLC., Optical Instruments Calibration Lab.

- Loss Accuracy

ค่าที่รายงานนั้นจะรายงานอยู่ในรูป Loss scale deviation หรือ ค่าเบี่ยงเบนที่เกินขึ้นใน Loss scale (แกน Attenuation หรือ แกน y) นั้นเองโดยมีสมการดังนี้

ΔS_A,i = (A_otdr,i - A_ref) / A_ref (unit: dB/dB)

หากท่านไปเปิดดูในใบ Specification ของผู้ผลิตนั้นท่านสามารถดูได้จากหัวข้อ Attenuation Measurement ในข้อ Linearity การรายงานยกตัวอย่างเช่น ±0.03 dB/dB ท่านก็สามารถนำค่าที่สอบเทียบได้ไปเปรียบเทียบกับค่าที่อยู่ใน Specification ได้ ดังนั้นก็สรุปได้ว่าค่าที่รายงานผลในหัวข้อ Loss Accuracy นั้นก็คืออัตราส่วนของ UUC กับ Ref นั้นเอง การใช้งานค่าที่ได้จากรายงานผลการสอบเทียบท่านสามารถนำค่า Loss ที่ท่านวัดได้จาก OTDR มาทำการคูณค่า Loss scale deviation ค่าที่ได้ถือเป็นค่า Loss ที่ได้ทำการแก้ไขให้ใกล้เคียง ค่าจริงแล้ว

loss_scale_deviation — Credit: NPL measurement good practice guide : Calibration and use of OTDR

- Reflectance Accuracy

การสอบเทียบ Reflectance Accuracy นั้นก็เพื่อประเมินค่า Reflectance deviation (ΔS_R) ระหว่างค่าที่วัดได้และค่าของ Reflectance ที่เราทราบค่า ตามความหมายของการสอบเทียบนั้นเอง โดยลักษณะของค่าที่วัดได้นั้นเกิดจากการคำนวนโดยสมการ

ΔS_R,j = R_otdr,j - R_ref (unit: dB)

โดย
ΔS_R,j คือ Reflectance deviation
R_otdr,j คือ ค่า Avg ของ Reflectance ที่อ่านได้จาก OTDR (UUC Reading)
R_ref คือ ค่า Reflectance ของ Standard ที่เราทราบค่า (Reference value)

หากท่านเปิดดูในใบ Specification ของผู้ผลิตนั้นท่านสามารถดูได้จากหัวข้อ Reflectance Measurement ในข้อ Reflectance accuracy ลักษณะการรายงานยกตัวอย่างเช่น ±2 dB ท่านก็สามารถนำค่าที่ได้จากใบรายงานผลไปเปรียบเทียบได้กับค่าในใบ Specification นั้นเอง