大多数音视频行业的从业人员都设计并采用基于铜线的音视频系统,我们对这些产品的组件、流程已非常熟悉,并对实现功能齐全、零缺陷的产品的系统需求了如指掌。
但对于某些应用来说,光纤信号传输具有明显的优势。如果你有高质量的设备,并经过相应的培训,那么系统的成败就由基础架构所决定。
一套经过精心设计和安装的基础系统架构,能够帮助你避免很多问题,你的客户也会享受到光纤系统所带来的好处。

本文摘自Extron公司《AV System Design 2011》
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检验
在工程安装阶段进行测试可以节省时间,避免很多令人头痛的问题。理想的状态是,在安装前测试整条光缆的长度以保证信号传输的连续性;在光缆安装好之后,对相关的连接器进行测试;最后一步就是检验光缆。检验是确保光纤基础结构符合相关的安装性能和质量标准的一个正式过程。
对于光纤的检验,许多机构都列出了条例,最常用的是TIA/EIA-568-B标准。它包含了商用环境中的规划、安装以及检验结构化布线的整体信息,不论是铜线还是光纤都是如此。其中第三章就是关于光纤的基础架构。插入损耗是唯一会对光纤安装产生影响的性能参数。第一层测试要使用一个校准过的光源和功率计,这使我们可以相对精确地测定永久链接的插入损耗。系统中的插入损耗主要体现在两个方面,连接器的接口部分,以及由于光的吸收和散射所造成的光纤衰减。
安全第一
激光所发出的光肉眼看不见,但它却的的确确存在。光纤设备的主要波长在可见光谱之外。即便是使用可视故障定位仪(VFL),操作大约635纳米的光波,虽然看起来像是红光,但也不能直接用肉眼观看。这种设备大部分都是2类激光产品,会对眼睛造成损伤。千万不要直视光纤通路或是用激光照射别人的眼睛。不要把VFL对着有源设备或是显微镜发射。同时,如果你是和同事合作的话,确保你们之间沟通顺畅,以免误将他正在操作的光纤接到有源设备上。此外,应该确保不会把一台VFL接到一根另一端连接在有源设备的光纤上,否则将有可能会损坏设备。
测试工具
为了测试一条光纤链路的功率或是确定它的损耗值,你需要一些专门的仪器。把一台VFL接到光纤上,从另一端看有没有光发出来,这种测试是远远不够的。这只能够识别你所连接的光纤以及确认光纤是否通畅。请记住标示为“A”连接器所连接的光纤应该匹配远端标示为“B”的连接器。这符合TIA/EIA-568-B.1中对工作区和集中交互区连接的命名原则。
在测量永久连接的插入损耗时,有两款仪器可以用作一组功能测试设备。第一个是功率计,此设备校准用于测定特定光的波长,并用dB或mW值来表示光的强度。绝大多数功率计所能够涵盖的波长都很广,大约从850纳米到1,550纳米。这里我们主要着眼于850纳米的波长和多模光纤连接的测试。这里所遵从的原则在单模光纤链路的测试中也同样适用。第二个是一个校准的光源,有些光源只能用于单模或多模光纤,而有些设备,像Extron的光源能同时支持这两种模式。
在测试光纤的时候应该使用参考质量跳线,它们应该有2米长,与要测试的光纤线芯尺寸相同。根据测试设备以及所要测试的光纤的连接器类型,可能需要调整测试方法,并使用一根在两端连接不同类型连接器的混合参考线。
TIA和ISO标准里规定了当使用LED光源测试多模光纤时应该使用卷轴,卷轴可用来去除发射线的高次模光,以得到更加一致的测试结果。它应该安装在距离光源6英寸处,把光纤在上面平滑的绕5圈。根据发射线的直径大小,需要选择适当大小的卷轴。如果使用的是50/125微米光纤,护套直径为2毫米,那么应该选用23毫米直径的卷轴。如果参考发射线是3毫米,就要使用22毫米直径的卷轴。但在测试单模光纤时,就不需要使用卷轴了。
在测试永久安装的光纤链路时,需要测试所有的连接器、光纤、接头处以及适配器的插入损耗,而不仅仅是测量插接电缆。
准备、设置、测试
当你为永久链路损耗测试设置好功率计和光源之后,打开光源并让它保持稳定。这可能需要几分钟,特别是如果在寒冷的环境中,不稳定的光源将会导致测量错误。下一步是确定采用哪种方法把测试仪器和光纤链路连接起来可以根据我们下面所提供的方法选择采用一根、两根还是三根跳线。TIA要求采用一根跳线的方法,大多数设备厂商所提供的规格参数都是基于这种测试方法获得的。这三种方法都是可用的,但必须标明你所采用的方法以保证检测数据的准确性。在连接光纤之前,需要清洁所有的连接器。不管在什么时候对接任意两个光纤连接器,都要做到这一点,否则上面沾染的灰尘或其他污染物就会影响光的传输。定期用显微镜检查参考线的状况,查看是否有凹凸、裂缝或磨损也是一个很好的习惯。如果你采用的是两条跳线或三条跳线的测试方法,就需要使用高质量的耦合器。如果你用的是带铜制对准套管的塑料外壳耦合器,就会产生很差的线芯对准,而导致更高的插入损耗。建议采用陶瓷对准套管进行测试。
一根跳线的测试方法需要光源、功率计以及链路全部采用同一类型的光纤连接器。这是TIA基础测试所推荐的首选方法,得到的测量结果也更加准确。发射线绕过卷轴接到光源,然后再连接到功率计上。随后你可以在功率计上建立0dB参考点(参见图1)。一旦建立好以后,断开光纤与功率计的连接,但不要断开发射线与光源的连接;否则会导致参考点失效,造成测量误差。现在你已经建立了参考值,将光源连接到要测试的链路上,把功率计接到被测链路的另一端(参见图2)。一根跳线的方法也有助于验证参考跳线的质量或对接插电缆进行故障诊断。相对来说功率计的探测面积比较大,所以由于使用劣质连接器所产生的损耗就很难测出来。因此通过改变光纤连接的方向,就可以识别出哪个连接器有问题。如果有问题的连接器接在光源上,功率计所测得的损耗会高很多。如果参考光纤的损耗大于0.5dB,就应该清洁连接器并重新测试。如果还是高于0.5dB,你就要改用损耗值在可接受范围内的更高质量的光纤。
图1 单跳线测试图
图2 单跳线测试图[page]

两根跳线的测试方法在光纤基础结构的测试中具有更高的灵活性。因为在链路中多出了一个节点,所以插入损耗值会稍微高一些。在TIA标准中,这不是首选方法,但却是在现场操作时最简单的一种方法。它也允许采用不同类型的连接器来连接测试设备和光纤架构。设置光源的步骤与上文所述的一根跳线测试法相同。相对于直接把光源连接到功率计,应该用一个高质量的耦合器将这根发射线连接到另一根用于接收的高品质电缆上(参见图3)。然后再把这根接收线连接到功率计上。此时就可以设立0dB参考点。要测量永久链路,要断开耦合器端的发射线和接收线,并把它们连接到被测链路的两端(参见图4)。
三根跳线的测试方法与上文所述的两根跳线方法类似。发射线的配置是一样的。但不同于通过耦合器连接接收线的是,要将它连接至第三根线(参见图5)。这第三根线的另一端通过耦合器连接到功率计的接收线上,要确保此中间线的质量可靠。一旦确定好参考值,就可以用被测链路来取代这根中间线(参见图6)。这样能够测定相对插入损耗。这是由ISO/IEC 11801所提供的测试方法,也是测试结果变化最大的一种方法。这种方法的优点是可以测试不同类型的连接器,包括MTP或MT-RJ这样不能直接耦合的。
无论使用什么方法,都要评估测量结果。插入损耗必须小于设备需求的光预算。同时也还要考虑安全范围。如果在永久链路中没有安全范围或者余量的话,将来超出光预算的风险就会很大。当光纤损坏,在修理过程中必须使用接头的时候,这种情况也会发生。典型的安全范围是高出设备光预算3dB。如果发现有些测量中光功率增大了,可能是两个问题:一是光纤连接器上的污染物,如果你在设置参考值时连接器端面上有灰尘、油污或其他小碎片,而在测试过程中可能会将其去掉,那么光功率就会显示出增大;另一个就是参考线的线芯不能准确对准,较差的线芯对准是我们推荐使用陶瓷耦合器的原因,它们的精确度比铜制对准套管更高。如果在设置参考值时没有对准,而在测试时对准的话,那么在链路中的光功率依然会增大。
要完成第一层光纤架构测试,需要记录测量结果。应该包括以下内容:
●测试日期;
●测试人员;
●测试仪器的详细资料,包括厂商、型号、序列号;
●光源的中心波长和光谱宽度;
●光纤类型;
●测试的方向和端点位置;
●永久链路的损耗值;
●计算的链路损耗预算。
现在链路损耗测量已经记录好了,可以与计算的链路损耗预算进行比较,这将决定永久链路是否达到设计时所预期的功能标准。