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Teste Round Robin de Fibra Óptica com Fluxo Fechado (EF)
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Visão geral
Este documento discute os resultados de 19 meses de testes round robin iniciados para verificar o estado atual do equipamento, projetados para medir o fluxo fechado (EF) da fibra óptica. Havia um certo ceticismo, devido ao lançamento muito restrito do EF, de que o equipamento de EF não teria precisão suficiente para fazer esta medição com um nível baixo de incerteza. Um teste semelhante foi realizado na IEC SC86B há vários anos, e os dados mostraram que alguns equipamentos lançamento modal apresentaram medições fora do modelo de EF. Não foi revelado se o equipamento foi devidamente calibrado para o teste. O objetivo do novo teste round robin foi medir a variabilidade do equipamento de medição de EF, de modo a proporcionar um nível de confiança para os técnicos fazendo estes tipos de medições.
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Introdução
O lançamento do fluxo fechado (EF) para fontes de fibra multimodo continua a ganhar momento em comitês de padrões, com fornecedores de equipamentos e usuários. O grupo de trabalho TR42.11 da TIA iniciou um exaustivo teste round robin, que atraiu muitos participantes interessados e muitos membros dos sub-comitês da IEC e da ISO.
O teste round robin foi iniciado para verificar o estado atual do equipamento destinado a medir o EF. Havia um certo ceticismo, devido ao lançamento muito restrito do EF, de que o equipamento de EF não teria precisão suficiente para fazer esta medição com um nível baixo de incerteza. Um teste semelhante foi realizado na IEC SC86B há vários anos, e os dados mostraram que alguns equipamentos lançamento modal apresentaram medições fora do modelo de EF. Não foi revelado se o equipamento foi devidamente calibrado para o teste. O objetivo do novo teste round robin foi medir a variabilidade do equipamento de medição de EF, de modo a proporcionar um nível de confiança para os técnicos fazendo estes tipos de medições.
O teste round robin foi realizado durante um período de 19 meses. As amostras do teste foram avaliadas por 14 participantes diferentes que representam empresas da América do Norte, Europa e Japão. Foram utilizados cinco tipos diferentes de equipamentos de medição do lançamento próximo à extremidade do cabo durante o estudo.
As amostras de teste utilizadas no round robin eram duas fontes de LED com dois comprimentos de onda. Estas amostras de teste não eram destinados a representar um lançamento calibrado compatível com EF por si só, já que o foco do round robin era medir a variação entre equipamentos de EF.
Protocolo de Teste
As fontes de LED utilizadas durante o teste eram unidades de produção contendo um "combinador" de dois comprimentos de onda de 850/1300 nm. Cada fonte de luz pode ser usadas com um cabo de teste de fibra ótica de 50 µm ou de 62,5 µm. Os cabos de teste de fibra tinham 1 metro de comprimento e foram permanentemente fixados ao anteparo da fonte. Os instrumentos, sendo um conjunto para 50 μm e outro para 62,5 μm, e o cabo de teste foram montados sobre uma plataforma. Apenas uma pequena seção do cabo de teste pôde ser manipulada durante as medições. Vários "air turns" fixados ao cabo de teste serviram como um filtro de modo ajustado. O filtro de modo foi "ajustado" para que 850 nm fosse definido como o alvo do modelo de EF. A resposta de 1300 nm permaneceu dentro do modelo de EF, mas apresentou um deslocamento de seu alvo. Isto pode acontecer nos casos em que o equipamento de EF tem um sistema de imagem separado para 850 nm e para 1300 nm.
Os participantes coletaram dados para os diferentes casos de EF: 850/1300 nm para cabeamento de 50 µm e 850/1300 nm para cabeamento de 62,5 µm. Para simplificar, e porque há maior interesse nos dados sobre o cabeamento de 50 µm, somente esses dados serão mostrados neste artigo. Exigiu-se que cada participante fizesse três medições, mas o valor médio foi utilizado durante a análise final.
Como controle, as fontes sempre foram devolvidas ao local original, denominado "bancada de teste de referência", onde eram verificadas novamente, suas baterias eram substituídas etc. Os dados foram coletados antes das fontes serem enviadas para os participantes, e então os participantes realizavam suas medições e devolviam as fontes. Havia uma bancada de testes de referência de EF na América do Norte e outra na Europa. As medições locais em cada uma dessas bancadas de referência foram utilizadas para estabelecer uma linha de base.
Objetivo
Os objetivos deste teste round-robin eram vários. Como afirmado anteriormente, a razão principal era avaliar as diferenças nos equipamentos de medição de EF. O segundo objetivo era observar anomalias de medição e valores atípicos, para tentar determinar a causa raiz. O terceiro objetivo era ganhar confiança nas medidas de EF, para que, quando os instrumentos de teste fossem utilizados em campo, os técnicos pudessem confiar nas medidas de atenuação da rede. O quarto objetivo era fornecer análise de incerteza sobre a média das medidas de todos os participantes, e atribuir uma incerteza de configuração para a medição.
Explicação dos dados
Para reduzir a ambiguidade e excluir a variabilidade da amostra do teste round-robin, os resultados do teste foram normalizados. Em outras palavras, o teste do participante é feito relativamente à linha de base do teste que é realizado antes do envio da amostra para o participante. O teste da linha de base foi usado para estabelecer um novo alvo com as magnitudes e limites do modelo de EF. Os limites de 100% e -100% representam a amplitude entre os limites inferior e superior de EF, e não os valores reais.
EFLΔ e EFUΔ representam as magnitudes relativas ao alvo de EF (agora substituídas pelo teste de linha de base) do modelo de EF. Teste da linha de base nr. 5 é o teste realizado antes do envio da amostra para o participante. Teste nr. 5 é o teste real do participante. E pós-teste nr. 5 é o teste realizado na amostra após ela ter sido devolvida pelo participante nr. 5. Neste exemplo, o participante nr. 5 permaneceu dentro do modelo de EF. Veja mais detalhes na figura 1.
Figura 1 - Resultado do teste comparando os testes antes e depois do teste da linha de base
Desvio de longo prazo
Logo no início do round-robin, foi observado um fenômeno de desvio com as amostras. Uma vez que o método de teste utilizava medidas normalizadas, o desvio não foi incluído nos dados porque teria distorcido os resultados. Testes independentes revelaram contração do revestimento de 3 mm utilizado no cabo de teste.
Esta contração foi reproduzida numa câmara de temperatura, em temperaturas elevadas durante várias semanas. A contração causou mais filtragem de modo do que a filtragem originalmente definida para as amostras do teste. A figura 2 mostra a mudança na resposta de EF durante um período de 9 meses. A amostra de teste original foi configurada como o alvo do EF no centro das duas linhas tracejadas. Para quem não está familiarizado com o modelo de EF, a figura 2 mostra somente o modelo a 20 µm e a 22 µm. Esta é a área que mais afeta as medições de perda feitas com equipamento de teste.
Figura 2 - Desvio de amostras durante um período de 9 meses
Resultados do teste a 850 nm 50 μm
Para não tornar este documento longo demais, nem todos os dados são apresentados. A figura 3 mostra a compilação de todos os dados para cabeamento de 850 nm e de 50 µm, já que esta é a área de maior interesse. Todos os testes de 14 foram combinados em um gráfico para mostrar o valor médio e, com base na distribuição dos resultados, uma faixa de desvio padrão. Um desvio padrão representa um fator de confiança de 75% de que todas as medições de EF encontram-se dentro do modelo.
Durante os testes round-robin, todos os participantes permaneceram dentro do modelo de EF. No entanto, a distribuição entre os participantes variou, portanto o desvio padrão aumentou.
Na figura 4, a média e dois desvios padrão são mostrados. Dois desvios padrão representam 95% de confiança de que os resultados do EF irão permanecer dentro dos limites dos desvios padrão. Observe que, no ponto de controle de 20 µm, a linha tracejada dos dois desvios padrão encontra-se um pouco fora do modelo de EF. Esta quantidade representa cerca de 1,8% de incerteza durante as medidas da atenuação do cabeamento.
Figura 3 - Média e um desvio-padrão dos testes
Figura 4 - Média e dois desvios-padrão dos testes
Resumo
Dois LEDs de fontes de luz foram testados por 14 participantes utilizando vários equipamentos capazes de medir EF. Todos os participantes completaram o teste pouco tempo depois do teste de linha de base inicial. Todos os testes foram normalizados usando-se a linha de base como zero. Um banco de teste de referência foi utilizado em dois locais distintos. Um desvio de resposta com EF baixo foi observado, e foi atribuído aos efeitos da temperatura sobre o revestimento de 3 mm. Todos os participantes ficaram dentro do modelo de EF. Os resultados de EF médio ficaram bem dentro dos limites de EF, mas a distribuição dos testes não foi bem agrupada, fato que contribuiu para os dois valores de sigma (desvio). Usando-se o valor de EF médio e um desvio-padrão (fator de confiança de 75%), todos os participantes ficaram dentro do modelo de EF. Para dois desvios padrão (95% de confiança), houve um adicional de 1,8% de incerteza em um ponto de controle (20 µm para 850 nm/50 μm).
Conclusão
As medições de EF podem ser feitas, na prática, com incerteza razoável. E, mesmo com duas faixas de desvio padrão e resultados ligeiramente fora do modelo, o EF é MUITO melhor do que o padrão anterior, como a Distribuição de Potência Modal (MPD). No entanto, deve-se considerar que a incerteza é altamente dependente de se atingir o EF no alvo do modelo. Isso é um forte argumento para concentrar-se em 850 nm com cabeamento de 50 µm. No entanto, neste momento, as normas de EF não diferenciam entre requisitos normativos e informativos para comprimentos de onda e tamanhos de fibra.
A distribuição dos resultados de EF pode estar relacionada a diferenças de calibração, habilidade do usuário, tipos diferentes de equipamentos, não cumprimento da IEC 61280-1-4, e a outros fatores. A melhora da incerteza sistemática através de melhor calibração e verificação irá melhorar o desvio padrão (reduzir a distribuição). Neste momento, o equipamento de EF - mesmo calibrado com a utilização de instrumentos precisos - não depende de verificação de acordo com um laboratório nacional de normas e padrões.
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De autoria de Seymour Goldstein, Fluke Networks - Dezembro de 2012.
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