การสื่อสารข้อมูลในงานอุตสาหกรรม 
ตอนที่ 5 มารู้จักสายใยแก้วนำแสง (ตอนจบ)

พิชิต จินตโกศลวิทย์
pichitor@yahoo.com

การจัดเก็บสายใยแก้วนำแสงที่ถูกสไปล์ซและเข้าหัวสายให้มีความเรียบร้อยมีส่วนประกอบดังต่อไปนี้

จุดสไปล์ซโดยปกติจะอยู่ในตำแหน่งที่เรียกว่าสไปล์ซิ่งเซนเตอร์ (Splicing Center) สไปล์ซิ่งเทรย์ถูกออกแบบเพื่อเป็นสถานที่ที่สะดวกในการจัดเก็บป้องกันสายใยแก้วนำแสงรวมทั้งจุดสไปล์ซและยังการลดความเครียดเมื่อมีการขยับของจุดสไปล์ซ

สไปล์ซิ่งเทรย์สามารถถูกติดตั้งเป็นจุดจุดระหว่างช่วงแนวเดินสายใยแก้วนำแสง ที่ต้องถูกเชื่อมต่อเข้าหากันหรือเข้าหัวสายใยแก้วนำแสงและตำแหน่งแพทช์พาเนลที่ปลายของสายใยแก้วนำแสง สายเคเบิลขาเข้าหรืออินคัมมิ่ง (Incoming) จะถูกนำเข้าไปในสไปล์ซิ่งเซนเตอร์โดยที่ชีทหรือเปลือกหุ้มของสายใยนำแสงถูกปลอกออกเหลือแต่ใยแก้วนำแสงและถูกขดเป็นวงตามแนวเทรย์เข้าไปในตัวสไปล์ซิ่งโฮล์เดอร์ (Splicing Holder) สำหรับยึดใยแก้ว ชนิดการสไปล์ซิ่งที่แตกต่างจะใช้ชนิดของโฮล์เดอร์ที่แตกต่างกัน สายใยแก้วนำแสงจะถูกสไปล์ซเข้ากับสายใยแก้วนำแสงขาออก (Ongoing Cable) ที่ตัวสไปล์ซิ่งโฮล์เดอร์ 

รูปที่ 6 สไปล์ซิ่งเทรย์

ทางกายภาพ สายใยแก้วนำแสงถูกจัดเก็บไว้ในเทรย์เพื่อลดแรงดึงสาย โดยปกติสายใยแก้วนำแสงจะเข้าไปในเทรย์ด้านหนึ่งด้านใดเพื่อความสะดวกในการเคลื่อนย้ายตู้เทรย์ สายใยแก้วนำแสงจะถูกขดเก็บไว้ตามเทรย์เพื่อสำรองความยาวสายในกรณีที่ต้องการความเปลี่ยนแปลงตำแหน่งในอนาคต และยังช่วยลดแรงดึงที่จุดที่ทำการสไปล์ซสาย แต่ละจุดต่อสไปล์ซจะถูกหุ้มด้วยตัวสไปล์ซโปรเทคเตอร์ (ซึ่งเป็นท่อพลาสติก) หรือในท่อหด (Heat Shrink) ก่อนที่ถูกยึดติดกับตัวโฮล์เดอร์ สไปล์ซิ่งเทรย์อาจจะมีแผ่นแพทช์ซึ่งมีไว้สำหรับการทำไขว้สาย หรือ การทดสอบลูปแบ็ค (Looped Back) สายสัญญาณ

สไปล์ซิ่งเทรย์ไม่ได้ถูกออกแบบเพื่อให้อยู่ในสภาพแวดล้อมเปิดดังนั้นมันต้องถูกเก็บภายในเอนโคลสเซอร์ ชนิดเอนโคลสเซอร์ที่ถูกใช้จะขึ้นอยู่กับชนิดระบบงานดังต่อไปนี้ 

จุดสไปล์ซระหว่างกลางสายสัญญาณถูกเชื่อมต่อเพื่อให้สายสัญญาณยาวตลอดทั้งเส้นสามารถถูกฝังในดินโดยตรงด้วยการติดตั้งสไปล์ซเทรย์ในตัวเอนโคลสเซอร์ที่ถูกปิดผนึกอย่างดี โดยทั่วไปเอนโคลสเชอร์ถูกสร้างพลาสติกคุณภาพสูงหรืออลูมิเนียม ตัวคอนเทนเนอร์ (Container) จะถูกปิดผนึกอย่างสมบูรณ์จากความชื้นและยังมีสารดูดความชื้น (Desiccant Pack) เพื่อกำจัดความชื้นใด ๆ ที่อาจหลุดลอดเข้าไปด้านในได้ โดยทั่วไปจะมีรูปร่างเป็นท่อทรงกระบอกที่สามารถฝังโดยตรงดังรูปที่ 7 จำไว้ว่าโดยปกติแล้วสายใยแก้วนำแสงจะเข้าออกตัวเอนโคลสเซอร์ทางด้านใดด้านหนึ่งซึ่งเป็นด้านเดียวกันเท่านั้นเพื่อที่จะยกเอนโคลสเชอร์จากดินได้โดยง่ายกว่า

รูปที่ 7 สไปล์ซิ่งเอนโคลสเชอร์แบบฝังดินโดยตรง

เป็นจุดเชื่อมต่อจังค์ชั่น (Junction Point) ที่มีสายสัญญาณหลาย ๆ เส้นเข้ารวมตัวกัน สไปล์ซิ่งเทรย์จะถูกจัดเก็บไว้ช่องด้านในที่มีขนาดใหญ่กว่า (ประมาณ 500 mm x 500mm x 10 mm) พร้อมด้วยฝาบานพับ (Hinged Door) สำหรับการเปิดทำการบำรุงรักษาจากภายนอก โดยปกติตู้คาบิเนตต้องถูกปิดผนึกเพื่อป้องกันสภาพอากาศหรือสภาพแวดล้อมเลวร้าย ดังรูปที่ 8 แสดงสไปล์ซิ่งเทรย์ในเทอร์มิเนชั่นคาบิเนต

สไปล์ซเทรย์สามารถถูกติดตั้งในฝาข้างในของแพทช์พาเนลและดิสทริบิวชั่นเฟรมถูกใช้เพื่อเชื่อมต่อสายแพทซ์คอร์ดไปยังสายสัญญาณหลัก (Incoming Cable)

สามวิธีการหลักในการเชื่อมต่อสายอินคัมมิ่งเข้ากับแพทช์พาเนลหรือดิสทริบิวชั่นเฟรม อันดับแรกถ้าสายอินคัมมิ่งเป็นสายใยแก้วนำแสงที่มีรัศมีการงอที่มากกว่า (Bending Radius) จะเป็นการดีที่จะทำการสไปล์ซใยแก้วแต่ละคอร์เข้ากับแพทช์คอร์ดที่มีรัศมีการงอน้อยกว่า วิธีการนี้สามารถลดความเครียดของสายใยแก้วอินคัมมิ่ง แต่มันสามารถสร้างการสูญเสียขนาดเล็ก ๆ ได้ วิธีการนี้สามารถแทนที่ใยแก้วที่แตกง่ายของสายอินคัมมิ่งด้วยสายใยแก้วของแพทช์คอร์ดที่ยืดหยุ่นและแข็งแรงกว่า รูปที่ 8 แสดงรูปของแพทช์พาเนล

รูปที่ 8 เทอร์มิเนชันคาบิเนคที่มีสไปล์ซิ่งเทรย์

วิธีการที่สองคือการต่อใยแก้วนำแสงจากสายอินคัมมิ่งเข้าไปในตัวเบรกเอาต์ (Breakout) ตัวเบรกเอาท์จะทำการแยกใยแก้วนำแสงออกจากกันและยังสามารถการหุ้มใยแก้วนำแสงด้วยท่อพลาสติกเพื่อให้การป้องกันและความแข็งแรง โดยวิธีการนี้จะไม่มีการทำสไปล์ซิ่งดังนั้นมันจึงทำให้มีการสูญเสียต่ำดังแสดงในรูปที่ 10

รูปที่ 9 แพทช์พาเนลพร้อมตัวเบรกเอาท์

ถ้าสายอินคัมมิ่งเป็นแบบสายใยแก้วแบบบัฟเฟอร์หนาแน่นที่ยืดหยุ่นและแข็งแรงจะสามารถนำไปต่อด้านหน้าของแพทช์พาเนลได้โดยตรง ดังตัวอย่างการทำเทอร์มิเนชั่นโดยตรง รูปที่ 10

รูปที่ 10 การทำเทอร์มิเนชั่นโดยตรงในแพทช์พาเนล

ปัญหาที่เกิดในสายใยแก้วนำแสงสามารถเกิดขึ้นได้จากขั้นตอนการติดตั้งที่ไม่เหมาะสมโดยปกติจะเกิดจากการตึงของสายหรือการงอของสายใยแก้วนำแสงมากเกินไป วิธีการทดสอบพื้นฐานสำหรับทดสอบสายใยแก้วนำแสงและการหาตำแหน่งผิดปกติบนระบบที่ใช้สายใยแก้วนำแสงมีดังต่อไปนี้

1. สังเกตุตัวบ่งบอกสถานะ และ ตรวจสอบว่ามีสัญญาณที่ถูกส่งและรับที่เทอร์มินอลหรือไม่
2. ตรวจสอบว่าสายใยแก้วนำแสงทำงานถูกต้องหรือไม่ โดยการทดสอบความต่อเนื่องของสายแบบง่าย ๆ เช่น ใช้ไฟฉาย หรือ ใช้เครื่องมือทดสอบเฉพาะ.

3. เมื่อพบใยแก้วนำแสงที่มีปัญหาให้ทำความสะอาดใยแก้วนำแสงรวมทั้งตัวคอนเน็คเตอร์และทำการทดสอบซ้ำอีกครั้ง
4. ถ้ายังใช้การไม่ได้ให้ทำการสลับสายไปใช้สายสแปร์ (Spare) หรือสายสำรองโดยการจัดการสร้างพาท (path) ใหม่ทั้ง 2 ปลายของเส้นทางการสื่อสาร

5. ลงบันทึกว่าสายใยแก้วคอร์ไหนมีปัญหาเพื่อความสะดวกในการบำรุงรักษาในอนาคต
6. เมื่อจะทำการลิงค์ (Link) ใหม่แล้วพบว่าไม่มีสายใยแก้วสแปร์เพียงพอ ให้ทำการหาตำแหน่งที่ผิดปกติด้วยวิธีการ OTDR ถ้ามีสมเหตุสมผลเพียงพอ เช่น ราคาแพงเกินไปในการลากสายสัญญาณใหม่

7. ถ้าเป็นสายใยแก้วนำแสงที่มีระยะสั้น การเปลี่ยนสายใยแก้วนำแสงทั้งเส้นอาจจะเหมาะสมกว่าการหาตำแหน่งที่ผิดปกติและซ่อมแซม โดยเฉพาะในกรณีที่ท่อร้อยสายมีพื้นที่เพียงพอในการร้อยสายใยแก้วนำแสงใหม่

เป็นอุปกรณ์ที่มีตัวทรานสมิตเตอร์กำเนิดแสงยิงเข้าไปในสายใยแก้วนำแสง พร้อมด้วยตัวคอนเน็คเตอร์ที่เหมาะสมกับสายแต่ละประเภท ทรานมิตเตอร์จะส่งแสงสีแดง (650 nm) ซึ่งสามารถส่งแสงสีแดงที่เห็นได้เป็นระยะทางหลาย ๆ กิโลเมตร แสงสีแดงถูกใช้สำหรับการทดสอบความต่อเนื่องเพื่อหาตำแหน่งแตกร้าวในใยแก้วนำแสง หรือ ตำแหน่งที่สไปล์ซไม่ดีโดยสังเกตุแสงสีแดงอาจกำลังลีค (Leak) หรือรั่วออกจากใยแก้วนำแสง และยังสามารถตรวจสอบว่าคอร์ใดเป็นคอร์ใดที่ปลายของสายที่มีใยแก้วหลายหลายคอร์

ตัวกำเนิดแสงหรือออปติคอลซอร์สนั้นมีตัวทรานสมิตเตอร์ที่สอบเทียบแล้วจะทดสอบร่วมกับตัวออปติคอลพาวเวอร์มิเตอร์หรือมิเตอร์วัดพลังงานแสง (Optical Power Meter) สำหรับการทดสอบการสูญเสียของพลังงานแสงในสายใยแก้วนำแสง

ออปติคอลเพาเวอร์มิเตอร์นั้นมีตัวรีซีฟเวอร์ที่รับสัญญาณแสงและจะแสดงระดับของกำลังของแสงที่มันได้รับ ออปติคอลเพาเวอร์มิเตอร์ถูกใช้พร้อมกับตัวออปติคอลซอร์สสำหรับทดสอบการสูญเสียของสัญญาณแสง

OTDR จะส่งสัญญาณพัลส์ของแสงเข้าไปในสายใยแก้วนำแสง และทำการวัดและบันทึกพลังงานของแสงที่สะท้อนกลับมา การสะท้อนของสัญญาณอาจจะเกิดจากตัวคอนเน็คเตอร์ , การสไปล์ซ , การแตกร้าว , ความไม่บริสุทธิ์ของแก้วหรือการแตกหักของใยแก้วนำแสง ด้วยวิธีการวัดเวลาที่จากแสงที่สะท้อนกลับมาหลังจากยิงลำแสงเข้าไป หลังจากนั้นก็จะได้ค่าตัวชี้การสะท้อนของใยแก้วนำแสง (Reflective index) ซึ่งจะนำมาคำนวนหาระยะทางจากจุดสะท้อน

กฎการติดตั้งสายใยแก้วนำแสงนั้นควรถูกนำไปปฎิบัติเมื่อมีการติดตั้งสายใยแก้วนำแสงเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่ส่งผลกระทบต่อความเชื่อถือได้ในการใช้งานระยะยาว สายใยแก้วนำแสงสามารถแตกหักได้ทุก ๆ ส่วนถ้ามีแรงหักงอมากระทำภายใต้ความเครียดที่สูง

• สิ่งที่สำคัญในการพิจารณาเมื่อติดตั้งสายใยแก้วนำแสงนั้นคือความมั่นใจตลอดเวลาว่าการติดตั้งมีรัศมีการงอของสายสัญญาณไม่น้อยกว่าค่ารัศมีการงอต่ำสุดที่ผู้ผลิตระบุไว้

• หลีกเลี่ยงการเดินแบบโค้งหักมุมตลอดแนวการเดินสายซึ่งเป็นเรื่องที่สำคัญ โค้งหักมุมของเทรย์หรือท่อสามารถทำให้เกิดการงอทั้งแบบมาโครเบนด์ หรือ ไมโครเบนด์ (Macro bend หรือ Micro bend) ในสายใยแก้วนำแสง และสามารถนำไปสู่การแตกของสายใยแก้วนำแสง หรือ เพิ่มค่าอัตราลดทอนของสัญญาณในที่สุด

• มั่นใจว่าสายสัญญาณถูกวางราบ และไม่มีวัตถุหนักวางทับสายสัญญาณไม่ว่าจะเป็น ณ ปัจจุบัน หรือในอนาคต
• หลีกเลี่ยงการเกิดปมสายหรือการบิดของสายสัญญาณ วิธีการที่ดีที่สุดคือการดึงสายใยแก้วนำแสงออกจากรีล (Reel) โดยตรงเมื่อมีการใช้งาน และมีทีมงานที่คอยตัวสอบการเกิดปมหรือการบิดเกลียวของสายสัญญาณในขณะทำการลากสาย

• ผู้ผลิตสายใยแก้วนำแสงจะต้องระบุรัศมีการงอที่ต่ำที่สุดที่สามารถใช้กับสายใยแก้วนำแสงแล้วไม่ทำให้เกิดปัญหาในระยะยาวนั้นก็คือค่าลองเทอมเรเดียส (Long - term radius) ซึ่งมีความสำคัญที่ต้องใหญ่กว่ารัศมีที่ทำการติดตั้ง ถ้ารัศมีถูกติดตั้งมากกว่าที่ผู้ผลิตกำหนด จะเกิดมาโครเบนดิ้งในใยแก้วนำแสงซึ่งจะเพิ่มอัตราการลดทอนของสัญญาณได้

การบกพร่องที่ไม่จำเป็นไม่ใช้เฉพาะสร้างความเสียหายต่อใยแก้วนำแสง แต่ยังมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพของสายสัญญาณอีกด้วย ดังนั้นเมื่อสายสัญญาณถูกติดตั้งควรผ่อนแรงตึงของสายสัญญาณและทำให้แน่ใจว่ารัศมีการงอของสายสัญญาณไม่น้อยกว่ารัศมีลองเทอมเรเดียสทุกทุกจุดตลอดแนวสายสัญญาณ

เมื่อมีแรงตึงสายตามแนวยาวบนสายใยแก้วนำแสง มันสามารถทำให้เกิดความเสียหายเล็ก ๆ บนผิวของใยแก้ว ศักยภาพของจุดเล็ก ๆ นี้ สามารถทำให้เกิดการแตกเล็ก ๆ ได้หรือไมโครแคร์ค (Micro crack) ที่อาจจะทำให้ใยแก้วนำแสงขาดในเวลาต่อมาเมื่อมีแรงตึงเท่ากับหรือมากกว่าแรงตึงที่กำหนดจากผู้ผลิต

สายใยแก้วนำแสงนั้นมีความยืดหยุ่น (Elasticity) บ้างแต่ก็ไม่มาก มันสามารถยืดออกได้ภายใต้โหลดเบา ๆ ก่อนที่มันจะกลับสู่ความยาวเดิมเมื่อโหลดได้ถูกปลดออก ภายใต้โหลดที่หนักมากสายใยแก้วนำแสงจะยืดได้มากสุด ประมาณ 9% ก่อนที่มันจะขาด อย่างไรก็ตามข้อแนะนำในทางปฎิบัติควรป้องกันไม่ให้เกิดการยืดของสายให้มากกว่า 0.2 % เพื่อหลีกเลี่ยงการล่มเหลวของระบบสื่อสารที่อาจเกิดขึ้นได้

• ถึงแม้สายใยแก้วนำแสงสมัยใหม่โดยทั่วไปแล้วจะมีความแข็งแรงกว่าสายทองแดง แต่อย่างไรก็ตามความเสียหายที่เกิดจากสายที่ตึงเกินไปของสายใยแก้วนำแสงจะมีมากกว่าสายทองแดงมาก 

• ความตึงสายสูงสุดที่อนุญาตให้ติดตั้งจะถูกระบุโดยผู้ผลิต ความตึงของสายควรไม่เกินค่าที่กำหนดไม่ว่าเวลาใดก็ตาม แต่ถ้าไม่รู้ค่าความตึงสายสูงสุดวิธีการทั่วไปที่ถูกใช้บางครั้งก็คือความตึงสายสูงสุดระหว่างการติดตั้งจะมีค่าโดยประมาณน้ำหนักของตัวสายใยแก้วนำแสงเองในระยะประมาณ 1 กิโลเมตร

• เมื่อทำการดึงสายระหว่างการติดตั้งหลีกเลี่ยงการดึงแบบกระตุกแรงแรง แรงกระทำแบบทันทีทันใด สามารถทำให้ความตึงของสายเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สายสัญญาณควรถูกดึงอย่างนุ่มนวล

• เมื่อทำการดึงสายสัญญาณออกจากดรัมสาย (Drum) ขนาดใหญ่ ทำให้แน่ใจว่า ดรัมสายสามารถหมุนได้โดยง่ายโดยการดึงสายของแรงงานเพียงคนเดียว ถ้าสายสัญญาณถูกกระตุกจากดรัมก็สามารถเป็นสาเหตุทำให้ความตึงสายเกินได้

• เรื่องที่สำคัญมากคือการลดความเครียดของสายหลังจากได้ทำการติดตั้งเสร็จเป็นเรียบร้อยได้ สภาพของที่จัดเก็บสายที่เหลือจะช่วยทำให้แน่ใจสายใยแก้วนำแสงจะมีอายุการใช้งานยาวนาน แนะนำว่าความยาวสายที่เหลือควรถูกเก็บใจในกล่องจังค์ชั่น (Junction) ที่รับน้ำหนักได้อย่างสมบูรณ์เพื่อลดแรงเครียดของสายใยแก้วนำแสง

ด้วยขนาดของคอร์ใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดมีขนาดเพียง 9 ไมครอนวัดจากเส้นผ่านศูนย์กลาง จำนวนผงฝุ่นเล็กๆ จำนวนมากสามารถปิดบริเวณเนื้อที่ส่วนปลายของคอนเน็คเตอร์ได้โดยง่าย

ข้อมูลเพิ่มเติม ความเสียหายของคอนเน็คเตอร์สามารถเกิดขึ้นได้ถ้าผงจากภายนอกจับบริเวณพื้นผิวของเชื่อมต่อของคอนเน็คเตอร์ เป็นเรื่องที่สำคัญมากที่ต้องทำให้แน่ใจว่าการทำความสะอาดของคอนเน็คเตอร์ถูกทำอย่างดีโดยผู้ปฎิบัติงานที่มีการฝึกปฎิบัติมาอย่างถูกต้อง เช่นการติดตั้งฝาครอบกันฝุ่น และไม่อนุญาตวัตถุใดที่ไม่ได้ผ่านการตรวจสอบนำมาทำความสะอาดตัวคอนเน็คเตอร์และหัวสายใยแก้วนำแสง

• วิธีการทำความสะอาดที่ถูกต้องคือการถูหน้าสำผัสและเฟอร์รูลของหัวคอนเน็คเตอร์ด้วยไอโซโพรพิลแอลกฮอลล์ด้วยผ้าที่ไม่มีขุย ผ้าทำความสะอาดควรถูกจัดเก็บไว้ในกล่องอย่างดี

• วิธีการทำความสะอาดอีกวิธีหนึ่งคือการใช้ตลับเทปทำความสะอาด (Cassette) วิธีการนี้จะไช้ตัวทำความสะอาดหรือดรายเทป (Dry tape) ที่ใหม่เสมอทุกครั้งที่ใช้ทำความสะอาด

• คอนเน็คเตอร์แบบพิเศษ เช่น Volition หรือ MTRJ โดยวิธีที่เหมาะสมในการทำความสะอาดก็คือการใช้ก๊าซกระป๋องอัดทำความสะอาด
ตัวอะแด็ปเตอร์ในการเชื่อมต่อสายต้องถูกรักษาความสะอาดเช่นกันก่อนที่ทำการใส่หรือติดตัวกันฝุ่นทุกทุกพอร์ตของแพทช์พาเนล กระป๋องแก๊ซอัดเป็นวิธีหนึ่งที่เหมาะสม   

อีกวิธีหนึ่งคือการใช้แท่งทำความสะอาดที่ชุบด้วยไอโซโพรพิล แอลกอฮอล์ จำไว้ว่าแท่งทำความสะอาดส่วนใหญ่จะมีลวดโลหะอยู่แกนกลางและปลายลวดจะสามารถทำความเสียหายตัวคอนเน็คเตอร์ได้ถ้ามันถูกสอดเข้าไปในอะแด็ปเตอร์ที่ยังมีคอนเน็คเตอร์ต่ออีกด้าน

วีธีพื้นฐานที่สุดในการทดสอบสายใยแก้วนำแสงนั้นคือ การทดสอบความต่อเนื่องของสายสัญญาณ การทดสอบความต่อเนื่องจะตรวจสอบว่าสายใยแก้วนำแสงมีความต่อเนื่องในการนำพาแสงจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง ลำแสงจะถูกยิงจากตัวกำเนิดแสงจากปลายด้านหนึ่งของใยแก้วนำแสงและสามารถสังเกตุการออกของแสงที่ปลายอีกด้านหนึ่ง  

วิธีการทดสอบนี้สามารถทำได้โดยใช้ไฟฉาย (หรือตัวยิงเลเซอร์ที่ใช้ในการเสนองาน) ยิงหรือส่องเข้าไปปลายด้านหนึ่งและสังเกตุการออกของแสงที่ปลายอีกด้านหนึ่ง การทดสอบแบบนี้เหมาะสมเป็นอย่างสำหรับสายมัลติโหมดที่ขนาดคอร์ใยแก้วใหญ่ และระยะทางประมาณ 500 เมตร แต่ใช้งานไม่ค่อยดีนักสำหรับสายซิงเกิลโหมด หรือ สายที่มีระยะทางยาว เพราะคอร์ขนาดเล็กทำให้ลำแสงเข้าไปในคอร์ค่อนข้างยากลำบาก

มีอุปกรณ์ทดสอบเฉพาะที่สามารถถูกใช้ในการทดสอบความต่อเนื่องของสายสัญญาณ เป็นอุปกรณ์ทดสอบที่ตัวทรานสมิตเตอร์กำเนิดแสงที่เหมาะสมกับตัวคอนเน็คเตอร์ชนิดต่างๆและส่งแสงสีแดงที่สังเกตุได้ในช่วงความยาวคลื่น 650 nm วิธีการนี้สามารถส่งสัญญาณแสงบนระยะทางหลาย ๆ กิโลเมตร และ สามารถถูกใช้ในการทดสอบความต่อเนื่อง และหาจุดแตกหรือจุดสไปล์ซที่ไม่ดีโดยการสังเกตุแสงที่รั่วออกมาหรือการแยกแยะคอร์สายที่ปลายอีกด้านเมื่อสายเคเบิลหนึ่งเส้นมีคอร์ใยแก้วนำแสงหลาย ๆ คอร์

อีกอย่างมันสามารถใช้เพื่อแยกแยะสายใยแก้วนำแสงตามแนวเดินสายสัญญาณ (ที่ที่ต้องการในการตัดสายสัญญาณเพื่อขยายระบบ) ด้วยการงอสายใยแก้วนำแสงและดูแสงสีแดงที่รั่วออกจากการงอ ชนิดการทดสอบสายใยแก้วนำแสงนี้ มีข้อจำกัดตามระบบงาน เช่น ไม่สามารถหาตำแหน่งผิดปกติในสายใยแก้วนำแสงที่ถูกฝังดินรวมทั้งสายอากาศ

คำเตือนผู้ปฏิบัติงานไม่ควรมองไปที่กลุ่มของสายใยแก้วนำแสงที่ปลายด้ายหนึ่งของสายด้วยตาเปล่า เพราะถ้ามีใยแก้วนำแสงเส้นใดเส้นหนึ่งกำลังถูกต่อกับตัวยิงเลเซอร์ ลำแสงอินราเรด (Infrared) จากเลเซอร์ซึ่งไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าของมนุษย์แต่สามารถทำลายจอตาของมนุษย์ได้

วิธีการทดสอบที่มีคุณภาพที่ใช้กันมากที่สุดในระบบสายใยแก้วนำแสงตือการวัดค่าลดทอนตามระยะความยาวของสายใยแก้วนำแสง วิธีการนี้สามารถพิสูจน์ส่วนประกอบของสายใยแก้วนำแสงได้เป็นอย่างดี

การทดสอบความสูญเสียทำได้โดยใช้ตัวกำเนิดแสงและมิเตอร์วัดแสง ขั้นแรกมิเตอร์ที่จะใช้วัดแสงต้องถูกสอบเทียบ กับตัวกำเนิดแสงโดยการต่อเครื่องมือวัดเข้าด้วยสายใยแก้วนำแสงระยะสั้นประมาณ 2 เมตร โดยทั่วไปตัวกำเนิดแสงจะถูกตั้งค่าการส่งสัญญาณแสงที่ -10 dBm และมิเตอร์วัดแสงถูกปรับตั้งให้อ่านค่า -10dBm ได้อย่างถูกต้อง จุดสำคัญอีกสี่ขั้นตอนที่ต้องถูกตรวจสอบก่อนทำการทดสอบ    

ขั้นที่หนึ่งประเภทของสายใยแก้วนำแสงที่ถูกใช้สำหรับจุดประสงค์การสอบเทียบในสายใยแก้วเหมือนกันประเภทสายที่ต้องการทดสอบการสูญเสีย ขั้นที่สองมิเตอร์วัดแสงและตัวกำเนิดแสงต้องทำงานที่ความยาวคลื่นเดียวกัน 

ขั้นที่สามมิเตอร์วัดแสงและตัวกำเนิดแสงต้องใช้ชนิดของตัวกำเนิดแสงและตัวตรวจจับแสงชนิดเดียวกัน (LED หรือ เลเซอร์) ขั้นที่สี่เพื่อหลีกเลี่ยงการสอบเทียบที่ไม่ถูกต้องทำให้แน่ใจว่าคอนเน็คเตอร์ที่ใช้เป็นประเภทเดียวกันกับประเภทที่ถูกใช้ในการทดสอบ และใช้สำหรับการติดตั้งระบบด้วยเช่นกัน

เมื่อมิเตอร์วัดแสงได้ถูกสอบเทียบแสร็จเรียบร้อยแล้ว มิเตอร์วัดแสงและ ตัวกำเนิดแสงสามารถถูกนำไปใช้งานในภาคสนาม การต่อเชื่อมสายใยแก้วที่ถูกติดตั้งใช้งานแล้ว ระดับของสัญญาณที่ถูกอ่านที่มิเตอร์สามารถถูกใช้คำนวนการสูญเสียตลอดแนวสายสัญญาณที่ถูกทดสอบ การสูญเสียนี้จะรวมการสูญเสียที่เกิดจากสาเหตุของใยแก้วนำแสงเอง การสไปล์ซและตัวคอนเน็คเตอร์ ขั้นตอนการทดสอบจะแสดงในรูปที่ 11

ถ้าตัวกำเนิดแสงและมิเตอร์วัดแสงถูกสอบเทียบในหน่วยมิลลิวัตต์ สูตรที่ใช้ในการแปลงการสูญเสียในรูปของเดซิเบล (Decibel) จะเป็นดังต่อไปนี้

ค่าการลดทอน (dB) = -10 Log (Po/Pi)
โดยที่
Po คือกำลังแสงที่ออกจากใยแก้วนำแสง
Pi คือกำลังแสงที่เข้าไปในใยแก้วนำแสง

การคำนวนการสูญเสียของสัญญาณแสงโดยวิธีการลบค่า dBm ที่อ่านจากมิเตอร์วัดแสงจากค่ากำลังที่ถูกส่งเข้าไปทดสอบ ตัวอย่าง แสดงในรูป 11 แสดงการสูญเสียที่ค่า 9.3 dB

แนะนำว่าการวัดการสูญเสียควรทดสอบทั้ง 2 ทิศทางของใยแก้วนำแสงที่ติดตั้ง การวัดความสูญเสียแต่ละทิศทางค่าที่ได้จะมีความแตกต่างเนื่องจากบางครั้งคอนเน็คเตอร์หรือ จุดสไปล์ซนั้นมีความแตกต่างในด้านเข้าและด้านออกและขนาดคอร์จะมีความแตกต่างกันเล็กน้อย ตัวอย่างถ้าขนาดของคอร์ของจุดสไปล์ซมีขนาด 49.5 mm และ 50.5 mm คลื่นแสงจะเดินทางจากสายใยแก้วที่บางกว่าไปยังใยแก้วที่หนากว่า  

แสงทั้งหมดจะเข้าไปในสายใยแก้วที่หนากว่า สำหรับการเดินทางของแสงจะใยแก้วที่ใหญ่กว่าไปยังใยแก้วที่เล็กกว่า จะมีแสงบางส่วนสูญหายที่ขอบของการเชื่อมต่อของคอร์ใยแก้ว ความไม่เข้ากันของชนิดใยแก้ว สามารถทำให้มีความแตกต่างของการสูญเสียในแต่ละทิศทางถึงขนาด 0.2 dB ถ้ามีความแตกต่างในการสูญเสียในแต่ละทิศทางแล้ว การเลือกใยแก้วนำแสงในการรับหรือส่งสัญญาณก็สามารถถูกประเมินว่าจะใช้ทิศทางใดที่ให้ประสิทธิภาพมากที่สุด

รูปที่ 11 การวัดการสูญเสียของสัญญาณแสง

วิธีการเดียวในการวิเคราะห์ความสูญเสียตามเส้นทางของใยแก้วรวมทั้งหาตำแหน่งบกพร่อง นั้นคือการใช้ตัวออปติคอลไทม์โดเมนรีเฟลคโตมิเตอร์ (OTDR) การใช้เครื่องมือชนิดนี้สามารถวิเคราะห์หาตำแหน่งแตกร้าวของใยแก้วได้ OTDR จะส่งพัลส์สั้น ๆ ของแสงเข้าไปในใยแก้วนำแสงและวัดบันทึกพลังงานของแสงที่สะท้อนกลับมา

การสะท้อนของแสงอาจจะเกิดจากหลายสาเหตุ เช่น ที่ตัวคอนเน็คเตอร์ , การสไปล์ซ , การร้าว , และความไม่บริสุทธิ์ของใยแก้วนำแสง ด้วยการวัดเวลาที่ใช้ในการสะท้อนกลับของแสงและ วัดบันทึกพลังงานของแสงที่สะท้อนกลับของแสง ก็สามารถจะทราบค่าดัชนีการสะท้อนกลับของใยแก้วนำแสงและนำมาคำนวนหาตำแหน่งการสะท้อนกลับของแสง

ความไม่บริสุทธิ์ของแก้วจะเป็นสาเหตุการสะท้อนอย่างต่อเนื่องในระดับต่ำตลอดการเดินของแสงในใยแก้วนำแสง เนื่องจากเกิดการกระจายของแสงแบบ Rayleigh โดยปกติเรียกว่ากระจายแสงสะท้อนกลับแบบแบ็คสแก็ตเตอร์ (Back scatter) ความเข้มของสัญญาณแบ็คสแก็ตเตอร์จะถูกรับที่ตัวกำเนิดสัญญาณและค่อย ๆ ลดระดับตามพัลส์ที่ถูกลดจากแหล่งกำเนิด

ค่าเหล่านี้สามารถดูได้จอแสดงผลของ OTDR เสมือนว่ามีการดรอปของสัญญาณเข้าใกล้สมการเชิงเส้นในสัญญาณที่สะท้อนกลับมาและจะมีสโลปหรือความชัน (Slope) ของเส้นตามอัตราการลดทอนของสัญญาณในหน่วย (dB/km) รูปที่ 12 แสดงเคิร์ฟการสะท้อนของสัญญาณโดยทั่วไปของ OTDR ที่วัดค่าของแบ็คสแก็ตเตอร์

โดยทั่วไป OTDR จะไม่สามารถให้ค่าที่แม่นยำสำหรับการหาการสูญเสียที่ระยะ 15 เมตรแรกของสายสัญญาณเป็นเพราะว่าระยะความกว้างของพัลส์และระยะเวลาขาขึ้นจาก OTDR เปรียบเทียบแล้วจะมีขนาดใหญ่มาก เมื่อเปรียบเทียบกับเวลาที่ใช้สำหรับพัลส์ที่เดินทางกลับในระยะทางสั้น ๆ จากจุดที่สะท้อนภายในระยะทาง 15 เมตร 

โดยทั่วไปแล้วสายใยแก้วนำแสงที่สั้นน้อยกว่า 200 เมตร จะไม่ได้รับประโยชน์จากการทดสอบ OTDR ยกเว้นมันมีคอนเน็คเตอร์ และจุดสไปล์ซตามแนวเดินสายจำนวนหลายจุด

จากการอ้างอิงของการพล๊อต (Plot) ในรูปที่ 12 แกน Y จะแสดงค่าแอมพลิจูด (Amplitude) ของสัญญาณแสงที่สะท้อนกลับมาสู่แหล่งกำเนิดและแกน X แสดงเวลา ฐานเวลาจะถูกแปรผันตรงและแสดงในรูปของระยะทางโดย OTDR 

รูปที่ 12 ตัวอย่างผลของ OTDR

การขึ้นลงของค่าแบบทันทีทันใด ที่ปรากฎตามสโลปคือจุดที่มีการกระท้อนเกิดขึ้นและแสงได้สะท้อนกลับสู่แหล่งกำเนิดโดยมีความเข้มมากกว่าความเข้มของแบ็คสแก็ตเตอร์

การเรียงลำดับการสะท้อนตามขนาดแมกนีจูด (Magnitude)  จากมากไปน้อย ตามจุดในรูปที่ 12
จุดที่ 1. การสะท้อนจากปลายที่ได้เข้าหัวสายของสายใยแก้วนำแสง
จุดที่ 2. การสะท้อนจากตัวคอนเน็คเตอร์
จุดที่ 3. การสะท้อนจากการสไปล์ซ
จุดที่ 4. การสะท้อนจากการแตกร้าวของใยแก้ว
จุดที่ 5. การสะท้อนแบบแบ็คสแก็คเตอร์

หลังจากแต่ละการสะท้อน สโลปของเคิร์ฟการลดทอนจะลดลงหรือดรอป (Drop) อย่างทันทีทันใด การดรอปเป็นตัวแทนของการสูญเสียเนื่องจากตัวคอนเน็คเตอร์, การสไปล์ซ และการไม่สมบูรณ์ของใยแก้ว

จุดที่ 6 ที่แสดงในรูปที่ 12 และจุดสไปล์ซที่คอร์ของใยแก้วมีขนาดเท่ากันสำหรับการเดินทางในทิศทางจากแหล่งกำเนิด จุดสไปล์ซนี้จะไม่มีการสะท้อนมีเพียงแต่การสูญเสียของสัญญาณจากการสไปล์ซ ชนิดของการดรอปที่จุดที่ 6 ในเส้นเคิร์ฟการลดทอนอาจจะเกิดจากการหักงอในสายใยแก้วนำแสงที่แสงสามารถหนีออกจากใยแก้วนำแสงที่จุดหักงอและไม่มีการสะท้อนกลับ บางชนิดของการบกพร่องจะให้ผลลัพท์ในรูปแบบเดียวกัน

จุดที่ 7 ที่แสดงในรูป 12 แสดงระดับของสัญญาณรบกวนของเครื่องมือวัดเอง และมันคือค่าต่ำสุดที่สามารถตรวจจับได้ของสัญญาณรับที่อุปกรณ์สามารถยอมรับได้ ค่าวัดที่ใกล้เคียงระดับนี้จะไม่มีความแม่นยำ

การทดสอบ OTDR สามารถให้ความแม่นยำสูงมากในการวิเคราะห์หาจุดบกพร่องตามแนวระยะสายใยแก้วนำแสง เครื่องมือวัดที่คุณภาพดีมากสามารถให้ความแม่นยำระดับคลาดเคลื่อน 1 เมตรในการหาตำแหน่งบกพร่อง และค่าการวัคการสูญเสียอยู่ที่ 0.01 dB บางเครื่องมือสามารถตรวจสอบสายระยะทางยาวถึง 200 กิโลเมตร 

โดยทั่วไป OTDR จะใช้งานค่อนข้างง่าย และมีซอฟท์แวร์ช่วยในการวิเคราะห์สำหรับการดาว์นโหลดผลการทดสอบและทำการวิเคราะห์รายละเอียด แต่โชคไม่ดีที่เทคโนโลยีของ OTDR โดยทั่วไปจะแพงมากมาก แม้แต่ตัวที่มีคุณสมบัติฟังก์ชั่นต่ำก็ยังราคาสูง

ควรต้องใช้ความระมัดระวังเมื่อมีการแปลผลจาก OTDR ความแตกต่างของใยแก้วนำแสงที่จะเชื่อมต่อเข้าด้วยกันอาจจะเป็นตัวที่สามารถเปลี่ยนแปลงดัชนีการสะท้อน เช่น ขนาดของคอร์, ชนิดของโหมด, ชนิดของวัสดุของใยแก้วนำแสง ตัวอย่างคือ หลังจากการทำสไปล์ซหรือการเชื่อมต่อ OTDR อาจแสดงจะเกิดสัญญาณแบบเกน (Gain) บนจอแสดงผล เนื่องจากโอกาสที่แสงสามารถเข้าไปในใยแก้วนำแสงที่ไม่บริสุทธิ์มีมากขึ้นและสามารถเพิ่มระดับสัญญาณแบ็คสแก็ตเตอร์

การทดสอบ OTDR ควรถูกกระทำบนทุกทุกใยแก้วนำแสงแม้แต่ขณะที่มันยังอยู่บนรีลสายก่อนที่จะนำมาติดตั้งเพื่อให้แน่ใจว่า สายใยแก้วนำแสงที่บกพร่องจะไม่ถูกติดตั้งแล้วอาจต้องถูกเปลี่ยนในเวลาต่อมา ผลของการทดสอบเหล่านี้ควรถูกจัดเก็บในคอมพิวเตอร์หรือถูกพิมพ์ออกมาเก็บไว้    

การทดสอบก่อนการติดตั้งโดยทั่วไปจะถูกกระทำเมื่อโอนย้ายการรับผิดชอบของสายสัญญาณจากเจ้าหนึ่งไปยังเจ้าถัดไป เมื่อสายสัญญาณได้ถูกติดตั้งเรียบร้อย การทดสอบ OTDR ควรถูกทำอีกครั้งทุกทุกใยแก้วนำแสง ผลของการทดลองหลังการติดตั้งสามารถถูกเปรียบเทียบผลการทดสอบก่อนติดตั้งเพื่อประเมินว่าสายสัญญาณเสียหายหรือมีการติดตั้งที่ดีพอหรือไม่

ผลของการทดสอบก่อนติดตั้ง และ หลังติดตั้งควรถูกเก็บไว้ในเอกสารการทดสอบคอมมิสชั่นนิ่ง (Commissioning Test) ถ้ามีจุดบกพร่องในระบบหลังจากติดตั้งแล้วผลของการคอมมิสชั่นนิ่งสามารถถูกใช้ในการประเมินหาตำแหน่งจุดบกพร่องที่เกิด สำหรับระบบที่มีระยะสายยาวและต้องการความมั่นคงสูงควรที่จะมีการตรวจสอบการทำงานและประสิทธิภาพหลังจากมีการใช้งานมาแล้วหลายปี แล้วนำมาเปรียบเทียบผลจากการทดสอบคอมมิสชั่นนิ่ง เพื่อตรวจสอบจุดที่เสื่อมหรือชำรุด

การทดสอบ OTDR นั้นยังสามารถถูกใช้สำหรับการหาอัตราการลดทอนแต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่เป็นที่นิยม เพราะการวัดแบบ OTDR เป็นแบบวัดเชิงอ้างอิงเปรียบเทียบมากกว่าการวัดแบบค่าสมบูรณ์ ด้วยที่ OTDR ไม่สามารถวัดค่าคุณภาพของคอนเน็คเตอร์ที่ใยแก้วต่อเข้ากับคอนเน็คเตอร์ 

ดังนั้นขั้นตอนการวัดค่าการสูญเสียจะต้องใช้ขั้นตอนที่เหมาะสมและแม่นยำกว่า เพราะว่า OTDR ไม่สามารถวัดอัตราการลดทอนในเชิงความแม่นยำสูง แต่วัดค่าแบบเชิงสัมพันธ์ ความยาวคลื่นแสงที่ใช้งานจึงไม่มีความสำคัญ ระยะทางที่อ่านได้ , การสูญเสียจากสไปล์ซ และการสูญเสียจากคอนเน็คเตอร์ จะไม่ถูกกระทบจากการเปลี่ยนความยาวคลื่นแสงเพียงเล็กน้อยด้วยการเปลี่ยนตัวกำเนิดแสงแบบเลเซอร์หรือ LED

จำไว้ว่าการสูญเสียจากคอนเน็คเตอร์หรือการสไปล์ซจะมีความแตกต่างเมื่อทำการวัดจากทิศทางการวิ่งของแสงที่แตกต่างกันในสายใยแก้วนำแสง สำหรับสายสัญญาณที่มีความยาวมากกว่า 2 กิโลเมตร แนะนำให้ทำการทดสอบ OTDR ทั้ง 2 ปลายของสายสัญญาณ

บางสายใยแก้วนำแสงถูกสร้างโดยการพันใยแก้วรอบแกนเคเบิล ในกรณีนี้ความยาวของสายสัญญาณจะไม่เท่ากับความยาวของใยแก้ว ความแตกต่างนี้จะทำให้เกิดความยากในการประเมินตำแหน่งจุดบกพร่อง เพื่อจะชนะปัญหานี้

โดยทั่วไปผู้ผลิตสายใยแก้วนำแสงจะต้องให้อัตราส่วนระหว่างความยาวของใยแก้วกับความยาวของสายสัญญาณ แล้วอัตราส่วนนี้จะถูกใช้คำนวนระยะสายของจุดบกพร่องจากการอ่านค่าของ OTDR ถ้าไม่มีอัตราส่วนนี้จะใช้วิธีการวัดของ OTDR โดยทำการวัดสายสัญญาณที่ 1 km และอัตราส่วนดังกล่าวจะสามารถถูกคำนวนได้ดังนี้

สายใยแก้วนำแสงเป็นสื่อในการส่งข้อมูลที่ดีที่สุดในปัจจุบันในเรื่องประสิทธิภาพและความเชื่อถือได้ แต่อย่างไรก็ดีถ้าระยะทางระหว่างอุปกรณ์เป็นระยะทางสั้นๆ และสภาพแวดล้อมโดยรวมไม่ถึงขั้นเลวร้าย การใช้สายใยแก้วก็อาจจะเกินความจำเป็น ในบทความถัดไปจะกล่าวถึงสายสัญญาณที่ทำจากทองแดงโปรดติดตามนะครับ

1. J.E Goldman and P.T Rawles, Applied Data Communications. Addison-Wesley, New York,2001
2. J. Fulcher, An Introduction to Microcomputer Systems: Architecture and Interfacing. Addison-Wesley, Sydney,1989
3. S. Mackay, E. Wright, D. Reynders and .J Park, Practical Industrial Data Network: Design, Installation and Troubleshooting . IDC Technologies, Perth,2004
4. J.R. Vacca, High-speed Cisco Networks: Planning, Design, and Implemention. CRC Press LLC, Florida,2001