1.OTDR測試原理　

OTDR 是 Optical Time Domain Reflectometer 的英文縮寫 ,即光時域反射儀。它應(yīng)用于各種光通信網(wǎng)絡(luò)的測試 ,包括測試光纖傳輸系統(tǒng)中的接頭損耗、光纖的距離、鏈路損耗、光纖衰減 ,定位斷點(diǎn)和端點(diǎn) ,測試反射值和回波損耗 ,建立事件點(diǎn)與地標(biāo)的相對關(guān)系 ,建立數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)存檔并打印。

　　其測試原理是:首先在激光器中加脈沖調(diào)制 ,經(jīng)過可以分離發(fā)射光與接收光的光方向耦合器 ,將測試光送往測量對象的光傳輸線路。由于瑞利散射的作用 ,從光纖各部分(包括光纖的不均勻性、光連接器、光纖接頭、光纖的故障或斷點(diǎn)) 返回的后向散射光就會在屏幕的時基上顯示出連續(xù)的信號 ,即近處先而遠(yuǎn)處后 ,其強(qiáng)度與各點(diǎn)傳輸光功率成比例。顯然 ,經(jīng)光耦合器將反向散射光進(jìn)行分離接收 ,令橫軸以距離的形式與后向散射光到達(dá)的時間順序相對應(yīng) ,令縱軸以 dB 表示散射光的強(qiáng)度并在屏幕上顯示出來 , 這樣就可以在橫軸上將光脈沖往返時間換成光纖長度的刻度 ,直接用于觀察沿整個光纖線路傳輸光功率的變化狀態(tài)

2.OTDR組成部分

激光器:將符合規(guī)定要求的穩(wěn)定的光信號發(fā)送到被測光纖。

脈沖發(fā)生器:控制光源發(fā)送的時間 ,控制數(shù)據(jù)分析電路與激光器同步工作。

定向耦合器:將光源發(fā)出的光耦合到被測光纖 ,并將光纖反射回的光信號耦合到光探測器。

光探測器:將被測光纖反射回的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

數(shù)據(jù)分析及顯示: 將反射回的信號與發(fā)送脈沖比較 ,計(jì)算出響應(yīng)數(shù)據(jù)并在屏幕上顯示出相關(guān)曲線。

otrd成像波形

　　在距離 0 點(diǎn)上顯示的光強(qiáng)度是表示光耦合器發(fā)送光的泄入 ,而在光纖中隨著距離的增加 ,散射光電平則呈直線下降 , 由其斜率值可以計(jì)算出光傳輸損耗值(dB/ km) 。當(dāng)光纖有接頭等集中損耗時就會呈現(xiàn)出曲線錯位 ,它可視為該點(diǎn)的接續(xù)損耗。在光纖端部接觸空氣會產(chǎn)生因折射率差異而引起的菲涅耳反射; 當(dāng)光纖發(fā)生斷裂時 ,就可以從曲線上確定斷點(diǎn)位置。如果接續(xù)時有氣泡、光纖端部不干凈或者光纖端面不光滑都會產(chǎn)生反射 ,在曲線中也有錯位的現(xiàn)象。在了解光纖的損耗特性時 ,我們知道 ,瑞利散射是造成光纖損耗的原因之一。光波在光纖中傳輸時 ,沿途受到直徑比光波波長還小的散射粒子的散射 ,散射光向各個方向傳播 ,而向入射方向傳播的一部分光稱為背向散射光 ,而OTDR 就是利用背向散射光來測試光纖中的參數(shù)。

?3.基本概念

3.1 背向散射

定義:光纖自身反射回的光信號稱為背向散射光。

原因:主要是由于瑞利散射。

　　應(yīng)用:OTDR 正是利用其接收到的背向散射光強(qiáng)度的變化來衡量被測光纖上事件損耗的大小; OTDR不僅能對各事件點(diǎn)上的反向光信號進(jìn)行測量 ,同時也可以對光纖本身的反向光信號進(jìn)行測量。因此我們可以在 OTDR 上觀察到光纖沿線各點(diǎn)上的曲線狀態(tài)。

3.2 反射事件

　　活動連接器、機(jī)械接頭和光纖中的斷裂點(diǎn)都會引起損耗和反射 ,我們把這種反射幅度較大的事件稱為反射事件。反射事件損耗的大小同樣是由背向散射電平值的改變量來決定。反射值是由背向散射曲線上反射峰的幅度所決定。

3.3非反射事件

　　光纖中的接頭和微彎都會帶來損耗 ,但不會引起反射 ,稱為非反射事件。它在 OTDR 測試曲線上以背向散射電平上附加一突然下降臺階的形式表現(xiàn)出來 ,因此曲線在縱軸上的改變即為該事件的損耗大小。

3.4 光纖末端

　　光纖末端通常有兩種情況。

①如果光纖的末端是平整的端面或末端接有活動連接器(平整拋光) ,在光纖末端就會存在有 4 %的菲涅耳反射。

②如果光纖末端是破裂的端面 ,由于末端端面的不平整會使光線漫射而不引起反射 ,在 OTDR 上顯示如圖所示。

　　第一種情況為反射幅度較高的菲涅耳反射。第二種情況光纖末端顯示的曲線從背向反射電平簡單在降到 OTDR 噪聲電平以下。有時破裂的末端也會引起反射 ,但它的反射峰不會像平整端面或活動連接器帶來的反射值那么大。在測量光纖末端時 ,必須選準(zhǔn)光纖末端 ,否則測量出光纖的長度不準(zhǔn)確 ,所以確定 OTDR 游標(biāo) B 很重要。下面幾種曲線情況(見圖 ) 為光纖末端以便區(qū)分

4.OTDR使用注意事項(xiàng)

　　(1) 故障定位應(yīng)準(zhǔn)確或者要做到誤差很小 ,我們稱為測量距離準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度的高低與脈沖寬度、測試系統(tǒng)的信噪比有關(guān) ,脈沖寬度越窄準(zhǔn)確度越高。目前 ,OTDR 準(zhǔn)確度可達(dá)到 10 m 以內(nèi)。

　　(2) 了解動態(tài)范圍與測量范圍之間的關(guān)系。

　　(3) 距離刻度是表示 OTDR 測量光纖長度指標(biāo) ,是

OTDR 的主要參數(shù) ,儀表一般只給出測試距離的刻度 ,

把計(jì)分表給出的最大距離刻度視為可測光纖最大距離是一種錯誤 ,最長測量距離一般由儀表的動態(tài)范圍和被測光纖的衰減所決定。

　　(4) 脈沖寬度的選擇對測量精度也很重要。如果對靠近 OTDR 的光纖進(jìn)行觀察時可選擇窄脈沖 ,以便分辨兩個事件 ,提高清晰度;如需對光纖遠(yuǎn)端的事件進(jìn)行觀察時 ,可選擇寬脈沖 ,以提高儀表的動態(tài)范圍 ,觀察更長的距離。同時脈沖寬度的選擇與盲區(qū)也有關(guān)系 ,脈沖寬度越寬盲區(qū)越大 ,這樣就可能無法精確定位緊挨著反射事件后的斷點(diǎn);如果脈沖寬度越窄 ,盲區(qū)就會越小 ,就不能精確識別光纖末端與噪聲電平的界限。操作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)拿}沖寬度 ,原則上在保證能識別光纖末端的情況下 ,盡可能小地設(shè)置脈沖寬度 ,一般情況下儀表給出的盲區(qū)是指最小脈寬 時的指標(biāo)。

　　(5) 折射率的選擇。OTDR 是通過對反射信號時OTDR測試原理及注意事項(xiàng)間參數(shù)進(jìn)行測量后再按公式來計(jì)算距離參數(shù) ,計(jì)算公式為:

　　L = V T = TC/ n

　　式中: C 為光在真空中的速度; n 為光纖的折射率; T

為光在光纖中傳播時間的一半。 當(dāng)對被測光纖的折射率設(shè)置有偏差時 , 即使是1 %誤差 , 對于長距離測量也會引起很大的誤差。比如 ,有 1 %的折射率誤差 ,當(dāng)測量 20 km 的光纖時就有200 m 左右的誤差;如果測量的距離加長 ,那么誤差也會加大。所以 ,在具體操作時折射率的選擇一定要準(zhǔn)確 ,一般應(yīng)選擇光纖出廠時檢驗(yàn)報(bào)告上填寫的折射率值;如果一個光纖鏈路內(nèi)有好幾個廠家的光纖 ,那么測量時可采用分段設(shè)置折射率方法 ,盡量減少因折射率設(shè)置不準(zhǔn)確而帶來的誤差。在上述諸多因素中折射率的選擇對 OTDR 的測量精度至關(guān)重要。如圖 是分段設(shè)置折射率示意圖。

分段設(shè)置折射率波形圖 這里需要注意: 引起測定光纖距離的誤差主要有3 個因素: ①定時誤差; ②OTDR 距離分辨率;③光纖的 折射率。

綜上所述 ,OTDR 是進(jìn)行光纜故障定位的一種快速手段 ,它采用背向散射技術(shù)能夠較準(zhǔn)確地測試光纖的各種參數(shù)。儀表設(shè)置不當(dāng)和操作人員的計(jì)算失誤 ,是進(jìn)行光纜和故障定位時誤差產(chǎn)生的主要原因。使用 OTDR進(jìn)行光纜故障定位時 ,我們要考慮多方面的因素 ,在準(zhǔn)確測試光纖長度的同時 ,要將光纖長度正確地折算成光纜的長度 ,同時應(yīng)將整個過程中的誤差因素都考慮進(jìn)去 ,這樣才能盡快確定故障點(diǎn) ,以縮短故障處理時間。另外 ,OTDR 屬于精密儀器 ,操作要求比較高 ,平時應(yīng)妥善保管 ,嚴(yán)格管理 ,正確操作 ,這對光纜線路工程的施工和維護(hù)尤為重要。同時 ,用光時域反射儀測得的光纖中的所有參數(shù) ,反映了被測光纖的長度及沿途損耗狀態(tài) ,作為原始資料應(yīng)當(dāng)保存好 ,以便將來使用

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總結(jié)

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