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1 2009年12月 OTDR工程验收测试方法 2 OTDR原理 目录 OTDR参数设置 3 光时域反射仪原理 光时域反射仪 OpticalTimeDomainReflectometer 将窄的光脉冲注入光纤端面作为探测信号 在光脉冲沿着光纤传播时 各处瑞利散射的背向散射部分将不断返回光纤入射端 当光信号遇到裂纹时 就会产生菲涅尔反射 其背向反射光也会返回光纤入射端 通过合适的光耦合和高速响应的光电检测器检测到输入端的背向光的大小和到达时间 就能定量的测量出光纤的传输特性 长度及故障点等 如下图 OTDR 连接器 被测光纤 4 OTDR工作原理框图 光时域反射仪 熔接 弯折 活动连接器 断裂 光纤尾端 光纤网 OTDR测试显示 相对光功率 激光器 耦合器 脉冲发生器 光监测器 数据分析及其显示 OTDR是基本的光纤链路安装和维护的测试工具 机械固定连接头 5 基本术语在OTDR光纤测试中经常用到的几个基本术语为背向散射 非反射事件 反射事件和光纤尾端 OTDR测试事件类型及显示 6 1 背向散射光纤自身反射回的光信号称为背向散射光 简称背向散射 2 非反射事件光纤中的熔接头和微弯都会带来损耗 但不会引起反射 由于它们的反射较小 我们称之为非反射事件 3 反射事件活动连接器 机械接头和光纤中的断裂点都会引起损耗和反射 我们把这种反射幅度较大的事件称之为反射事件 7 背向散射 OTDR测量显示 背向散射是由于光纤的瑞利散射现象而引起的部分光信号返回OTDR的现象 熔接 弯折 活动连接器 机械固定接头 断裂 光纤尾端 8 4 光纤末端第一种情况为一个反射幅度较高的菲涅尔反射 第二种情况光纤末端显示的曲线从背向反射电平简单地降到OTDR噪声电平以下 两种光纤末端及曲线显示示意图 9 OTDR用途 测试光纤曲线及损耗分布测试光纤长度测试光纤平均衰减测试接头损耗测试光纤故障点 10 光损耗测试间接方法 光时域反射仪 OTDR 测试方法 dB km dB 起始反射结束端与测试结束点电平的高度差 11 光纤线路测量 纤长 链路长度 纤长 测试仪器 光时域反射仪 OTDR 意义 获得光纤长度信息 以便配盘 辅助衰减测量 dB km km 12 光纤线路测量 衰减系数 光纤衰减测量测试仪器 光时域反射仪 OTDR 意义 评价链路质量 衰减 链路损耗 长度dB km两种评价方法 两点衰减 即为 两点损耗 长度 A B 两点LSA衰减 为降低曲线波动性影响 而采取的数学分析方法 在两点间取一条近似逼近直线 A B A A B B 逼近线 13 光纤线路测量 插入损耗 插入损耗测量测试仪器 光时域反射仪 OTDR 意义 连接点的损耗值 对应熔接点即为熔接损耗 dB km 事件前后轨迹的高度差即为插入损耗 延长线 14 光纤线路测量 反射 连接器反射测量测试仪器 光时域反射仪 OTDR 意义 评价连接器的连接质量 dB km 反射事件前端与反射峰的高度差 15 光纤线路测量 故障位置 故障位置查找测试仪器 光时域反射仪OTDR辅助手段 可见光故障定位仪 红光光源 dB km 故障的位置信息 km处断裂或其他事件 16 OTDR原理 目录 OTDR参数设置 17 OTDR的使用 用OTDR进行光纤测量可分为三步 参数设置数据获取曲线分析 18 性能参数OTDR的性能参数一般包括 动态范围盲区距离精确度回波损耗反射损耗 19 人工设置测量参数包括 1 波长选择 因不同的波长对应不同的光线特性 包括衰减 微弯等 测试波长一般遵循与系统传输通信波长相对应的原则 即系统开放1550波长 则测试波长为1550nm 2 脉宽 PulseWidth 脉宽越长 动态测量范围越大 测量距离更长 但在OTDR曲线波形中产生盲区更大 短脉冲注入光平低 但可减小盲区 脉宽周期通常以ns来表示 一般10公里以下选用100ns 300ns 10公里以上选用300ns 1 s 3 测量范围 Range OTDR测量范围是指OTDR获取数据取样的最大距离 此参数的选择决定了取样分辨率的大小 最佳测量范围为待测光纤长度1 5倍距离之间 20 4 平均时间 由于后向散射光信号极其微弱 一般采用统计平均的方法来提高信噪比 平均时间越长 信噪比越高 例如 3min的获得取将比1min的获得取提高0 8dB的动态 但超过10min的获得取时间对信噪比的改善并不大 一般平均时间不超过3min 以20s为宜 5 光纤参数 光纤参数的设置包括折射率n和后向散射系数n和后向散射系数 的设置 折射率参数与距离测量有关 后向散射系数则影响反射与回波损耗的测量结果 这两个参数通常由光纤生产厂家给出 6 测试模式 选择平均化模式 参数设置好后 启动激光器 OTDR即可发送光脉冲并接收由光纤链路散射和反射回来的光 对光电探测器的输出取样 得到OTDR曲线 对曲线进行分析即可了解光纤质量 21 1 动态范围 定义 把初始背向散射电平与噪声电平的差值 dB 定义为动态范围 动态范围的作用 动态范围可决定最大测量长度 动态范围的表示方法 有峰 峰值 又称峰值动态范围 和信噪比 SNR 1 两种表示方法 22 性能参数 动态范围 噪声电压 峰值 1 8dB 噪声电平 均方根值 背向散射电平初始点 动态范围 峰值 动态范围 信噪比 1 动态范围决定了OTDR能 看 多远的光纤和光纤上的特征点 23 OTDR动态范围示意图 24 动态范围的应用动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度 动态范围的应用示意图 25 测量范围与动态范围的关系初始背向散射电平与一定测量精度下的可识别事件点电平的最大衰减差值被定义为测量范围 动态范围与测量范围关系示意图 26 距离刻度距离刻度是表示OTDR测量光纤的长度指标 是OTDR的主要参数 27 2 盲区 定义由活动连接器和机械接头等特征点产生反射 菲涅尔反射 后 引起OTDR接收端饱和而带来的一系列 盲点 称为盲区 衰减盲区衰减盲区是Fresnel反射之后 OTDR能在其中精确测量连续事件损耗的最小距离 所需的最小距离是从发生反射事件时开始 直到反射降低到光纤的背向散射级别的0 5dB 事件盲区事件盲区是Fresnel反射后OTDR可在其中检测到另一个事件的最小距离 换而言之 是两个反射事件之间所需的最小光纤长度 为了建立规格 最通用的业界方法是测量反射峰的每一侧 1 5dB处之间的距离 28 性能参数 盲区或2点分辨率 衰减盲区最小10米 事件盲区最小3米 1 5dB 0 5dB 1 5dB 0 5dB 盲区一定是由反射事件造成的 事件盲区是能够分辩出下一个反射的距离 衰减盲区是能够分辩出下一个非反射的距离 29 什么影响动态范围和盲区 脉宽越大 动态范围越大 盲区也越大 平均时间越长 动态范围越大 达到一定程度就无法再有改善 反射越大 需要恢复的时间越长 因此盲区越大 动态范围取决于脉冲宽度平均时间 盲区取决于脉冲宽度反射大小 30 平均时间参数影响动态范围 实质 增大信噪比 S N 取平均值测量 多次相加取平均的方法信号的特点 有规律 多次相加后可还原噪声的特点 随机 多次相加后极限值趋近于零 10秒 3分钟 31 脉宽怎样影响动态范围和盲区 OTDR发短脉冲时能提供更好的盲区性能 但是具有更小的动态范围 OTDR发长脉冲时能提供更好的动态范围 但具有更大的盲区 短脉冲 长脉冲 32 事件 衰减盲区示意图 33 盲区和动态范围间的关系盲区 决定OTDR横轴上事件的精确程度 动态范围 决定OTDR纵轴上事件的损耗情况和可测光纤的最大距离 影响动态范围和盲区的因素 a 脉宽的影响b 平均时间对动态范围的影响c 反射对盲区的影响 34 图8脉冲宽度对测试的影响 35 图9平均时间对动态范围的影响 36 3 距离精度距离精度是指测试长度时仪表的准确度 又叫一点分辨率 OTDR的距离精度与仪表的采样间隔 时钟精度 光纤折射率 光缆的成缆因素和仪表的测试误差有关 37 影响距离精度的因素 抽样间隔 间隔越大 影响越大 因此要求最小抽样间隔越小越好 折射率 是工厂应该出具的固定参数 绞缩率 光纤长度与光缆长度的比例 有助于实地勘查故障位置 经验为两者相差5 10 左右 38 距离精度和一点分辨率 距离精度取决于时基准确性 抽样距离 折射率设置和光缆因素 X X X X X X X X X X X X X X X X D VxT D N C V N C xT 折射率误差 光纤长度 光缆长度 X X X X X X X X X X X X X X X X 抽样导致的误差 从光纤测量的实际信号 显示的曲线 时基的准确性 T 抽样 39 采样间隔对测试的影响 40 光测试仪表 OTDR 技术参数 41 OTDR原理 目录 OTDR参数设置 42 常见问题 1 光纤类型不匹配 2 增益现象 3 盲区的影响消除 4 幻峰 又叫鬼点 43 伪增益现象及产生原因 44 用接入光纤消除盲区示意图 45 用接入光纤消除盲区 只有将引入光纤与被测光纤熔接 才能帮助消除盲区 熔接 接入光纤 被测光纤 长度 使用脉宽之衰减盲区 光接收机恢复 被测光纤起始点 常用测试方法 46 用接入光纤测试第一个活动连接器示意图 47 双波长测试意义 分辨弯曲和熔接点原理 波长越大对微弯越敏感 也就是波长越大插入损耗值越大 方法 比较在两个波长上的测试结果 如果插入损耗值相差过大 可以判断为弯曲 常用测试方法 小知识为什么微弯会有较大损耗 答 如果弯曲半径太小 会造成弯曲部位发生光泄露 造成光能量损失 所以会有较大损耗 可以使用 红光光源 验证 48 双向测试主要意义 修正伪增益带来的测试误差 方法 双向测量损耗值相加取平均 注意 不是绝对值相加 而是带有正负号相加 或者说应该绝对值相减取平均 其他意义 盲区的弥补双向曲线比较帮助修正漏测事件 常用测试方法 49 经验与技巧 1 光纤质量的简单判别 正常情况下 OTDR测试的光线曲线主体 单盘或几盘光缆 斜率基本一致 若某一段斜率较大 则表明此段衰减较大 若曲线主体为不规则形状 斜率起伏较大 弯曲或呈弧状 则表明光纤质量严重劣化 不符合通信要求 50 2 波长的选择和单双向测试 1550波长测试距离更远 1550nm比1310nm光纤对弯曲更敏感 1550nm比1310nm单位长度衰减更小 1310nm比1550nm测的熔接或连接器损耗更高 在实际的光缆维护工作中一般对两种波长都进行测试 比较 对于正增益现象和超过距离线路均须进行双向测试分析计算 才能获得良好的测试结论 51 3 接头清洁 光纤活接头接入OTDR前 必须认真清洗 包括OTDR的输出接头和被测活接头 否则插入损耗太大 测量不可靠 曲线多噪音甚至使测量不能进行 它还可能损坏OTDR 避免用酒精以外的其它清洗剂或折射率匹配液 因为它们可使光纤连接器内粘合剂溶解 52 4 折射率与散射系数的校正 就光纤长度测量而言 折射系数每0 01的偏差会引起7m km之多的误差 对于较长的光线段 应采用光缆制造商提供的折射率值 53 5 鬼影的识别与处理 在OTDR曲线上的尖峰有时是由于离入射端较近且强的反射引起的回音 这种尖峰被称之为鬼影 识别鬼影 曲线上鬼影处未引起明显损耗 沿曲线鬼影与始端的距离是强反射事件与始端距离的倍数 成对称状 消除鬼影 选择短脉冲宽度 在强反射前端 如OTDR输出端 中增加衰减 若引起鬼影的事件位于光纤终结 可 打小弯 以衰减反射回始端的光 54 6 正增益现象处理 在OTDR曲线上可能会产生正增益现象 正增益是由于在熔接点之后的光纤比熔接点之前的光纤产生更多的后向散光而形成的 事实上 光纤在这一熔接点上是熔接损耗的 常出现在不同模场直径或不同后向散射系数的光纤的熔接过程中 因此 需要在两个方向测量并对结果取平均作为该熔接损耗 在实际的光缆维护中 也可采用 0 08dB即为合格的简单原则 55 7 附加光纤的使用 附加光纤是一段用于连接OTDR与待测光纤 长300 2000m的光纤 其主要作用为 前端盲区处理和终端连接器插入测量 一般来说 OTDR与待测光纤间的连接器引起的盲区最大 在光纤实际测量中 在OTDR与待测光纤间加接一段过渡光纤 使前端盲区落在过渡光纤内 而待测光纤始端落在OTDR曲线的线性稳定区 光纤系统始端连接器插入损耗可通过OTDR加一段过渡光纤来测量 如要测量首 尾两端连接器的插入损耗 可在每端都加一过渡光纤 56 验收规范中的描述 5 1光缆中继段竣工测试内容光缆中继段测试内容应包括下列内容 1 中继段光纤线路衰减系数 dB Km 及传输长度 Km 2 中继段光纤线路后向散射曲线 3 中继段光纤通道总衰减 dB 4 中继段光纤偏振模色散系数 PS Km 5 直埋光缆线路对地绝缘电阻 M Km 光缆中继段测试记录应统一格式 参照附录A 5 2中继段光纤线路衰减测试中继段光纤线路衰减测量 应在完成光缆成端后 采用OTDR测试仪在ODF架上测量光纤线路外线口的衰减值 采用OTDR测试 应采取双方向测量取其平均值的方式 测试数据应包括 中继段光纤线路衰减 dB 衰减系数 dB Km 和光纤线路传输长度 Km 测试结果及时记入中继段测试记录 见附录A 表4 光纤衰减系数应符合设计规定或参照附录B 5 3中继段光纤后向散射曲线检查中继段光纤后向散射曲线 即光纤轴向衰减系数均匀性 检查 应在光纤成端 沟坎加固等路面动土项目全部完成后进行 光纤后向散射曲线应均匀平滑 光纤波形及接头 台阶 无异常 光纤后向散射曲线检查可与光纤线路衰减测试同时进行 OTDR打印光纤后向散射曲线应清晰无误 并应收录于中继段测试记录 见附录A 表4附图 5 4中继段光纤通道总衰减测试中继段光纤通道总衰减 包括光纤线路损耗和两端连接器的插入损耗 应采用稳定的光源和光功率计经过连接器测量 一般可测量光纤通道任一方向 A B或B A 的总衰减 dB 中继段光纤通道总衰减值应符合设计规定 测量值应记入中继段测试记录 见附录A 表5 57 图片格式 58 测试中的几个现象 1 非接头处的台阶可能是出厂光缆的问题 通过单盘检测发现 也可能施工中造成 必须处理2 个别接头损耗太大无明显 台阶 说明线路接头质量较好 一般指标要求 接头损耗 双向平均值 0 1dB 个 3 曲线明显不均匀衰减不均匀性要求 在光纤后向散射曲线上 任意500m长度上的实测衰减值与全长上平均每500m的衰减值之差的最坏值应不大于0 05dB 衰减点不连续性要求 对B1 1类单模光纤 在1310nm波长 一连续光纤长度上不应有超过0 1dB的不连续点 在1550nm波长 一连续光纤长度上不应有超过0 05dB的不连续点 对B4类单模光纤 在1550nm波长 一连续光纤长度上不应有超过0 05dB的不连续点 4 纤序不对或接叉纤OTDR测试没法识别 必须通光对纤5 成端端面不好 耦合损耗大介入假纤测试 可能尾纤端面不好或成端接续质量不好 必须处理 59 OTDR原理 目录 OTDR参数设置 60 正常曲线分析 61 正常曲线分析 续1 如上图1 判断曲线是否正常的方法 1 曲线主体斜率基本一致 且斜率较小 说明线路衰减常数较小 衰减的不均匀性较好 按照国标YD T901 2001的规定 Bl 1和B4类单模光纤的衰减系数应符合下表规定 62 正常曲线分析 续2 衰减不均匀性要求 在光纤后向散射曲线上 任意500m长度上的实测衰减值与全长上平均每500m的衰减值之差的最坏值应不大于0 05dB 衰减点不连续性要求 对B1 1类单模光纤 在1310nm波长 一连续光纤长度上不应有超过0 1dB的不连续点 在1550nm波长 一连续光纤长度上不应有超过0 05dB的不连续点 对B4类单模光纤 在1550nm波长 一连续光纤长度上不应有超过0 05dB的不连续点 2 无明显 台阶 说明线路接头质量较好 一般指标要求 接头损耗 双向平均值 0 1dB 个 3 尾部反射峰较高 说明远端成端质量较好 63 事件 非反射事件 光纤熔接和弯折可导致光功率衰耗 但是没有反射现象 损耗 弯折 熔接 OTDR测量显示 熔接 弯折 活动连接器 机械固定接头 断裂 光纤尾端 64 事件 反射事件 衰耗 反射 OTDR显示 熔接 弯折 活动连接器 机械固定接头 断裂 光纤尾端 机械固定接头 活动连接器和光纤断裂都会引起光的反射和衰耗 OTDR上有相似的显示结果 65 事件 光纤尾端 非反射 反射 OTDR测量显示 熔接 弯折 活动连接器 机械固定接头 断裂 光纤尾端 66 为了得到准确熔接衰减值 可从二边测该熔点并取平均值 背向散射系数光纤A B B A 熔接 弯折 活动连接器 机械固定接头 断裂 光纤尾端 OTDR测量显示 常见现象分析 伪增益 67 常见现象分析 鬼影现象 通常在短链路测量时出现较多 所谓鬼影就是与事实不符的影像 有时原因较为复杂 常见的鬼影是由于连接器连续反射造成 鬼影