OTDR使用经验.doc

1 光时域反射仪（OTDR）测量复杂鬼影分析 “鬼影”是使用光时域反射仪（OTDR）测量时经常会出现的现象，是一种与事实不相符合的影像。常常在测量较短光纤链路中出现。我们知道，OTDR测量是通过发出探测光脉冲对光纤进行探测，在遇到有介质不同（折射率不同）的位置，如机械式连接器、冷接端子等就会发生反射，OTDR会检测到这些反射光，在曲线上反应出来的就是反射事件。 “鬼影”产生的原因一般是由于反射光遇到连接器发生了第二次反射，有时由于反射光能量较强，链路又较短会发生多次反射，对光纤链路进行了多次的探测，形成多个“鬼影”。如下图：由以上原因，我们可以了解到由于再次探测光纤在曲线上又会反应出另一个反射事件，因此“鬼影”的位置信息一定是实际反射位置信息的整倍数关系。如上图，ab。那么判断“鬼影”主要利用这种位置信息的关系来判断。下面给大家分析一些实例，这些实例远比上图复杂的多。1、鬼影实例一这条测试曲线看起来反射事件非常多，复杂得令人眩目。但我们仔细分析一下就会发现，大多数反射事件均是鬼影，只有峰1和峰2才是真正得反射事件。应用鬼影发生得原因可以分析出那些是鬼影。这些鬼影对实际测试影响很大，如果不仔细进行分析很难分辨。为什么会出现如此复杂的测试曲线呢？究其原因是几个原因造成。1、链路短。因此反射光能量很强，造成多次反射，形成多个鬼影。2、链路中存在多个机械连接器，且距离较近。 峰2的反射到峰1就发生再次反射，重新探测以峰1作为开始点的光纤链路，由于峰1与峰2距离很近，这股连续反射光始终保持了相当的强度。因此后边连续出现了多个峰2的鬼影。2、鬼影实例二上图中，真正的反射事件只有1、2、3、5几个，其他均是鬼影，结束点应该是峰5。其形成原因与分析方法与实例一是一样的，只是该曲线更具有隐蔽性，需要仔细研究光路才能作出正确分析。3、鬼影分析基本原则 充分理解“鬼影”形成的原因。 更重要的是要了解你的待测链路的基本信息。鬼影判断会更为容易和快速。 模拟反射过程与分析光路。对于光纤链路中存在多个反射性质的连接器的复杂情况更加重要。 要认清鬼影光路是从哪个反射点开始的，并非所有鬼影光路都从0km处开始。 4、如何降低鬼影对OTDR测试的影响降低鬼影影响基本方法是减少反射数量、降低反射能量、增加链路长度等。 尽量减少链路中形成反射事件的因素。 如果采用机械式连接，应尽量减少连接器部位的反射强度。反射能量小不仅对测试有好处，而且对光系统也有很有好处。 对于反射影响特别明显的测量段，可以考虑增加一段2km测试光纤的方法加长链路长度，降低鬼影影响。 如果OTDR有“低激光功率”的选项，请选择此测试模式。2 OTDR使用方法用OTDR进行光纤测量可分为三步：参数设置、数据获取和曲线分析。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(Pulse Width)： 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。 (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1.52倍距离之间。 (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。(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。 参数设置好后，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。 2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。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。 (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。(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。(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。 (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。 (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3002000m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。 3测试误差的主要因素1)OTDR测试仪表存在的固有偏差由OTDR的测试原理可知，它是按一定的周期向被测光纤发送光脉冲，再按一定的速率将来自光纤的背向散射信号抽样、量化、编码后，存储并显示出来。OTDR仪表本身由于抽样间隔而存在误差，这种固有偏差主要反映在距离分辩率上。OTDR的距离分辩率正比于抽样频率。2)测试仪表操作不当产生的误差在光缆故障定位测试时，OTDR仪表使用的正确性与障碍测试的准确性直接相关，仪表参数设定和准确性、仪表量程范围的选择不当或光标设置不准等都将导致测试结果的误差。（1） 设定仪表的折射率偏差产生的误差不同类型和厂家的光纤的折射率是不同的。使用OTDR测试光纤长度时，必须先进行仪表参数设定，折射率的设定就是其中之一。当几段光缆的折射率不同时可采用分段设置的方法，以减少因折射率设置误差而造成的测试误差。（2） 量程范围选择不当OTDR仪表测试距离分辩率为1米时，它是指图形放大到水平刻度为25米/格时才能实现。仪表设计是以光标每移动25步为1满格。在这种情况下，光标每移动一步，即表示移动1米的距离，所以读出分辩率为1米。如果水平刻度选择2公里/每格，则光标每移动一步，距离就会偏移80米。由此可见，测试时选择的量程范围越大，测试结果的偏差就越大。（3） 脉冲宽度选择不当 在脉冲幅度相同的条件下，脉冲宽度越大，脉冲能量就越大，此时OTDR的动态范围也越大，相应盲区也就大。 OTDR测试曲线是将每次输出脉冲后的反射信号采样，并把多次采样做平均处理以消除一些随机事件，平均化时间越长，噪声电平越接近最小值，动态范围就越大。平均化时间越长，测试精度越高，但达到一定程度时精度不再提高。为了提高测试速度，缩短整体测试时间，一般测试时间可在0.53分钟内选择。（5） 光标位置放置不当光纤活动连接器、机械接头和光纤中的断裂都会引起损耗和反射，光纤末端的破裂端面由于末端端面的不规则性会产生各种菲涅尔反射峰或者不产生菲涅尔反射。如果光标设置不够准确，也会产生一定误差。接头损耗的标准数值光纤接续标准多年来一直是一个有争议的问题，部颁YDJ44-89电信网光纤数字传输系统施工及验收暂行规定简称暂规，对光纤接续损耗的测量方法做了规定，但没有规定明确的标准。原信产部郑州设计院在中国电信南九试验段以后的工程中提出了中继段单纤平均接续损耗0.08dB/个的设计标准，以后的干线工程均沿用。本试验使用于一个竣工的光纤接头， 用以度量接头质量。应按照IEC 1073-1进行试验。测量可在实验室或现场进行。实验室用剪回法较好，现场可用双向OTDR法。介入损耗的典型值可能随应用场合和（或）所用方法而变化。最小的接头损耗典型值0.1dB。在某些场合中，介入损耗典型值0.5dB是可能接受的。有许多熔接机和机械接续装置在制作接头后可以估算接头损耗值。 某些主管部门和私营运行机构在现场接续安装时采用这些估算值，并且在全部线路施工完成后，再用OTDR对线路全程进行复测。在现场安装时，也可用其它一些方法来估算接头损耗值， 例如采用夹上去的功率计和本地注入检测的方法。（1）该建议是基于单纤接头损耗的可接受值0.5dB，平均值没有规定的情况下而言的。从目前的熔接机情况看， 熔接机所显示的数据配合观察光纤接头断面情况， 能够粗略估计光纤接续点损耗的状况， 但不能精确到目前我国所要求的光纤接续损耗指标的数量级。我们认为，这些熔接机的设计目的和依据是基于ITU建议的。（2）目前的熔接机接续是通过对光纤X轴和Y轴方向的错位调整，在轴心错位最小时进行熔接的，这种能调整轴心的方法称为纤芯直视法， 这种方法不同于功率检测法，现场是无法知道接头损耗确切数值的。但是在整个调整轴心和熔接接续过程中， 通过摄像机把探测到所熔接纤芯状态的信息送到熔接机的专用程序中，可以计算出接续后的损耗值。 但它只能说明光纤轴心对准的程度，并不含有光纤本身的固有特性所影响的损耗。而OTDR的测试方法是后向散射法，它包含有光纤参数的不同形成反射的损耗。比较上述两种测试原理，两者有很大区别。通过实践证明，两种方法测出数据一致性也较差，通过最近几年对干线工程接续测试发现，很多情况下熔接机显示损耗很小（小于0.05dB）甚至为零，但OTDR测试则大于0.08dB，且没发现有对应的规律。日本的接头损耗标准（NTT光缆施工验收规程）最小值小于0.9dB，无平均值要求，只有中继段总衰减要求，只要满足，就能开通设计要求的或将来要增加的设备，在接续操作方面则与ITU建议一致。美国、欧洲诸国也都采取了大致与ITU建议一致的做法。事实上，影响光缆安全的主要是机械损伤，光纤接续损耗大一点并不会影响接续强度，因此我们时候在验收测试中发现,有些点数值确实偏大,大约有1%左右的接头回超标准,并且在多次接续后仍无法降低.在这种情况下,也是可以判断合格的.有的时候会按照中级段总衰减来要求,从而验收合格.3 OTDR在FTTH中的应用1前言从网络技术和应用趋势来看，光纤通信线路已由核心骨干网络往短距离通信的光纤城域网、局域网发展，尤其近年来，基于FTTx（FTTH、FTTB、FTTC等）的宽带网络能够借助高速、稳定、近似无限的带宽提供语音、数据及影像服务，这就是所谓的三网合一（tripleplay），它的建设与使用不仅是各电信运营商争相努力的目标，更是各国家综合竞争力评比与发展科技优势的重要指标。日本在FTTH方面的发展和运营比较早，由于政府的大力支持，日本的FTTH市场在近几年得到了飞速发展。目前已有诸如NTT东日本、NTT西日本、东京电力、中部电力等多家公司提供FTTH业务。据不完全统计，日本的FTTH市场普及率已经接近10%。美国虽然在1995年就开始推动FTTH业务，但快速的发展却是起始于2004年，伴随着宽带服务和节目源的成长，FTTH的业务量显著增加。除此之外，欧洲FTTH的市场也于2005年陆续推出，韩国亦于今年1月份在光州市正式提供WDM-PON的示范服务，我国的台湾省也将于今年进行小规模的FTTx建设，我国大陆各省份虽然在宽带通信建设上落后于美日欧韩等国家，但对FTTH的推动与相干技术的发展却相当积极与迅速，2001年3月通过的十五计划纲要中明确提出我国要大力发展高速宽带信息网，重点建设宽带接入网，目前宽带接入网建设高潮已经在全国兴起。中国电信、联通、网通、铁通、长城宽带、广电系统、宽带运营服务商、系统集成商、大学、网络公司、房地产开发商等纷纷投巨资把用户宽带接入网的建设作为发展重点，使宽带网的建设与业务开通取得了实质性的进展。自2002年起陆续推出PON网络的试用后，于2004年首先在武汉进行了WDM-PON网络的试运转。一些经济较发达的城市提出要把宽带接入网的建设作为城市发展的一项重点工作，提出利用光纤到户“拉动本地产业，促进信息消费”，并计划用35年的时间建设适合全业务需求、宽带化的城市信息接入网，实现光纤到小区、光纤到大楼。智能小区实现千兆进小区、百兆到楼、十兆入户；智能大厦实现千兆到大楼、百兆到楼层、十兆到桌面。由此可见，中国光纤到户的市场非常巨大，充满着无限商机。2OTDR在FTTH线路施工、维护中的作用通信大发展，测试需先行。前面提到，基于FTTH的宽带网络能够为用户提供语音、数据及影像的服务，它的前提是要进行FTTH的线路及设备建设，同时，还要保证线路及设备的正常运营。在FTTH的线路施工、维护测试及抢修过程中，作为光纤线路测试的专用仪器光时域反射计（OTDR）是必不可少的测试仪器，它是采用时域测量的方法，发射具有一定宽度的光脉冲并注入被测光纤，然后通过检测光纤中返回的瑞利散射（Rayleighscattering）及菲涅尔反射（Fresnelreflection）光信号功率沿时间轴的分布曲线，即可探知被测光纤的长度及损耗等物理特性，同时，利用其强大的数据分析功能，可对光纤链路中的事件点及故障点精确定位，其最重要的特点是：单端无损测试，测试速度快，故障定位准确。目前，光时域反射计可使用850nm、1300nm（适用于多模光纤）、1310nm、1380nm、1480nm、1550nm及1625nm（适用于单模光纤）等波长进行光纤线路的测量，测量的重点在于验证局端至分支器、分支器至各用户端光纤的熔接、接头与线路的损耗等，依次验证各光纤距离与施工时相比是否正确，同时，也可形成数据库以供日后运营商在线监控测试、维修中便于对光纤线路的品质确任及故障查找等。2.1OTDR在FTTH线路施工、维护中的测试众所周知，光纤由于重量轻、耐腐蚀、不受电磁干扰的影像，在环境适应性方面要比电缆强许多，那么光纤线路质量的好坏就取决于光缆质量及施工过程了。根据光缆的结构，只要在光缆施工的过程中，严格按照规范施工，则光缆受伤害的几率很小。一旦光缆施工后，就必须借助OTDR才能了解光纤线路的状况，通过人的眼睛是无法得知的，所以，在光缆线路的维护运营中，用OTDR测试光纤链路是非常重要和必需的。 OTDR在光纤施工过程中一般要进行四次测试：来料测试、熔接前测试、熔接后测试及施工后的验收测试。（1）光缆在布放前，对光缆中的每一根光纤都要先作测试，因为光缆从出厂运输到买方单位再转运到工地，中间经过了多次的上下装货、卸货，难保光缆不受损伤。所以，布放前测试光缆的作用是为了划清责任界限，即保证光缆在施工前是好的。从维护运营的角度看，测试有两个目的：一是确保光缆没有因施工而受损，二是确定光缆线长，以免长度不够。（2）光缆布放后接续前也必须进行再测试，这是由于随着科技的进步，光纤熔接机的熔接质量已大幅度提高，使得熔接点的损耗不再是光纤线路损耗的主要因素。由于熔接损耗小，光信号通过该点后，光功率的变化不明显，用OTDR测试时，不容易判断出来，而在光纤链路的测试曲线中也不易查找到熔接点，这就会在日后运营维护上产生诸多不便：一是进行线路维修时，因为不知到该段光缆到底有多长从而造成领料困难；二是线路改接不易，改接点一般都应选在接头的位置，因曲线中熔接点不明显，可能因找不到熔接点而无法进行改接。所以，接续前再次测试可防止这类问题的发生，同时，也能验证光缆在布防时没有对光缆造成损伤。接续前测试与一般OTDR的测试方式相同，只是在光缆还没有接续前，先将测试的光缆长度及损耗数据储存起来，建立线路段长度及损耗的数据库，以作为将来线路维护的重要参考。（3）在光缆熔接后还需要再次用OTDR进行测试，此次测试有两个作用：一是测试熔接点的熔接损耗有没有超出规定的要求，一旦发现超标点，可及时再次重新熔接，二是借助测试并对照光缆的芯线，因为熔接数百芯的光纤难保不会接错。光缆链路中有许多熔接点，对链路中个别超标的熔接点，一般来讲，有两个原因：一是光纤的原因，即接续点两端的光纤数值孔径差别过大，可能是因不同厂家造成的，不过，随着光纤制造技术的进步，这方面的差别已越来越小；另一个是熔接的原因，由于人为疏忽或熔接机故障造成的。在用OTDR确定光纤链路中不合格熔接点时，一定要认真测试，仔细判定，对不合格点要认真对待，否则的话，这个点可能是造成整个光纤链路劣化特别快最直接的原因。（4）在光缆工程完工后，还要进行线路的最后测试，施工方测试主要是对光缆链路进行自测、自查、自检，测试数据可作为随后验收时的参考，验收方测试主要是依据标准要求，对光缆链路的长度、链路损耗及接头损耗等进行验收测试，对测试数据建立数据库，作为日后运营维护的重要参考。最终测试也可借助光源、光功率计及OTDR三种仪器共同进行，前两者是用来测试光信号在实际链路内传输时的损耗情况，而用OTDR是找出链路中不好的熔接点及地理位置。测量光纤链路损耗由光源和光功率计组成，测量时，发送端和接收端各需一人，测试前，双方可先约定测试光缆中光纤的顺序（可按光纤涂覆材料的颜色），这样做还有一个好处就是能及时发现错接的光纤。2.2FTTH对OTDR的性能及指标要求 鉴于FTTH的光纤线路距离都不长，所以对OTDR的指标要求也不同于用于长距离测试的OTDR，所以笔者认为：基于FTTx测试的OTDR，应该是其体积小、重量轻、事件盲区小，测距分辨率高，电池供电时间长并便于携带等，具体指标要求可参考如下：动态范围：20/24dB（850nm/1300nm，多模光纤）；32/30/30dB（1310nm/1550nm/1625nm,单模光纤）；事件盲区：2m；测距分辨率：0.1m；动态范围是OTDR最重要的指标之一，反映了其探测长距离光纤线路的能力，同等条件下，动态范围越大，则可探测的光纤距离越长,动态范围的大小既与OTDR的工作波长有关，也与其可发射的光脉冲宽度有关，一般讲OTDR的动态范围有多大，都是指在最大光脉冲宽度的条件下。OTDR应用于FTTH线路测试，不需要很大的动态范围，一般讲，对多模光纤的测试，20/24dB（850nm/1300nm）就够了；而对单模光纤的测试，则32dB（1310/1550nm/1625nm）就已满足实际使用。事件盲区也是OTDR的一个重要指标，反映了OTDR对短距离光纤的探测能力。测试盲区越小、测距分辨率越高，则光纤线路中事件点和故障点的定位精度越高。同动态范围一样，OTDR事件盲区的大小也与光脉冲宽度有直接的关系，脉冲宽度越窄，则可能的事件盲区越小。一般来说，OTDR的事件盲区指标都是在特定的测试条件下实现的，如最小测试脉宽，端面反射40dB等。对FTTH光纤链路的测试，要求OTDR的事件盲区要小于2m。对OTDR来讲，USB接口是非常必要的，目前，市场上有许多品牌的OTDR，有的配置有软驱，可通过软磁盘存储；还有的配置了PCM卡，但这都很不方便，道理很简单：软磁盘的耐用性较差，用不了几次就报废了，且能正常工作的温度范围也只有535，另外存储容量也不够大，只有1.44Mbytes，存不了几幅波形；PCM卡虽然容量稍大，但使用不方便，需要购买相应的读卡器，这可需要用户掏自己的腰包。相比之下，OTDR配有USB接口就非常方便了，即插即用，可靠性自不用说，那是软磁盘无法相比的，存储容量也非常大，即便按目前市场上流行的128M最小容量，存储几千幅波形是绝对没问题的。电池供电也是不可忽略的一个方面，考虑到对FTTH光纤线路的测试，都是外出作业，要求电池的供电时间越长越好，目前，市场上各家OTDR都说自己的电池供电时间长，工作条件各不相同：有的是待机时间，有的是连续测试时间，还有的是每5分钟测试1分钟的时间，更有甚者是指两个电池包的工作时间。所以，在选购OTDR时，不能只看电池供电时间，还要了解是在什么工作条件下才不至于被误导。由中国电子科技集团个公司第41研究所最新研制并推出的AV6413型高性能微型OTDR，采用一体化模具设计，体积小、重量轻（约2.5kg）、外观新颖；环保材料加工，强度高；内带Li离子电池供电，电池工作时间长达8小时（连续测试时间不小于6小时），特别适合于长时间外出作业；机内存储容量大（可存储不小于900幅波形），通过USB盘可快速进行测试波形的转存，利用附送的分析软件可方便的在计算机上浏览测试波形并进行测试报表的制作。更重要的是，针对不同的应用领域，AV6413可提供850nm、1300nm、1310nm、1550nm及1625nm等不同测试波长、不同动态范围（从20/24dB、32/30dB、36/36dB、40/38dB、42/40dB等）等多种配置，用户可根据实际需要，选择所需的测试模块。2.3OTDR的使用及注意事项 使用OTDR测试光纤链路，目的是得到光纤的长度、链路损耗、熔接损耗、熔接点和故障点位置等信息。对于一般的测试，用OTDR的自动测试功能即可满足要求，但也不能过分依赖于自动测试，在有些情况下，自动测试未必能给出满意的结果，比如短距离（几十米之内）和超长距离的测试中，对事件点的判定和定位就未必准确，本来没有事件点的地方可能误判有事件点，而应该有的事件点也可能漏判，有