第6章 光 缆 的 测 试

1、光缆线路工程测试是指在工程建设阶光缆线路工程测试是指在工程建设阶段，对单盘光缆和中继段光缆进行的性能段，对单盘光缆和中继段光缆进行的性能指标检测。指标检测。 单盘测试是单盘检验的组成部分。单单盘测试是单盘检验的组成部分。单盘测试是对运输到现场的光缆传输、技术盘测试是对运输到现场的光缆传输、技术特性进行检验，以确定运输到分屯点上的特性进行检验，以确定运输到分屯点上的光缆是否达到设计文件的要求。光缆是否达到设计文件的要求。 光缆线路工程竣工测试又称光缆的中光缆线路工程竣工测试又称光缆的中继段测试，这是光缆线路施工过程中较为继段测试，这是光缆线路施工过程中较为关键的一项工序。竣工测试是从光电特性关键

2、的一项工序。竣工测试是从光电特性方面全面地测量、检查线路的传输指标。方面全面地测量、检查线路的传输指标。 竣工测试还应包括光缆线路工程的竣竣工测试还应包括光缆线路工程的竣工验收。工验收。 通过对光缆线路的光电特性测试，通过对光缆线路的光电特性测试，可以了解光缆的工作状态，掌握光缆线可以了解光缆的工作状态，掌握光缆线路实际运行状况，正确判断可能发生障路实际运行状况，正确判断可能发生障碍的位置和时间，为光缆线路提供可靠碍的位置和时间，为光缆线路提供可靠的技术资料。的技术资料。表 6-1-1 竣工测试项目 单盘测试项目 竣工测试项目 光 特 性 电 特 性 光 特 性 电 特 性 单 盘 光 缆 衰

3、减 单盘直流特性 中继段光缆衰减 中继段直流特性 单 盘 光 缆 长度 单盘绝缘特性 中继段光缆长度 中继段绝缘特性 单 盘 光 缆 背向曲线 单盘耐压特性 中继段光缆背向曲线 中继段耐压特性 中继段接地电阻 表 6-1-2 维护测试项目 项 目 周 期 备 注 接地装置和接地电阻测试 每年一次 雨季前 金属护套对地绝缘测试 全线每年一次 光纤线路衰耗测试 按需 备用系统一年一次 光纤后向散射曲线测试 按需 备用系统一年一次 光缆内铜导线电特性测试 每年一次 远供铜线根据需要确定 光缆线路的故障测试 按需 发现故障立即测试 衰减是光纤中光功率减少的一种度衰减是光纤中光功率减少的一种度量，它取决

4、于光纤的工作（波长）类型量，它取决于光纤的工作（波长）类型和长度，并受测量条件的影响。和长度，并受测量条件的影响。在波长在波长l处，一段光纤上相距距离为处，一段光纤上相距距离为L的两个横截面的两个横截面1和和2之间的衰减之间的衰减A(l)定义为定义为通常，对于均匀光纤来说，可用单位通常，对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减，即衰减系数反映光纤衰减性长度的衰减，即衰减系数反映光纤衰减性能的好坏。衰减系数能的好坏。衰减系数a a(l l)定义为定义为a a(l l)A(l l)/L (dB/km) A(l)=10lg)()(21llPP (dB) 常用的光纤衰减测量方法有截断法、后向常用的光纤衰减

5、测量方法有截断法、后向散射法和插入损耗法。散射法和插入损耗法。在不改变注入条件下，分别测出通过光纤在不改变注入条件下，分别测出通过光纤两个点的光功率两个点的光功率P1和和P2，再按定义计算出再按定义计算出光纤的衰减系数光纤的衰减系数a。 图6.1 截断法测量衰减的测量装置 图6.2 截断法测量衰减谱的测量装置 a单模光纤注入条件单模光纤注入条件b多模光纤注入条件多模光纤注入条件 滤模器滤模器 图6.3 采用滤模器的衰减测量注入装置 几何光学注入几何光学注入 图6.4 空间状态限制衰减测量的几何注入装置 包层模剥除器。包层模剥除器促使包层模剥除器。包层模剥除器促使包层转换成辐射模，从而使包层模从

6、光纤包层转换成辐射模，从而使包层模从光纤中被剥除。中被剥除。 光探测器。光探测器。 后向散射法是测量光纤衰减的第一替后向散射法是测量光纤衰减的第一替代法。它基于能从光纤中双向后向散射光代法。它基于能从光纤中双向后向散射光信号提取光纤衰减或衰减系数、光纤长度、信号提取光纤衰减或衰减系数、光纤长度、衰减均匀性、点不连续性、光学连续性、衰减均匀性、点不连续性、光学连续性、物理缺陷和接头损耗等信息。物理缺陷和接头损耗等信息。 经过往返两次衰减的值，所以曲线斜经过往返两次衰减的值，所以曲线斜率为常数的率为常数的AB段光纤的衰减为段光纤的衰减为 A(l l)AB = 0.5(PAPB) (dB)a a(l

7、 l) = A(l l)AB/LAB (dB/km) 图6.5 后向散射法测得的衰减曲线 AB间的长度（距离）为间的长度（距离）为L)(0lnc2t (m) 后向散射法所用的装置就是光时域反后向散射法所用的装置就是光时域反射计射计OTDR组成如图组成如图6.6所示。所示。 图6.6 OTDR的组成方框图 图6.7 OTDR衰减曲线 测量原理类似于截断法，只不过插测量原理类似于截断法，只不过插入损耗法用带活接头的连接软线代替短光入损耗法用带活接头的连接软线代替短光纤进行参考测量，计算在预先相互连接的纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接收系统之间（参考条件）因注入系统和接收系统之间（参

8、考条件）因插入被测光纤引起的功率损耗。插入被测光纤引起的功率损耗。 插入损耗法有两个可供选择的参考插入损耗法有两个可供选择的参考条件下的测量原理方案，如图条件下的测量原理方案，如图6.8所示。所示。 图6.8 典型的插入损耗法测试装置 方案方案1：被测光纤段的总衰减可按：被测光纤段的总衰减可按下式计算。下式计算。 式中：式中：Cr，C1，C2分别是在参考条件分别是在参考条件下，被测光纤输入端和输出端连接器的标下，被测光纤输入端和输出端连接器的标称平均损耗（称平均损耗（dB）。）。 A=10lg)()(21llPP+Cr?C1?C2 (dB) - 方案方案2：被测光纤段的总衰减：被测光纤段的总衰

9、减计算式如下。计算式如下。A=10lg)()(21llPP (dB) 图6.9 光纤连接损耗测量（“四功率值”法） 永久性连接的附加损耗为永久性连接的附加损耗为A=10lg41PP?10lg32PP=10lg21PP?10lg34PP -设光脉冲经长度为设光脉冲经长度为L(m)，平均折射率平均折射率为为n的光纤传输后，其传输时延的光纤传输后，其传输时延Dt为为DtnL/c (s) 式中，式中，c为真空中光速（为真空中光速（3108m/s），），此式可改写为此式可改写为LcDt/n (m) 图图66.110 传输脉冲时延测量光纤长度传输脉冲时延测量光纤长度可见，只要测得可见，只要测得Dt，便能求

10、得已知便能求得已知n值的光纤的长度，这就是传输脉冲时延法值的光纤的长度，这就是传输脉冲时延法的原理。的原理。 光纤长度便可由下式求得光纤长度便可由下式求得Lc2t/2n 图6.11 反射脉冲时延测量光纤长度 可将一个单元光缆段中的总衰减定义为可将一个单元光缆段中的总衰减定义为AYXLcSmnnnaaa1 (dB) 式中：式中：an为中继段中第为中继段中第n根光纤的衰根光纤的衰减系数（减系数（dB/km）；）；Ln为中继段中第为中继段中第n根光纤的长度根光纤的长度（km）；）；as为固定接头的平均损耗（为固定接头的平均损耗（dB）；）；X为中继段中固定接头的数量；为中继段中固定接头的数量；ac为

11、连接器的平均插入损耗（为连接器的平均插入损耗（dB）；）；Y为中继段中连接器的数量（光发送为中继段中连接器的数量（光发送机至光接收机数字配线架（机至光接收机数字配线架（ODF）间的活间的活接头）。接头）。 图6.12 中继段光纤线路损耗构成示意图 有插入法和后向散射法。有插入法和后向散射法。 核心网光缆线路，应采用插入法核心网光缆线路，应采用插入法测量。从中继段光缆线路衰减要求在带测量。从中继段光缆线路衰减要求在带已成端的连接插件状态下进行测量来说，已成端的连接插件状态下进行测量来说，插入法是唯一能够反映带连接插件线路插入法是唯一能够反映带连接插件线路衰减的方法。衰减的方法。插入法可以采用光纤

12、衰减测试仪（分插入法可以采用光纤衰减测试仪（分多模和单模），也可以用光源和功率计进多模和单模），也可以用光源和功率计进行测量。行测量。插入法的测量偏差，主要来自仪表本插入法的测量偏差，主要来自仪表本身以及被测线路连接器插件的质量，如某身以及被测线路连接器插件的质量，如某个长途光缆工程，据个长途光缆工程，据3个中继段光缆线路的个中继段光缆线路的衰减测量统计，平均偏差为衰减测量统计，平均偏差为0.3dB。后向散射法虽然也可以测量带连接插后向散射法虽然也可以测量带连接插件的光缆线路衰减，但由于一般的件的光缆线路衰减，但由于一般的OTDR仪都有盲区，使近端光纤连接器插入损耗、仪都有盲区，使近端光纤连接

13、器插入损耗、成端连接点接头损耗无法反映在测量值中；成端连接点接头损耗无法反映在测量值中；同样对成端的连接器尾纤的连接损耗由于同样对成端的连接器尾纤的连接损耗由于离尾部太近也无法定量显示。因此，用离尾部太近也无法定量显示。因此，用OTDR仪所得到的测量值实际上是未包括仪所得到的测量值实际上是未包括连接器在内的光缆线路损耗。为了按光缆连接器在内的光缆线路损耗。为了按光缆线路衰减的定义测量，可以通过假纤测量线路衰减的定义测量，可以通过假纤测量或采用对比性方法来检查局内成端质量。或采用对比性方法来检查局内成端质量。若偏差较大，则可用后向散射法作辅若偏差较大，则可用后向散射法作辅助测量。助测量。 光缆线

14、路衰减曲线测量指的是对光缆光缆线路衰减曲线测量指的是对光缆中光纤后向散射曲线的测量。中光纤后向散射曲线的测量。 光缆线路衰减曲线测量仪器采用的是光缆线路衰减曲线测量仪器采用的是光时域反向射仪，即光时域反向射仪，即OTDR仪。仪。表中继段衰减测量统计中继段中继段中继段方法 统计插入法（a）后向散射法（a）插入法（a）后向散射法（a）芯a（）aaaaaa-aa 1系统光性能参数主要是指光缆线路的衰减与色散、系统发送光功率、系统接收灵敏度、动态范围及系统富裕度等。2中继段衰减与色散的测试光纤中色散主要是指光信号经过光纤光纤中色散主要是指光信号经过光纤传输后在光纤输出端发生能量分散，导致传输后在光纤输

15、出端发生能量分散，导致传输信号畸变。传输信号畸变。 脉冲时延法是单模光纤色散测量的第脉冲时延法是单模光纤色散测量的第二替代测量法。这种测量方法的测量原理二替代测量法。这种测量方法的测量原理是，使不同波长的窄光脉冲分别通过已知是，使不同波长的窄光脉冲分别通过已知长度的受试光纤时，测量不同波长下产生长度的受试光纤时，测量不同波长下产生的相对群时延，再由群时延差计算出被测的相对群时延，再由群时延差计算出被测光纤的色散系数。光纤的色散系数。图6.13 脉冲时延法的测量装置 a参考光纤的测量参考光纤的测量b被测光纤的测量被测光纤的测量单位长度的群时延为单位长度的群时延为T (l)Tout(li)Tin(

16、li)/L （ps/km）式中：式中：Tout(li)输出脉冲时间差（输出脉冲时间差（ps）；）； Tin(li)输入脉冲时间差（输入脉冲时间差（ps）；）； L减去参考光纤长度后的被测光减去参考光纤长度后的被测光纤长度（纤长度（km）。）。偏振模色散（偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，PMD）是指单模光纤中的两是指单模光纤中的两个正交偏振模之间的差分群时延，它在数个正交偏振模之间的差分群时延，它在数字系统中使脉冲展宽产生误码（尤其在字系统中使脉冲展宽产生误码（尤其在WDM和和DWDM系统中）。系统中）。干涉法的测量原理是，当光纤一端用干涉法的测量原理是，当

17、光纤一端用宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的自相关函数或互相关函数，从而确定自相关函数或互相关函数，从而确定PMD。 干涉法的主要优点是测量速度非常快，干涉法的主要优点是测量速度非常快，测量设备体积小，特别适合于现场使用。测量设备体积小，特别适合于现场使用。 图6.14 光纤参考通道的Michelson干涉法的测量装置 图6.15 空气参考通道的Michelson干涉仪法的测量装置 图6.16 空气参考通道的Mach-Zehnder型干涉仪测量装置 图图6.17是对弱偏振模耦合（上方）和是对弱偏振模耦合（上方）和强偏振模耦合（下方）光纤，分别用自相强偏振模耦合（下方）光纤，分别用自相关型仪器（关型仪器（a，b）和互相关型仪器（和互相关型仪器（