《光纤通信》-学习单元６　 工程测试

任务６－１ＯＴＤＲ测试１.一般规定１)光时域反射仪光时域反射仪的英文全称为ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ(ＯＴＤＲ)。ＯＴＤＲ用到的光学理论主要有瑞利散射(Ｒａｙｌｅｉｇｈｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ)和菲涅尔反射(Ｆｒｅｓｎｅｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ)。它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度，光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。具体内容见视频６-１。ＯＴＤＲ主要由激光器、探测器、控制系统、显示器、耦合器/分路器组成，如图６-１所示。下一页返回任务６－１ＯＴＤＲ测试２)ＯＴＤＲ的参数ＯＴＤＲ的参数如下:(１)测试距离。其是指从发射脉冲到接收到反射脉冲所用的时间，再确定光在光纤中的传播速度，就可以计算出距离。其测量距离可用公式表示为:ｄ＝(ｃ×ｔ)/２ＩＯＲ(２)脉冲宽度。其可以用时间表示，也可以用长度表示。很明显，在光功率大小恒定的情况下，脉冲宽度的大小直接影响光的能量的大小，光脉冲越长，光的能量就越大，传输距离也就越远。同时脉冲宽度的大小也直接影响测试死区的大小，也就决定了两个可辨别事件之间的最短距离，即分辨率。显然，脉冲宽度越小，分辨率越高，脉冲宽度越大，分辨率越低。上一页下一页返回任务６－１ＯＴＤＲ测试(３)折射率。折射率就是待测光纤实际的折射率，这个数值由待测光纤的生产厂家给出，单模石英光纤的折射率为１.４~１.６。折射率越精确，对提高测量距离的精度越有帮助。这个问题对配置光路由也有实际的指导意义，实际上，在配置光路由的时候应该选取折射率相同或相近的光纤进行配置，尽量减少不同折射率的光纤芯连接在一起形成一条非单一折射率的光路。(４)测试光波长。其是指ＯＴＤＲ激光器发射的激光的波长，波长越短，瑞利散射的光功率就越强，在ＯＴＤＲ的接收段产生的轨迹图就越高，所以１３１０ｎｍ的脉冲产生的瑞利散射的轨迹图样就要比１５５０ｎｍ的脉冲产生的图样要高。上一页下一页返回任务６－１ＯＴＤＲ测试(５)平均值。为了在ＯＴＤＲ中形成良好的显示图样，根据用户需要动态的或非动态的显示光纤状况而设定参数。由于测试中受噪声的影响，光纤中某一点的瑞利散射功率是一个随机过程，要确知该点的一般情况，减少接收器固有的随机噪声的影响，需要其在某一段测试时间的平均值。根据需要设定该值，如果要求实时掌握光纤的情况，那么就需要设定平均值时间为０，而一条永久光路，则可以用无限时间。(６)动态范围。其指后向散射开始与噪声峰值间的功率损耗比。它决定了ＯＴＤＲ所能测得的最长光纤距离。如果ＯＴＤＲ的动态范围较小，而待测光纤具有较高的损耗，则远端可能会消失在噪声中。上一页下一页返回任务６－１ＯＴＤＲ测试(７)后向散射系数。如果连接的两条光纤的后向散射系数不同，就很有可能在ＯＴＤＲ上出现被测光纤是一个增益器的现象，这是由于连接点的后端散射系数大于前端散射系数，导致连接点后端反射回来的光功率反而高于前面反射回来的光功率。遇到这种情况，建议用双向测试平均值的办法来对该光纤进行测量。⑧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的获取时间将比１ｍｉｎ的获取时间提高０.８ｄＢ的动态。但超过１０ｍｉｎ的获取时间对信噪比的改善并不大。一般平均时间不超过３ｍｉｎ。(９)死区。死区的产生由反射淹没散射并且使接收器饱和引起的，通常分为衰减死区和事件死区两种情况。其中衰减死区是指从反射点开始到接收点回复到后向散射电平约０.５ｄＢ范围内的这段距离。这是ＯＴＤＲ能够再次测试衰减和损耗的点。上一页下一页返回任务６－１ＯＴＤＲ测试(１０)鬼影。它是由于光在较短的光纤中，到达光纤末端Ｂ产生反射，反射光功率仍然很强，在回程中遇到第一个活动接头Ａ，一部分光重新反射回Ｂ，这部分光到达Ｂ点以后，在Ｂ点再次反射回ＯＴＤＲ，这样在ＯＴＤＲ形成的轨迹图中会发现在噪声区域出现了一个反射现象，如图６-２所示(红色为一次反射，绿色为二次反射):３)ＯＴＤＲ测试方式(１)ＯＴＤＲ监测和测量方式。采用ＯＴＤＲ进行光纤连接的现场监测和连接损耗测量评价，是目前最为有效的方式。这种方法直观、可信并能打印光纤后向散射信号曲线。另外，在监测的同时可以比较精确地测出由局内至各接头的光纤实际传输距离，这对今后在维护中查找故障是十分必要的。上一页下一页返回任务６－１ＯＴＤＲ测试(２)ＯＴＤＲ测试。①光纤质量的简单判别。在正常情况下，ＯＴＤＲ测试的光纤曲线主体(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。②波长的选择和单双向测试。１５５０ｎｍ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测得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需进行双向测试分析计算，才能获得良好的测试结论。上一页下一页返回任务６－１ＯＴＤＲ测试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、曲线多噪声，甚至测量不能进行，它还可能损坏ＯＴＤＲ。避免用酒精以外的其他清洗剂或折射率匹配液，因为它们可使光纤连接器内的黏合剂溶解。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，这种尖峰被称为鬼影。上一页下一页返回任务６－１ＯＴＤＲ测试⑥正增益现象处理。在ＯＴＤＲ曲线上可能会产生正增益现象。正增益的形成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。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，也可采用不大于０.０８ｄＢ即合格的简单原则。２.测试曲线ＯＴＤＲ横坐标是距离(长度ｋｍ)，纵坐标是损耗(衰减ｄＢ)，ＯＴ-ＤＲ测试的对象主要是长度、衰减系数、平均损耗、总损耗、接头损耗、熔点损耗、任意两点的损耗及平均损耗、弯曲损耗、裂痕和故障点等，如图６-３所示。典型测试曲线见动画６-１。上一页返回任务６－２光缆线路测试１.光缆线路测试的类型光缆线路工程测试及光缆线路维护测试是光缆线路测试的两大类型。１)光缆线路工程测试光缆线路工程测试又称工程测试。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性能指标检测。在光纤通信工程建设中，工程测试是工程技术人员随时了解光缆线路技术特性的唯一手段。工程测试同时也是施工单位向建设单位交付通信工程的技术凭证。下一页返回任务６－２光缆线路测试工程测试一般包括单盘测试和竣工测试两部分，其分别代表了工程施工的两个重要阶段。(１)单盘测试。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的传输、技术特性进行检验，以确定运输到分屯点上的光缆是否达到设计文件的要求。光缆的单盘测试对确保工程的工期、施工质量以及对今后保证通信质量、提高通信工程经济效益和维护使用寿命有着重大影响。单盘测试还是光缆配盘的主要依据。(２)竣工测试(中继段测试)。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关键的一道工序。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。这不仅是对工程质量的自我鉴定过程，同时也是通过竣工测量为建设单位提供光缆线路光电特性的完整数据，供日后维护参考。竣工测试以一个中继段为单位。竣工测量应在光缆线路工程全面完工的前提下进行。上一页下一页返回任务６－２光缆线路测试２)光缆线路维护测试光缆线路维护测试简称维护测试。维护测试是光缆线路技术维护的重要组成部分，是判断光缆线路工作状态的主要手段。通过对光缆线路的光、电特性进行测试，可以了解光缆的工作状态，掌握光缆线路的实际运行状况，正确判断可能发生障碍的位置和时间，为光缆线路维护提供可靠的技术资料。２.测试项目１)工程测试项目光缆线路的竣工测试主要包括光纤特性的测量、电特性的测量和绝缘特性的测量，具体内容见表６-２。上一页下一页返回任务６－２光缆线路测试２)维护测试项目光缆线路维护测试主要有光纤线路衰减测试、光纤后向散射曲线测试、接地电阻测试(光缆接地装置)、金属护套对地绝缘测试、光缆故障点的测试等项目，见表６-３。３.中继段测试光缆线路衰减测试(１)光缆线路衰减定义。可将一个单元光缆段中的总衰减定义为上一页下一页返回任务６－２光缆线路测试(２)光缆线路的测量方法。其主要有插入法和后向散射法。①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衰减的方法。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行测量。②后向散射法。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ＯＴＤＲ都有盲区，使近端光纤连接器插入损耗、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离尾部太近也无法定量显示，因此，用ＯＴＤＲ所得到的测量值实际上是未包括连接器在内的光缆线路衰减。为了按光缆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。上一页下一页返回任务６－２光缆线路测试在采用插入法进行测量时，若偏差较大，则可用后