OTDR测试原理及使用经验大全

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OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产

生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，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W故障定位等的测量。

OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收

返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性

质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其

中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由

OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线

片断。

从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速

度，就可以计算出距离。以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离

的。d=(cxt)/2(IOR)在这个公式里，c是光在真空中的速度，而t是信

号发射后到接收到信号(双程)的总时间(两值相乘除以2后就是单

程的距离)。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确

地测量距离,被测的光纤必须要指明折射率(IOR)eIOR是由光纤生

产商来标明。

OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射

是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到

OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导

致的衰减(损耗/距离)程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明

了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和

背向散射的信号都有所损耗。

给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长

已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率

就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率

较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生

的轨迹的瑞利背向散射要高。

在高波长区（超过1500nm）,瑞利散射会持续减小，但另外一

个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值

的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是

作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到OTDR。作为

1550nm波长的OTDR,它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距

离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，OTDR的测试

距离就必然受到限制，因为测试设备需要在OTDR轨迹中测出一个尖

锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。

另一方面，菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别

点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与

空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，

OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。

大型的OTDR,就有能力完仝、臼动地识别出光纤的范围。这种

新的能力大部分是源于使用了高级的分析软件，这种软件对OTDR的

采样进行审查并创建一个事件表。这个事件表显示了所有与轨迹有关

的数据，如故障类型，到故障点的距离，衰减，回损和熔接损耗。

OTDR原理

1.1瑞利后向散射

由于光纤本身的缺陷和掺杂组分的非均匀性，使得光纤中传播的

光脉冲发生瑞利散射。一部分光（大约有0.0001%（1））沿脉冲相

反的方向被散射回来，因而被称为瑞利后向散射，后向散射光提供了

与长度有关的衰减细节。

连熔连培弯机终

接接械

接接

器器曲连结

楼

光

裂或

、断

械接续

器、机

如连接

边界（

介质的

两传输

折射率

在不同

长

光纤

定沿

确确

于准

R用

OTD

象被

,此现

反射

涅耳

生菲

）会发

结处

纤终

折射率

整度及

面的平

边界表

依赖于

的大小

。反射

的位置

连续点

度上不

。

反射

涅耳

小菲

可减

配液

率匹

折射

利用

差，

框图

结构方

TDR

1.2O

。

框图

构方

理结

DR原

是OT

上图2

生所

）,产

管（LD

光二极

驱动激

窄脉冲

可调的

出宽度

生器发

脉冲发

测光

射到被

器后入

向耦合

，经方

S）

20|J

2ns-

常为

冲（通

的光脉

需宽度

测器，

光电探

器进入

经耦合

反射光

菲涅耳

射光和

后向散

中的

光纤

纤，

器

放大

号，由

成电信

号转换

射光信

光和反

的散射

接收到

测器把

光电探

放大后送信号处理部件处理(包括取样、模数转换和平均)，结果由显示

部件显示：纵轴表示功率电平，横轴表示距离。时基与控制单元控制

脉冲宽度、取格口平均。

OTDR主要性能指标

对OTDR的性能参数的了解有助于OTDR的实际光纤测量。

OTDR性能参数主要包括动态范围、盲区、分辨率、精度等。

2.1动态范围(Dynamicrange)

动态范围是OTDR主要性能指标之一，它决定光纤的最大可测量

长度。动态范围越大，曲线线型越好，可测距离也越长。动态范围目

前还没有一个统一的标准计算方法〔1〕，常用的动态范围定义主要有

以下四种：

①正C定义(Bellcore):常用的动态范围定义之一。取始端后向散

射电平与噪声峰值电平间的dB差，测量条件为取OTDR最大脉冲宽

度、180秒的测量时间。

②RMS定义：最常用的动态范围定义。取始端后向散射电平与

RMS噪声电平间的dB差。若噪声电平呈高斯分布，则RMS的定义值

比IEC定义值高约1.56dB。

③N=O.ldB定义：最实用的定义方法。取可以测量损耗为O.ldB

事件时的最大允许衰减值。N=O.ldB定义值比信噪比SNR=1的

RMS定义值小大约6.6dB,这意味着若OTDR有30dB的RMS动态

范围,则N=O.ldB定义的动态范围只有23.4dB,即只能在23.4dB

衰减范围内测量损耗为O.ldB的事件。

④端探测(Enddetection):光纤始端的4%菲涅耳反射峰与RMS

噪声电平的差，此值比定义值高约

dBIEC12dBo

2.2盲区(Deadzone)

〃盲区〃又称"死区"，是指受菲涅耳反射的影响，在一定的距

离范围内OTDR曲线无法反映光纤线路状态的部分。此现象的出现主

要是由于光纤链路上菲涅耳反射强信号使得光电探测器饱和，从而需

要一定的恢复时间。盲区可发生在OTDR面板前的活结头或光纤链路

中其它有菲涅耳反射的地方。

Bellcore定义了两种盲区〔2〕：衰减盲区(ADZ)和事件盲区

(EDZ)。衰减盲区是指各自的损耗可以分别被测量时的两反射事件间的

最小距离，通常衰减盲区是5~6倍的脉冲宽度(用距离表示)；事件盲

区是指两个反射事件仍可分辨的最小距离，此时到每个事件的距离可

测，但每个事件各自的损耗不可测。

两种盲区的定义可用下图4表示。

图4衰减盲区(ADZ)与事件盲区(EDZ)的定义

盲区的大小与脉冲宽度、反身系数、损耗等因素有关。脉宽越短,

盲区越小，但短脉冲同时又减小了动态范围，因此要在盲区和动态范

围之间折衷选择脉宽。

2.3分辨率(Resolution)

OTDR有四种主要分辨率指标：取样分辨率、显示分辨率(又叫读

出分辨率)、事件分辨率和距离分辨率。取样分辨率是两取样点之间最

小距离，此指标决定了OTDR定位事件的能力。取样分辨率与脉宽和

距离范围大小的选取有关。显示分辨率是仪器可显示的最小值。OTDR

通过微处理系统将每个取样间隔细分，使光标可在取样间隔内移动，

光标移动的最短距离为水平显示分辨率、所显示的最小衰减量垂直显

示分辨率。

事件分辨率是指OTDR对被测链路中事件点的分辨门限,也就是

事件域值（探测阈），OTDR把小于这个阈值的事件变化当作曲线中斜率

均匀变化点来处理。事件分辨率由光电二极管的分辨阈决定，根据两

接近的功率电平，指定可被测量的最小衰减。距离分辨率指仪器所能

分辨的两个相邻事件点间的最短距离，此指标类似与事件盲区，与脉

宽、折射率参数有关。

表1

分辨率

动态范

取样1,1J

件能困EDZADZ业小

波K(nm)（n）'JH'I冷肉

折标（RMS定

水我减用离(dB)(m)

义）甲|,1

(dBdB)(m)

T1

■i■—r—*">■■■■■VI1

精度是OTDR的测量值与参考值的接近程度，包括衰减精度和距

离精度。衰减精度主要是由光电二极管的线性度决定的，目前大多数

OTDR的线性度可达0.02dB/dB。距离精度依赖于折射率误差、时基

误差Q0-4~10-5范围内变动）以及取样分辨率,在不考虑折射率误差

时，距离精度可用下式表达〔1〕：

距离精度=±1m±5x10-5x距离士取样分辨率

除以上几种性能指标外，还包括波长、测量时间等指标。另外，

大多数OTDR还提供曲线存储、输出端口等功能。

OTDR的使用

OTDR可执行下面的测量：

*对每个事件：距离，损耗，反射

*对每个光纤段：段长,段损耗dB或dB/Km,段回波损耗（ORL）

*对整个终端系统：链长度，链损耗dB，链ORL

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。

3.1参数设置

大多数OTDR对待测光纤通过发射测试脉冲自动地选择最佳的获

取参数，使用者只需选择波长、获取时间及必要的光纤参数(如折射率、

散射系数等)。自动获取参数需要一定的时间，因而，在已知测量条件

下，操作者可人工选择测量参数。

3.1.1波长选择

光系统的行为与传输波长直接相关，不同的波长有各自不同的光

纤衰减特性及光纤连接中不同的行为：同种光纤,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。为此，光纤测试应

与系统传输的波长相同,这意味着1550nm光系统需选择1550nm的

波长。

3.1.2脉宽

脉宽控制OTDR注入光纤的光功率,脉宽越长，动态测量范围越

大,可用于测量更长距离的光纤，但长脉冲也将在OTDR曲线波形中

产生更大的盲区；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，也可根据公式(4)用长度单位(m)来表示。例如100ns脉

冲可以解释为脉冲。

3.1.3测量范围

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。测量范围通常设置为待测光纤长度

1~2倍距离之间。

3.1.4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

Imin的获得取提高0.8dB的动态。但超过lOmin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

3mino

3.1.5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果。

这两个参数通常由光纤生产厂家给出，对于大多数种类的光纤来说，

表2给出的折射率和后向散射系数可以得到较为准确的距离和回损测

量结果。

模式多模单模

波长850nm1300iun1310nm1550nn>

折射率1.4771.17191.16801.1685

经验与技巧

Q)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。

(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。

(3)接头湖吉:

光