OTDR测试原理与注意事项

1.OTDR测试原理 

      OTDR 是 Optical Time Domain Reflectometer 的英文缩写 ,即光时域反射仪。它应用于各种光通信网络的测试 ,包括测试光纤传输系统中的接头损耗、光纤的距离、链路损耗、光纤衰减 ,定位断点和端点 ,测试反射值和回波损耗 ,建立事件点与地标的相对关系 ,建立数据文件、数据存档并打印。

  其测试原理是:首先在激光器中加脉冲调制 ,经过可以分离发射光与接收光的光方向耦合器 ,将测试光送往测量对象的光传输线路。由于瑞利散射的作用 ,从光纤各部分(包括光纤的不均匀性、光连接器、光纤接头、光纤的故障或断点) 返回的后向散射光就会在屏幕的时基上显示出连续的信号 ,即近处先而远处后 ,其强度与各点传输光功率成比例。显然 ,经光耦合器将反向散射光进行分离接收 ,令横轴以距离的形式与后向散射光到达的时间顺序相对应 ,令纵轴以 dB 表示散射光的强度并在屏幕上显示出来 , 这样就可以在横轴上将光脉冲往返时间换成光纤长度的刻度 ,直接用于观察沿整个光纤线路传输光功率的变化状态

2.OTDR组成部分

激光器:将符合规定要求的稳定的光信号发送到被测光纤。

脉冲发生器:控制光源发送的时间 ,控制数据分析电路与激光器同步工作。

定向耦合器:将光源发出的光耦合到被测光纤 ,并将光纤反射回的光信号耦合到光探测器。

光探测器:将被测光纤反射回的光信号转换为电信号。

数据分析及显示: 将反射回的信号与发送脉冲比较 ,计算出响应数据并在屏幕上显示出相关曲线。

otrd成像波形

  在距离 0 点上显示的光强度是表示光耦合器发送光的泄入 ,而在光纤中随着距离的增加 ,散射光电平则呈直线下降 , 由其斜率值可以计算出光传输损耗值(dB/ km) 。当光纤有接头等集中损耗时就会呈现出曲线错位 ,它可视为该点的接续损耗。在光纤端部接触空气会产生因折射率差异而引起的菲涅耳反射; 当光纤发生断裂时 ,就可以从曲线上确定断点位置。如果接续时有气泡、光纤端部不干净或者光纤端面不光滑都会产生反射 ,在曲线中也有错位的现象。在了解光纤的损耗特性时 ,我们知道 ,瑞利散射是造成光纤损耗的原因之一。光波在光纤中传输时 ,沿途受到直径比光波波长还小的散射粒子的散射 ,散射光向各个方向传播 ,而向入射方向传播的一部分光称为背向散射光 ,而OTDR 就是利用背向散射光来测试光纤中的参数。

3.基本概念

3.1 背向散射

    定义:光纤自身反射回的光信号称为背向散射光。

    原因:主要是由于瑞利散射。

  应用:OTDR 正是利用其接收到的背向散射光强度的变化来衡量被测光纤上事件损耗的大小; OTDR不仅能对各事件点上的反向光信号进行测量 ,同时也可以对光纤本身的反向光信号进行测量。因此我们可以在 OTDR 上观察到光纤沿线各点上的曲线状态。

3.2 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为反射事件。反射事件损耗的大小同样是由背向散射电平值的改变量来决定。反射值是由背向散射曲线上反射峰的幅度所决定。

3.3非反射事件

  光纤中的接头和微弯都会带来损耗 ,但不会引起反射 ,称为非反射事件。它在 OTDR 测试曲线上以背向散射电平上附加一突然下降台阶的形式表现出来 ,因此曲线在纵轴上的改变即为该事件的损耗大小。

3.4 光纤末端

  光纤末端通常有两种情况。

①如果光纤的末端是平整的端面或末端接有活动连接器(平整抛光) ,在光纤末端就会存在有 4 %的菲涅耳反射。

②如果光纤末端是破裂的端面 ,由于末端端面的不平整会使光线漫射而不引起反射 ,在 OTDR 上显示如图所示。

  第一种情况为反射幅度较高的菲涅耳反射。第二种情况光纤末端显示的曲线从背向反射电平简单在降到 OTDR 噪声电平以下。有时破裂的末端也会引起反射 ,但它的反射峰不会像平整端面或活动连接器带来的反射值那么大。在测量光纤末端时 ,必须选准光纤末端 ,否则测量出光纤的长度不准确 ,所以确定 OTDR 游标 B 很重要。下面几种曲线情况(见图 ) 为光纤末端以便区分

4.OTDR使用注意事项

  (1) 故障定位应准确或者要做到误差很小 ,我们称为测量距离准确度。准确度的高低与脉冲宽度、测试系统的信噪比有关 ,脉冲宽度越窄准确度越高。目前 ,OTDR 准确度可达到 10 m 以内。

  (2) 了解动态范围与测量范围之间的关系。

  (3) 距离刻度是表示 OTDR 测量光纤长度指标 ,是OTDR 的主要参数 ,仪表一般只给出测试距离的刻度 ,把计分表给出的最大距离刻度视为可测光纤最大距离是一种错误 ,最长测量距离一般由仪表的动态范围和被测光纤的衰减所决定。

  (4) 脉冲宽度的选择对测量精度也很重要。如果对靠近 OTDR 的光纤进行观察时可选择窄脉冲 ,以便分辨两个事件 ,提高清晰度;如需对光纤远端的事件进行观察时 ,可选择宽脉冲 ,以提高仪表的动态范围 ,观察更长的距离。同时脉冲宽度的选择与盲区也有关系 ,脉冲宽度越宽盲区越大 ,这样就可能无法精确定位紧挨着反射事件后的断点;如果脉冲宽度越窄 ,盲区就会越小 ,就不能精确识别光纤末端与噪声电平的界限。操作人员应根据实际情况选择适当的脉冲宽度 ,原则上在保证能识别光纤末端的情况下 ,尽可能小地设置脉冲宽度 ,一般情况下仪表给出的盲区是指最小脉宽 时的指标。

  (5) 折射率的选择。OTDR 是通过对反射信号时间参数进行测量后再按公式来计算距离参数 ,计算公式为:

  L = V T = TC/ n

  式中: C 为光在真空中的速度; n 为光纤的折射率; T为光在光纤中传播时间的一半。 当对被测光纤的折射率设置有偏差时 , 即使是1 %误差 , 对于长距离测量也会引起很大的误差。比如 ,有 1 %的折射率误差 ,当测量 20 km 的光纤时就有200 m 左右的误差;如果测量的距离加长 ,那么误差也会加大。所以 ,在具体操作时折射率的选择一定要准确 ,一般应选择光纤出厂时检验报告上填写的折射率值;如果一个光纤链路内有好几个厂家的光纤 ,那么测量时可采用分段设置折射率方法 ,尽量减少因折射率设置不准确而带来的误差。在上述诸多因素中折射率的选择对 OTDR 的测量精度至关重要。如图 是分段设置折射率示意图。

分段设置折射率波形图 这里需要注意: 引起测定光纤距离的误差主要有3 个因素: ①定时误差; ②OTDR 距离分辨率;③光纤的 折射率。

    综上所述 ,OTDR 是进行光缆故障定位的一种快速手段 ,它采用背向散射技术能够较准确地测试光纤的各种参数。仪表设置不当和操作人员的计算失误 ,是进行光缆和故障定位时误差产生的主要原因。使用 OTDR进行光缆故障定位时 ,我们要考虑多方面的因素 ,在准确测试光纤长度的同时 ,要将光纤长度正确地折算成光缆的长度 ,同时应将整个过程中的误差因素都考虑进去 ,这样才能尽快确定故障点 ,以缩短故障处理时间。另外 ,OTDR 属于精密仪器 ,操作要求比较高 ,平时应妥善保管 ,严格管理 ,正确操作 ,这对光缆线路工程的施工和维护尤为重要。同时 ,用光时域反射仪测得的光纤中的所有参数 ,反映了被测光纤的长度及沿途损耗状态 ,作为原始资料应当保存好 ,以便将来使用