OTDR原理和应用

时间:2018-05-12来源:互联网


OTDR 原理和应用

OTDR 功能

1、距离 / 长度测量 米, 千米, 英尺 2、光纤损耗测量dB/km, dB?? 3、连接器 / 接续损耗测量 dB 损耗回波损耗



工作原理



折射率

IOR = c/v (IOR:折射率) c = 真空中的光速 = 3 x 108 /秒 ?v = 给定媒介中的光速计算故障或事件点在光纤上的位置:L = vT/2?? 或?? L = cT/(2 ′ IOR) L = 到故障或事件点的距离T? = 反射脉冲在双路由上的总时延

折射率与测试数据关系









光纤损耗取值方法

2PA = 两点近似法? LSA = 最小均方根近似法





脉冲宽度

采用折衷办法

更大的脉冲宽度:更大的功率, 即更大的动态范围 更小的脉冲宽度:更好的分辨率, 但动态范围减小, 需要更多的平均。

常用测试参数设置





???? 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(λ):

?????? 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1.5~2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η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。

(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。

(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300~2000m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。

测试误差的主要因素

1)?????? OTDR测试仪表存在的固有偏差

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。

(4)?????? 平均化处理时间选择不当

? ??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0.5~3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,邮电部颁《电信网光纤数字传输系统施工及验收暂行规定》,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。