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OTDR测试原理与测试曲线简析

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秦双华 发表于 2012-2-13 08:12:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
OTDR测试原理与常见测试曲线简析
摘要:本文对OTDR测试原理及常见测试曲线作简要分析,在故障维修中根据测试曲线的不同特点就能准确判断光纤是否断裂、弯曲直径是否过小、熔接点是否有缺陷、光纤的衰减系数、光纤长度、衰减均匀性、点不连续性、物理缺陷和接头损耗等参数及障碍点具体位置等等。
关键词:    OTDR测试原理 ;  测试曲线  ;  菲涅尔反射峰
OTDR(Optical Time-Domain Reflectometer)是光纤测试特别是在网络建设的实际施工布线中经常使用的仪器。OTDR可以测试(成缆前后)光纤的衰减系数、光纤长度、衰减均匀性、点不连续性、物理缺陷和接头损耗等参数,特别适合于对通信网络中的光纤光缆链路进行检测,它既可以定位光纤链路中的连接点(含热熔接、机械冷连接、活动连接等)的位置并测试其损耗,又可以在链路发生故障时,迅速查找原因并定位故障位置。为方便读者,现将其工作原理与部分测试曲线作简要分析。
一、OTDR测试原理
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=(c×t)/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)。IOR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。
换句话说,OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号,然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行,然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示,这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱(或光纤的状态)。下图就说明了Mini-OTDR的一些基本组成。

OTDR组成方框图
Mini-OTDR一个最重要的性能,就是能从原有事物中进行辨别,大型的OTDR,就有能力完全、自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。Mini-OTDR的性能紧紧地依赖于分析软件,从而具有精确地识别事件的能力。
二  OTDR常见测试曲线简析
1、正常曲线:远端处出现强烈的菲涅尔反射峰,提示为该处光纤端面与光纤垂直,该处应为成端点,不应是断点。如有故障可能是终端活动接头问题。如图一所示。

图一、正常曲线图
2 、光纤存在跳接点曲线:例如:涟水广播电视中心至北集站机房的纤芯,途进徐集站机房用尾纤跳接去北集站,所以在测试这样的纤芯时,就会出现像图中这样的曲线图。当然也会有例外的情况,总之,能够出现反射峰,很多情况是因为末端的光纤端面是平整光滑的。端面越平整,反射峰越高。例如在一次中断割接当中,当光缆割断以后,测试的曲线应该如光路存在断点图,但当你再测试时,在原来的断点位置出现反射峰的话,那说明现场的抢修人员很有可能已经把该纤芯的端面做好了。如图二所示。

图二、光纤存在跳接点曲线图
3 、异常情况曲线:这种情况,有可能是OTDR的尾纤没有插好,或者光脉冲根本打不出去,再有就是断点位置比较近,OTDR设置的测量距离、脉冲设置又比较大,看起来就像光没有打出去一样。出现这种情况是: 1 要检查尾纤连接情况; 2 就是把 OTDR 的设置改一下,把测试距离、脉冲调到适当位置。如果还是这种情况的话,可以判断: 1 尾纤有问题; 2 OTDR上的适配器问题; 3 断点十分近, OTDR 不足以测试出距离来。如果是尾纤问题,只要换一根尾纤就知道,不行的话就要擦洗适配器、或串接一根2KM假纤就能解决了。如图三所示。

图三、异常曲线图
4 、非反射事件曲线: 这种情况比较多见,曲线中间出现一个明显的台阶,多数为该纤芯打折,弯曲半径过小,受到外界损伤等因素。曲线中的这个台阶是比较大的一个损耗点,也可以称为事件点,曲线在该点向下掉,称为非反射事件,如果曲线在该点向上翘的话,那就是反射事件了,这时,该点的损耗点就成了负值,但并不是说它的损耗小了,这是一种伪增益现象,造成这种现象的原因是由于接头两侧光纤的背向散射系数不一样,接头后光纤背向散射系数大于前段光纤背向散射系数,而从另一端测则情况正好相反,折射率不同也有可能产生增益现象。所以要想避免这种情况,只要用双向测试法就可以了。 如图四所示。

图四、非反射事件曲线图
5 、光纤存在断点曲线:这种情况一定要引起注意!曲线在末端没有任何反射峰就掉下去了,如果知道纤芯原来的距离,在没有到达纤芯原来的距离,曲线就掉下去了,这就说明光纤在曲线掉下去的地方断了,或者也有可能是光纤在那里打了个折。我们经常用这个原理,在线路上排障的时候,把不能确定的纤芯打折,然后测试人员利用 OTDR实时监测功能,按照图中的曲线有无变化来判断纤芯。如图五所示。

图五、光纤存在断点曲线图
6 、测试光纤距离过长曲线 :在测试长距离的光纤时, OTDR 所不能打到的距离所产生的曲线,或者是OTDR的测试距离远小于实际纤芯长度所产生的曲线。如果是这种情况,就要把OTDR的测试距离量程设置适当,以达到全程测试的目的。如图六所示。

图六:光纤过长曲线图
7、光纤裂缝曲线:远端出现一个向上的小突起,又与反射峰明显不同的情况,说明该发生了介质突变,但又非成端情况,提示该处出现了光纤裂缝,造成损耗增大。如图七所示

图七:光纤裂缝曲线图
8 、典型测试曲线图型

图八典型曲线图型
说明:
Front Connector :前端连接器
Fusion Splice :熔接点,光纤的熔接点缺陷容易造成轨迹图中散射曲线的突然跌落。
Bend :弯曲。弯曲直径过小,光就会不再遵循全反射,而是有部分从纤衣射出,造成轨迹图中散射曲线的突然跌落。
以上是我们在使用OTDR测试时经常看到的测试曲线并作简要分析,供读者参考。在故障维修中根据测试曲线特点就能准确判断光纤是否断裂、弯曲直径是否过小、熔接点是否有缺陷及障碍点具体位置等。测试人员要灵活应用OTDR测试,不断提高对其操作技能与分析判断水平,才能更好地应对现实工作中有关光链路系统的各类繁杂情况,实现有效测量、准确判断、快速定位,及时排除。

评分

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hlhjxgz 发表于 2012-2-13 10:57:51 | 显示全部楼层
有图形更能说明问题了
lice25 发表于 2012-2-13 22:02:59 | 显示全部楼层
很好,能不能把图也传上来呀
bzb1969 发表于 2012-2-17 10:06:34 | 显示全部楼层
学习学习!!!
SHZ大海 发表于 2012-2-17 08:29:15 | 显示全部楼层
好东西,学习了。多谢
明亮1978 发表于 2012-2-14 15:37:30 | 显示全部楼层
学习学习学习学习
guangguang@94 发表于 2012-2-15 09:37:39 | 显示全部楼层
真的很好,能不能把图也传上来呀
 楼主| 秦双华 发表于 2012-2-15 10:20:08 | 显示全部楼层

测试曲线doc.doc (331 KB, 下载次数: 140)
 楼主| 秦双华 发表于 2012-2-15 10:42:43 | 显示全部楼层
秦双华 发表于 2012-2-15 10:20

OTDR测试曲线图已上传,供同行参考
tj月月鸟 发表于 2012-2-16 15:33:38 | 显示全部楼层
还算可以的材料,精准
lcxiechuan 发表于 2012-2-18 11:08:20 | 显示全部楼层
不错{:3_56:}
袁理 发表于 2012-2-18 11:18:20 | 显示全部楼层
不错,学习了
xiguangdian 发表于 2012-4-24 20:03:28 | 显示全部楼层

学习学习!:victory::victory:
天鹰 发表于 2013-5-8 14:43:03 | 显示全部楼层
好东西,学习了。多谢
lwgxt 发表于 2013-6-19 23:57:51 | 显示全部楼层
好东西,学习了。
jscn-CF-001 发表于 2016-10-19 14:10:00 | 显示全部楼层
好动西,好东西,学习,学习
cmhc 发表于 2017-1-17 13:40:58 | 显示全部楼层
图在哪,我看看学习学习
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