光時域反射儀（OTDR）工作原理及測試方法

一、OTDR的工作原理：
光纖光纜測試是光纜施工、維護、搶修重要技術(shù)手段，采用OTDR(光時域反射儀）進行光纖連接的現(xiàn)場監(jiān)視和連接損耗測量評價，是目前最有效的方式。這種方法直觀、可信并能打印出光纖后向散射信號曲線。另外，在監(jiān)測的同時可以比較精確地測出由局內(nèi)至各接頭點的實際傳輸距離，對維護中，精確查找故障、有效處理故障是十分必要的。同時要求維護人員掌握儀表性能，操作技能熟練，精確判斷信號曲線特征。

美國安捷倫E6000C

加拿大EXFO FTB150

日本安立MT9080

日本橫河AQ7275

美國JDSU MTS6000

美國網(wǎng)泰 CMA4000I

OTDR的英文全稱是Optical Time Domain Reflectometer，中文意思為光時域反射儀。OTDR是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它被廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護、施工之中，可進行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。

OTDR測試是通過發(fā)射光脈沖到光纖內(nèi),然后在OTDR端口接收返回的信息來進行。當光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時，會由于光纖本身的性質(zhì)，連接器，接合點，彎曲或其它類似的事件而產(chǎn)生散射，反射。其中一部分的散射和反射就會返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探測器來測量，它們就作為光纖內(nèi)不同位置上的時間或曲線片斷。從發(fā)射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質(zhì)中的速度，就可以計算出距離。

d=(c×t)/2(IOR)

在這個公式里，c是光在真空中的速度，而t是信號發(fā)射后到接收到信號（雙程）的總時間（兩值相乘除以2后就是單程的距離）。因為光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以為了精確地測量距離，被測的光纖必須要指明折射率（IOR）。IOR是由光纖生產(chǎn)商來標明。

OTDR使用瑞利散射和菲涅爾反射來表征光纖的特性。瑞利散射是由于光信號沿著光纖產(chǎn)生無規(guī)律的散射而形成。OTDR就測量回到OTDR端口的一部分散射光。這些背向散射信號就表明了由光纖而導致的衰減（損耗/距離）程度。形成的軌跡是一條向下的曲線，它說明了背向散射的功率不斷減小，這是由于經(jīng)過一段距離的傳輸后發(fā)射和背向散射的信號都有所損耗。

菲涅爾反射是離散的反射，它是由整條光纖中的個別點而引起的，這些點是由造成反向系數(shù)改變的因素組成，例如玻璃與空氣的間隙。在這些點上，會有很強的背向散射光被反射回來。因此，OTDR就是利用菲涅爾反射的信息來定位連接點，光纖終端或斷點 。

OTDR的工作原理就類似于一個雷達。它先對光纖發(fā)出一個信號，然后觀察從某一點上返回來的是什么信息。這個過程會重復(fù)地進行，然后將這些結(jié)果進行平均并以軌跡的形式來顯示，這個軌跡就描繪了在整段光纖內(nèi)信號的強弱（或光纖的狀態(tài)）。

測試距離：由于光纖制造以后其折射率基本不變，這樣光在光纖中的傳播速度就不變，這樣測試距離和時間就是一致的，實際上測試距離就是光在光纖中的傳播速度乘上傳播時間，對測試距離的選取就是對測試采樣起始和終止時間的選取。測量時選取適當?shù)臏y試距離可以生成比較全面的軌跡圖，對有效的分析光纖的特性有很好的幫助，通常根據(jù)經(jīng)驗，選取整條光路長度的1.5－2倍之間最為合適。

脈沖寬度：可以用時間表示，也可以用長度表示，在光功率大小恒定的情況下，脈沖寬度的大小直接影響著光的能量的大小，光脈沖越長光的能量就越大。同時脈沖寬度的大小也直接影響著測試死區(qū)的大小，也就決定了兩個可辨別事件之間的最短距離，即分辨率。顯然，脈沖寬度越小，分辨率越高，脈沖寬度越大測試距離越長。

折射率就是待測光纖實際的折射率，這個數(shù)值由待測光纖的生產(chǎn)廠家給出，單模石英光纖的折射率大約在1.4－1.6之間。越精確的折射率對提高測量距離的精度越有幫助。這個問題對配置光路由也有實際的指導意義，實際上，在配置光路由的時候應(yīng)該選取折射率相同或相近的光纖進行配置，盡量減少不同折射率的光纖芯連接在一起形成一條非單一折射率的光路。

測試波長就是指OTDR激光器發(fā)射的激光的波長，在長距離測試時，由于1310nm衰耗較大，激光器發(fā)出的激光脈沖在待測光纖的末端會變得很微弱，這樣受噪聲影響較大，形成的軌跡圖就不理想，宜采用1550nm作為測試波長。所以在長距離測試的時候適合選取1550nm作為測試波長，而普通的短距離測試選取1310nm也可以。

平均值：是為了在OTDR形成良好的顯示圖樣，根據(jù)用戶需要動態(tài)的或非動態(tài)的顯示光纖狀況而設(shè)定的參數(shù)。由于測試中受噪聲的影響，光纖中某一點的瑞利散射功率是一個隨機過程，要確知該點的一般情況，減少接收器固有的隨機噪聲的影響，需要求其在某一段測試時間的平均值。根據(jù)需要設(shè)定該值，如果要求實時掌握光纖的情況，那么就需要設(shè)定時間為實時。

1、連接測試尾纖：

首先清潔測試側(cè)尾纖，將尾纖垂直儀表測試插孔處插入，并將尾纖凸起U型部分與測試插口凹回U型部分充分連接，并適當擰固。在線路查修或割接時，被測光纖與OTDR連接之前，應(yīng)通知該中繼段對端局站維護人員取下ODF架上與之對應(yīng)的連接尾纖，以免損壞光盤；

a、波長選擇：選擇測試所需波長， 有1310nm，1550nm兩種波長供選擇；

b、距離設(shè)置：首先用自動模式測試光纖,然后根據(jù)測試光纖長度設(shè)定測試距離，通常是實際距離的1.5倍 ，主要是避免出現(xiàn)假反射峰，影響判斷；

c、脈寬設(shè)置：儀表可供選擇的脈沖寬度一般有10ns，30ns，100ns，300ns，1μs，10 μs 等參數(shù)選擇，脈沖寬度越小，取樣距離越短，測試越精確，反之則測試距離越長，精度相對要小。根據(jù)經(jīng)驗，一般10KM以下選用100ns及以下參數(shù)， 10KM以上選用100ns及以上參數(shù)；

d、取樣時間：儀表取樣時間越長，曲線越平滑，測試越精確；

e、折射率設(shè)置：根據(jù)每條傳輸線路要求不同而定；

f、事件閾值設(shè)置：指在測試中對光纖的接續(xù)點或損耗點的衰耗進行預(yù)先設(shè)置，當遇有超過閾值的事件時，儀表會自動分析定位。

a、曲線毛糙，無平滑曲線

原因1：測試儀表插口損壞（換插口）

原因2：測試尾纖連接不當（重新連接）

原因3：測試尾纖問題（更換尾纖）

原因2：線路終端問題（重新接續(xù)，在進行終端損耗測量時可介入假纖進行測試）

b、曲線平滑，

①信號曲線橫軸為距離（KM)，縱軸為損耗(dB)，前端為起始反射區(qū)（盲區(qū)），約為0.1KM，中間為信號曲線，呈階躍下降曲線，末端為終端反射區(qū)，超出信號曲線后，為毛糙部分（即光纖截止電點。

②如圖中所示普通接頭或彎折處為為一個下降臺階，活動連接處為反射峰（后面介紹假反射峰），斷裂處為較大臺階的反射峰，而尾纖終端為結(jié)束反射峰。

③當 測試曲線中有活動連接或測試量程較大時，會出現(xiàn)2個以上假反射峰，可根據(jù)反射峰距離判斷是否為假反射峰。

假反射峰的形成原因

它是由于光在較短的光纖中，到達光纖末端B產(chǎn)生反射，反射光功率仍然很強，在回程中遇到第一個活動接頭A，一部分光重新反射回B，這部分光到達B點以后，在B點再次反射回OTDR，這樣在OTDR形成的軌跡圖中會發(fā)現(xiàn)在噪聲區(qū)域出現(xiàn)了一個反射現(xiàn)象。

④當 測試曲線終端為正常反射峰是說明對端是尾纖連接（機房\站），見圖A;

當 測試曲線終端沒有反射峰，而是毛糙直接向下的曲線，是說明對端是沒有處理過的終端（即為斷點），也就是故障點，見圖B。

c、接頭損耗分析，

①自動分析：通過事件閾值設(shè)置，超過閾值事件自動列表讀數(shù)；

②手動分析：采用5點法 (或4點法），即將前2點設(shè)置與接頭前向曲線平滑端，第3點設(shè)置于接頭點臺階上，第4點設(shè)置于臺階下方起始處，第5點設(shè)置在接頭后向曲線平滑端，從儀表讀數(shù)，即為接頭損耗；

③接頭損耗采用雙向平均法，即兩端測試接頭損耗之和/2.

d、環(huán)回接頭損耗分析，

①在工程施工過程中，為及時監(jiān)測接頭損耗，節(jié)省工時，常需要在光纜接續(xù)對端進行光纖環(huán)接，即光線順序1#接2#，3#-接4#，依此類推，在本端即能監(jiān)測中間接頭雙向損耗；

②以1#、2#纖為例，在本端測試的接續(xù)點損耗為1#纖正向接頭損耗，經(jīng)過環(huán)回點接續(xù)點損耗則為2#纖正向接頭損耗，注意判斷正反向接續(xù)點距環(huán)回點距離相等。

e、光纖全程衰減分析，

將A標設(shè)置于曲線起始端平滑處，B標設(shè)置于曲線末端平滑處，讀出AB標之間的衰耗值，即為光纖全程傳輸衰減（實際操作中光源光功率計對測更為準確）

e、曲線存儲，

OTDR均有存儲功能，其操作與計算機操作功能相似，最大可存儲1000余條曲線，便于維護分析。

使用注意事項

1、光輸出端口必須保持清潔，光輸出端口需要

定期使用無水乙醇進行清潔。

2、儀器使用完后將防塵帽蓋上，同時必須保持

防塵帽的清潔。

3、定期清潔光輸出端口的法蘭盤連接器。如果

發(fā)現(xiàn)法蘭盤內(nèi)的陶瓷芯出現(xiàn)裂紋和碎裂現(xiàn)象，必

須及時更換。

4、適當設(shè)置發(fā)光時間，延長激光源使用壽命。

清潔光纖接頭和光輸出端口的作用

1、由于光纖纖芯非常小，附著在光纖接頭和光輸出端口的灰塵和顆?？赡軙采w一部分輸出光纖的纖芯，導致儀器的性能下降。

2、灰塵和顆?？赡軙е螺敵龆斯饫w接頭端面的磨損，這樣將降低儀器測試的準確性重復(fù)性。