光時(shí)域反射儀OTDR原理及使用攻略

光時(shí)域反射儀簡介

光時(shí)域反射儀（OTDR）是通過對測量曲線的分析，了解光纖的均勻性、缺陷、斷裂、接頭耦合等若干性能的儀器。它根據(jù)光的后向散射與菲涅耳反向原理制作，利用光在光纖中傳播時(shí)產(chǎn)生的后向散射光來獲取衰減的信息，可用于測量光纖衰減、接頭損耗、光纖故障點(diǎn)定位以及了解光纖沿長度的損耗分布情況等，是光纜施工、維護(hù)及監(jiān)測中必不可少的工具。

光時(shí)域反射儀原理簡介

從發(fā)射信號到返回信號所用的時(shí)間，再確定光在玻璃物質(zhì)中的速度，就可以計(jì)算出距離。以下的公式就說明了OTDR是如何測量距離的。

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(shí)間（兩值相乘除以2后就是單程的距離）。因?yàn)楣庠诓Ａе幸仍谡婵罩械乃俣嚷詾榱司_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(biāo)明。
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光時(shí)域反射儀OTDR使用全攻略

用OTDR進(jìn)行光纖測量可分為三步：參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)獲取和曲線分析。人工設(shè)置測量參數(shù)包括：

（1）波長選擇（λ）：

因不同的波長對應(yīng)不同的光線特性（包括衰減、微彎等），測試波長一般遵循與系統(tǒng)傳輸通信波長相對應(yīng)的原則，即系統(tǒng)開放1550波長，則測試波長為1550nm。

（2）脈寬（Pulse Width）：

脈寬越長，動態(tài)測量范圍越大，測量距離更長，但在OTDR曲線波形中產(chǎn)生盲區(qū)更大；短脈沖注入光平低，但可減小盲區(qū)。脈寬周期通常以ns來表示。

（3）測量范圍（Range）：

OTDR測量范圍是指OTDR獲取數(shù)據(jù)取樣的最大距離，此參數(shù)的選擇決定了取樣分辨率的大小。最佳測量范圍為待測光纖長度1.5～2倍距離之間。

（4）平均時(shí)間：

由于后向散射光信號極其微弱，一般采用統(tǒng)計(jì)平均的方法來提高信噪比，平均時(shí)間越長，信噪比越高。例如，3min的獲得取將比1min的獲得取提高0.8dB的動態(tài)。但超過10min的獲得取時(shí)間對信噪比的改善并不大。一般平均時(shí)間不超過3min。

（5）光纖參數(shù)：

光纖參數(shù)的設(shè)置包括折射率n和后向散射系數(shù)n和后向散射系數(shù)η的設(shè)置。折射率參數(shù)與距離測量有關(guān)，后向散射系數(shù)則影響反射與回波損耗的測量結(jié)果。這兩個參數(shù)通常由光纖生產(chǎn)廠家給出。

參數(shù)設(shè)置好后，OTDR即可發(fā)送光脈沖并接收由光纖鏈路散射和反射回來的光，對光電探測器的輸出取樣，得到OTDR曲線，對曲線進(jìn)行分析即可了解光纖質(zhì)量。

2、經(jīng)驗(yàn)與技巧

（1）光纖質(zhì)量的簡單判別：

正常情況下，OTDR測試的光線曲線主體（單盤或幾盤光纜）斜率基本一致，若某一段斜率較大，則表明此段衰減較大；若曲線主體為不規(guī)則形狀，斜率起伏較大，彎曲或呈弧狀，則表明光纖質(zhì)量嚴(yán)重劣化，不符合通信要求。

（2）波長的選擇和單雙向測試：

1550波長測試距離更遠(yuǎn)，1550nm比1310nm光纖對彎曲更敏感，1550nm比1310nm單位長度衰減更小、1310nm比1550nm測的熔接或連接器損耗更高。在實(shí)際的光纜維護(hù)工作中一般對兩種波長都進(jìn)行測試、比較。對于正增益現(xiàn)象和超過距離線路均須進(jìn)行雙向測試分析計(jì)算，才能獲得良好的測試結(jié)論。

（3）接頭清潔：

光纖活接頭接入OTDR前，必須認(rèn)真清洗，包括OTDR的輸出接頭和被測活接頭，否則插入損耗太大、測量不可靠、曲線多噪音甚至使測量不能進(jìn)行，它還可能損壞OTDR。避免用酒精以外的其它清洗劑或折射率匹配液，因?yàn)樗鼈兛墒?a target="_blank">光纖連接器內(nèi)粘合劑溶解。

（4）折射率與散射系數(shù)的校正：就光纖長度測量而言，折射系數(shù)每0.01的偏差會引起7m/km之多的誤差，對于較長的光線段，應(yīng)采用光纜制造商提供的折射率值。

（5）鬼影的識別與處理：

在OTDR曲線上的尖峰有時(shí)是由于離入射端較近且強(qiáng)的反射引起的回音，這種尖峰被稱之為鬼影。 識別鬼影：曲線上鬼影處未引起明顯損耗；沿曲線鬼影與始端的距離是強(qiáng)反射事件與始端距離的倍數(shù)，成對稱狀。消除鬼影：選擇短脈沖寬度、在強(qiáng)反射前端（如OTDR輸出端）中增加衰減。若引起鬼影的事件位于光纖終結(jié)，可“打小彎”以衰減反射回始端的光。

（6）正增益現(xiàn)象處理：

在OTDR曲線上可能會產(chǎn)生正增益現(xiàn)象。正增益是由于在熔接點(diǎn)之后的光纖比熔接點(diǎn)之前的光纖產(chǎn)生更多的后向散光而形成的。事實(shí)上，光纖在這一熔接點(diǎn)上是熔接損耗的。常出現(xiàn)在不同模場直徑或不同后向散射系數(shù)的光纖的熔接過程中，因此，需要在兩個方向測量并對結(jié)果取平均作為該熔接損耗。在實(shí)際的光纜維護(hù)中，也可采用≤0.08dB即為合格的簡單原則。

（7）附加光纖的使用：

附加光纖是一段用于連接OTDR與待測光纖、長300～2000m的光纖，其主要作用為：前端盲區(qū)處理和終端連接器插入測量。

一般來說，OTDR與待測光纖間的連接器引起的盲區(qū)最大。在光纖實(shí)際測量中，在OTDR與待測光纖間加接一段過渡光纖，使前端盲區(qū)落在過渡光纖內(nèi)，而待測光纖始端落在OTDR曲線的線性穩(wěn)定區(qū)。光纖系統(tǒng)始端連接器插入損耗可通過OTDR加一段過渡光纖來測量。如要測量首、尾兩端連接器的插入損耗，可在每端都加一過渡光纖。

3、測試誤差的主要因素

1）OTDR測試儀表存在的固有偏差

由OTDR的測試原理可知，它是按一定的周期向被測光纖發(fā)送光脈沖，再按一定的速率將來自光纖的背向散射信號抽樣、量化、編碼后，存儲并顯示出來。OTDR儀表本身由于抽樣間隔而存在誤差，這種固有偏差主要反映在距離分辯率上。OTDR的距離分辯率正比于抽樣頻率。

2）測試儀表操作不當(dāng)產(chǎn)生的誤差

在光纜故障定位測試時(shí)，OTDR儀表使用的正確性與障礙測試的準(zhǔn)確性直接相關(guān)，儀表參數(shù)設(shè)定和準(zhǔn)確性、儀表量程范圍的選擇不當(dāng)或光標(biāo)設(shè)置不準(zhǔn)等都將導(dǎo)致測試結(jié)果的誤差。

（1） 設(shè)定儀表的折射率偏差產(chǎn)生的誤差

不同類型和廠家的光纖的折射率是不同的。使用OTDR測試光纖長度時(shí)，必須先進(jìn)行儀表參數(shù)設(shè)定，折射率的設(shè)定就是其中之一。當(dāng)幾段光纜的折射率不同時(shí)可采用分段設(shè)置的方法，以減少因折射率設(shè)置誤差而造成的測試誤差。

（2） 量程范圍選擇不當(dāng)

OTDR儀表測試距離分辯率為1米時(shí)，它是指圖形放大到水平刻度為25米/格時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。儀表設(shè)計(jì)是以光標(biāo)每移動25步為1滿格。在這種情況下，光標(biāo)每移動一步，即表示移動1米的距離，所以讀出分辯率為1米。如果水平刻度選擇2公里/每格，則光標(biāo)每移動一步，距離就會偏移80米。由此可見，測試時(shí)選擇的量程范圍越大，測試結(jié)果的偏差就越大。

（3） 脈沖寬度選擇不當(dāng)

在脈沖幅度相同的條件下，脈沖寬度越大，脈沖能量就越大，此時(shí)OTDR的動態(tài)范圍也越大，相應(yīng)盲區(qū)也就大。

（4） 平均化處理時(shí)間選擇不當(dāng)

OTDR測試曲線是將每次輸出脈沖后的反射信號采樣，并把多次采樣做平均處理以消除一些隨機(jī)事件，平均化時(shí)間越長，噪聲電平越接近最小值，動態(tài)范圍就越大。平均化時(shí)間越長，測試精度越高，但達(dá)到一定程度時(shí)精度不再提高。為了提高測試速度，縮短整體測試時(shí)間，一般測試時(shí)間可在0.5~3分鐘內(nèi)選擇。

（5） 光標(biāo)位置放置不當(dāng)

光纖活動連接器、機(jī)械接頭和光纖中的斷裂都會引起損耗和反射，光纖末端的破裂端面由于末端端面的不規(guī)則性會產(chǎn)生各種菲涅爾反射峰或者不產(chǎn)生菲涅爾反射。如果光標(biāo)設(shè)置不夠準(zhǔn)確，也會產(chǎn)生一定誤差。

4、接頭損耗的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值

光纖接續(xù)標(biāo)準(zhǔn)多年來一直是一個有爭議的問題，部頒YDJ44-89《電信網(wǎng)光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)施工及驗(yàn)收暫行規(guī)定》簡稱《暫規(guī)》，對光纖接續(xù)損耗的測量方法做了規(guī)定，但沒有規(guī)定明確的標(biāo)準(zhǔn)。原信產(chǎn)部鄭州設(shè)計(jì)院在中國電信南九試驗(yàn)段以后的工程中提出了中繼段單纖平均接續(xù)損耗0.08dB/個的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以后的干線工程均沿用。

ITU有關(guān)接續(xù)介入損耗的原文如下?！?/p>

本試驗(yàn)使用于一個竣工的光纖接頭， 用以度量接頭質(zhì)量。

應(yīng)按照IEC 1073-1進(jìn)行試驗(yàn)。測量可在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室用剪回法較好，現(xiàn)場可用雙向OTDR法。介入損耗的典型值可能隨應(yīng)用場合和（或）所用方法而變化。最小的接頭損耗典型值≤0.1dB。在某些場合中，介入損耗典型值≤0.5dB是可能接受的。有許多熔接機(jī)和機(jī)械接續(xù)裝置在制作接頭后可以估算接頭損耗值。 某些主管部門和私營運(yùn)行機(jī)構(gòu)在現(xiàn)場接續(xù)安裝時(shí)采用這些估算值，并且在全部線路施工完成后，再用OTDR對線路全程進(jìn)行復(fù)測。在現(xiàn)場安裝時(shí)，也可用其它一些方法來估算接頭損耗值， 例如采用夾上去的功率計(jì)和本地注入檢測的方法。 （1）該建議是基于單纖接頭損耗的可接受值≤0.5dB，平均值沒有規(guī)定的情況下而言的。

從目前的熔接機(jī)情況看， 熔接機(jī)所顯示的數(shù)據(jù)配合觀察光纖接頭斷面情況， 能夠粗略估計(jì)光纖接續(xù)點(diǎn)損耗的狀況， 但不能精確到目前我國所要求的光纖接續(xù)損耗指標(biāo)的數(shù)量級。我們認(rèn)為，這些熔接機(jī)的設(shè)計(jì)目的和依據(jù)是基于ITU建議的。

（2）目前的熔接機(jī)接續(xù)是通過對光纖X軸和Y軸方向的錯位調(diào)整，在軸心錯位最小時(shí)進(jìn)行熔接的，這種能調(diào)整軸心的方法稱為纖芯直視法， 這種方法不同于功率檢測法，現(xiàn)場是無法知道接頭損耗確切數(shù)值的。但是在整個調(diào)整軸心和熔接接續(xù)過程中， 通過攝像機(jī)把探測到所熔接纖芯狀態(tài)的信息送到熔接機(jī)的專用程序中，可以計(jì)算出接續(xù)后的損耗值。 但它只能說明光纖軸心對準(zhǔn)的程度，并不含有光纖本身的固有特性所影響的損耗。而OTDR的測試方法是后向散射法，它包含有光纖參數(shù)的不同形成反射的損耗。

比較上述兩種測試原理，兩者有很大區(qū)別。通過實(shí)踐證明，兩種方法測出數(shù)據(jù)一致性也較差，通過最近幾年對干線工程接續(xù)測試發(fā)現(xiàn)，很多情況下熔接機(jī)顯示損耗很?。ㄐ∮?.05dB）甚至為零，但OTDR測試則大于0.08dB，且沒發(fā)現(xiàn)有對應(yīng)的規(guī)律。

日本的接頭損耗標(biāo)準(zhǔn)（NTT光纜施工驗(yàn)收規(guī)程）最小值小于0.9dB，無平均值要求，只有中繼段總衰減要求，只要滿足，就能開通設(shè)計(jì)要求的或?qū)硪黾拥脑O(shè)備，在接續(xù)操作方面則與ITU建議一致。美國、歐洲諸國也都采取了大致與ITU建議一致的做法。

事實(shí)上，影響光纜安全的主要是機(jī)械損傷，光纖接續(xù)損耗大一點(diǎn)并不會影響接續(xù)強(qiáng)度，因此我們時(shí)候在驗(yàn)收測試中發(fā)現(xiàn)，有些點(diǎn)數(shù)值確實(shí)偏大，大約有1%左右的接頭回超標(biāo)準(zhǔn)，并且在多次接續(xù)后仍無法降低。在這種情況下，也是可以判斷合格的。有的時(shí)候會按照中級段總衰減來要求，從而驗(yàn)收合格

主要特點(diǎn)

1、 ≤1m超短事件盲區(qū)，測試光纖跳線輕松自如；

2、 45dB大動態(tài)范圍，128k數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)；

3、業(yè)界最先進(jìn)的雙色雙料一體化模具工藝，堅(jiān)固耐用；

4、 高級防反射LCD，野外環(huán)境下顯示界面清晰可見；

5、 具有多種測試模式、觸摸屏及快捷健操作；

6、 通信光自動監(jiān)測功能；

7、具有以太網(wǎng)遠(yuǎn)程控制功能；

8、 雙USB接口功能，可外接U盤、打印機(jī)及通過SyncActive軟件與PC機(jī)通信；

9、支持Bellcore GR196及SR-4731文件格式；

10、電池低電壓告警功能；

11、 WinCE視窗操作系統(tǒng)，中英文操作界面；

12、內(nèi)置可視紅光故障定位（VFL）及光功率計(jì)功能；

13、 OTDR光輸出頭類型可隨意更換，端面清潔更加方便；

14、 內(nèi)置極具人性化的多媒體教學(xué)軟件，快速成為測試專家；

15、 應(yīng)用軟件在線升級，無需返回原廠

主要品牌

中國41所、中電34所、天津德力、日本安立、日本橫河、美國信維、加拿大EXFO，美國JDSU等