如何提高OTDR在光纜線路上的測量精度

如何提高OTDR在光纜工程中的測試精度摘要：光纖技術已成為傳輸網絡的主流技術，保證光纜傳輸質量，減小線路損耗，提高光功率尤為重要，光時域反射儀（OTDR）是一種測試通信網絡中光纖狀態的功能強大的儀器，光纖的強損耗以及斷裂，曲度過大，都可以通過OTDR的曲線來準確的定位故障，從而迅速檢修，提高光纜防護人員效率，本文通過對OTDR的原理及測試中產生的主要誤差因素進行分析，并結合實際工作，總結出如何在使用OTDR的過程中提高測量精度以及工作效率。關鍵詞：光時域反射儀光纖損耗誤差1概述在日益發展的光纖技術里,光時域反射儀(OTDR)的作用越來越重要,在通信工程施工中，它是光纜工程施工和維護工作中必備的測試儀器,可以用來測試光纖長度、光纖的傳輸衰減、接點損耗衰減以及斷點定位，而接下來我們要關注的是如何提高OTDR的測量精度，減少誤差，保證測量的準確性，從而更好更準確地進行光纜工程的施工與維護。2OTDR的工作測試原理OTDR就像是一個雷達，它首先對通過光信號向光纖發送脈沖,然后觀察光纖內某個點上返回來相關信息,這個過程會一直在重復的進行，這些結果將進行平均并以軌跡曲線的形式在OTDR的屏幕上顯示，通俗一點來講就是通過光信號發射，接收反射，反射的光信號轉換成電信號的形式展現在儀器上的一個過程，我們就是通過OTDR的軌跡曲線來分析光纖的各種特性。當在光信號在光纖內傳輸的時侯，因為光纖自身的特點,接口處,接續點處,彎曲處和其它類似事件而產生散射和反射,其中一部分反饋到OTDR儀器上,從而在OTDR上顯示出作為光纖不同位置上的時間和曲線。OTDR的測試原理圖：總結來說，光時域反射測試技術是根據光纖傳輸中所具有的兩種物理效應，利用大功率激光器，高精度光耦合技術，高靈敏度光感技術，高速、高穩定度信號采樣及信號處理部件以及信號特征分析等處理手段。實現對反射信號的采樣、處理及分析，從而得出光纖鏈路的傳輸特性數據的一種高精尖技術。從光時域反射測試設備測得的光纖背向散射曲線中可以定量得出（或計算出）以下可能對光通信產生影響的幾個參數：連續光纖段的平均衰耗（Attenuation）此參數表示一段無接點的均勻光纖段的單位公里衰耗（dB/km）,反映了光纖的傳輸性能以及可能存在的劣化。非反射事件點的介入損耗（Insertloss）及位置此參數表示該事件點的存在對光纖鏈路產生的附加損耗，單位是dB大部分的熔接接點，光纖的彎曲、浸水等均會在曲線中表現為非反射事件點，同時產生介入損耗。反射事件點的反射系數(Reflectence)，介入損耗反射事件點的反射程度越大，則會對光通信產生兩個影響，一是強烈的反射脈沖會對發射端激光器產生不良效應影響；二是反射的增大必然導致光信號能量通過該事件點后的能量減少。一般機械接點、光纖的微斷裂、終結點會產生反射。通過反射系數和介入損耗可以了解是否機械接點連接不良及可能存在的故障。光纖鏈路總損耗、總光回波損耗（ORL）光纖鏈路的總損耗是鏈路的損耗總和，是對光通信產生影響最直接的參數，光纖鏈路的質量劣化，直接反映為總損耗的增加。光回波損耗的定義為鏈路中AB兩點間所有的回波信號的能量與A點入射能量的比值，一般取對數表示，在有些光通信應用中對該參數是關注的。光纖鏈路中兩點間的損耗及平均衰耗等此參數可以通過對背向散射數據的測量計算得到，反映兩個位置點間對光傳輸的損耗影響。該參數有兩種計算方法：一是兩點法（2-Point），即直接計算兩點的損耗差值；另一是均方誤差最小化擬合法（LSA），用于去除噪聲干擾的影響。擬合法往往用于兩點均在一連續光纖段中的測量計算。在上述幾個參數的計算中也使用了這種有效抑制噪聲干擾的算法。在光時域反射測試中，測試光脈沖寬度、測試距離范圍、平均時間等測試參數是可根據實際情況設定的，有時測試波長也是可選的，是否有效地設置這些參數直接關系到測試結果的可用性。測試光脈沖的寬度對測試結果有兩個影響，盲區和測試動態范圍。理想的測試脈沖應是沖激信號類型，即脈寬無限窄，能量無窮大，這樣即可以避免由于脈沖寬度的存在導致較近的相鄰事件的不可分辨，亦可提供足夠的能量（反射能量）用以可靠地檢測，以保證寬的動態范圍。實際應用中，欲提高事件分辨率應減小脈沖寬度，以減小盲區。欲增大動態范圍應加大脈沖寬以提高發送能量。具體地講，一般OTDR的標稱動態范圍是以10us測試脈寬給出的，但10us脈寬時，盲區為1000米以上，有時是難以滿足要求的，所以在測試時應根據實際情況具體確定。盲區（事件盲區）、動態范圍與測試脈寬的關系為：其中：Dd：盲區距離PT：測試用脈沖寬度C：光的真空速度IOR：光纖的折射率△d：事件盲區對對盲區的影響，小脈寬時對盲區影響較大，大脈寬時可忽略。DR： 測試的動態范圍。DRN： 標稱動態范圍PN：標稱動態范圍所用脈寬，一般為10us。測試距離范圍是指對回波信號的采樣持續時間，與相鄰兩次測試脈沖的發送間隔、采樣樣點間隔及樣點數等有關。不足的測試距離范圍可以導致背向散射曲線不能延伸至被測光纖的終點或關注目標點。平均時間的提高，一方面可以增大動態范圍，另一方面則會延長測試結果獲得時間。OTDR標稱動態范圍是以三分鐘為指標給出的，實際測試若不使用3分鐘這一參數，動態范圍的公式應調整為下式：動態范圍與測試脈寬的關系：TN：標稱動態范圍所用平均時間，一般是3分鐘TT：測試時所用平均時間測試波長的選擇應本著：1)錯開通信用波長，尤其對在用纖測試；2)應選擇對各種故障更敏感的波長。3OTDR在光纜工程應用中的產生誤差的主要幾個因素光纖插接、連接OTDR的器件不干凈，物理接觸性能不良。OTDR儀表設置不當：a、距離范圍設置比被測光纖長度小。b、衰減的門限值設置的太大。c、折射率設置與光纜生產廠家所標注的折射率有偏差。d、游標設置不當。事件盲區引起的誤差。儀表的固有誤差。4如何提高OTDR在光纜工程應用中的測量精度就日常工作的經驗,我們在使用OTDR進行光纖測試中,OTDR測試的得到的軌跡曲線主體斜率基本上是相同的,如果某一段斜率較大,這就表明這一段光纖的損耗較大;如果OTDR上測出的曲線主體形狀不規則，且斜率起伏比較大，證明這段光纖有嚴重的質量問題，不符合通信光纜傳輸要求。2） 在OTDR儀器參數設置里測試波長有四種,我們在通信光纜工程中一般常用的是1310nm和1550nm測試波長，而且為了增加測試的準確性，在測試光纜的時候我們會對兩種波長都進行測試，并且對于超過距離的光纜線路和增益現象的，必須要進行雙向測試來獲得更精確的測試結果。其中1550波長測試的距離與1310nm相比之下更遠,對彎曲更敏感,比1310nm單位長度衰減更小,1310nm會比1550nm測的熔接損耗值更高。3) 測試光纖長度,通常來說按照其折射系數，每偏差0.01，就會引起大概8m/km的誤差,采用光纜廠商提供的折射率值，便可以減少對較長的光纜測量的誤差。4) 光纖接頭接入OTDR前,必須認真清洗,一般用純度較高的酒精棉擦拭各接頭,這樣既可以避免造成插入損耗大，測量不精確等問題，也可以保證OTDR的使用壽命。5) 在OTDR使用中,還經常會遇到盲區事件,OTDR的設計模式是用于檢測整個光纖線路的后向散射電平。它測量后向散射信號,這些信號比入射到光纖內的信號要小太多。接收信號的器件,也就是光電二極管,設定用于接收一個給定的電平范圍。當測試中存在強反射時,OTDR所接收到的功率可以比后向散射產生的功率大幾千倍,就這樣光電二極管產生了飽和現象,光電二極管需要在相應的時間內才能從飽和狀態中恢復正常。在這個恢復時間內,它將不能夠檢測散射信號。在這一過程中沒有被確定的光纖長度視為盲區。一般的儀表均設有多個光脈沖寬度供不同的測試條件選擇。為了減少盲區可選用最小的光脈沖寬度進行短距離測量,但應注意此時儀表處于最小動態范圍工作，OTDR的縱橫向放大功能提高分辨率，減小讀數和測量誤差。6) 我們在使用OTDR時,有一種現象稱之為"鬼影"（見圖1，圖2，圖3，圖4）,就是錯誤的菲涅耳反射,是光纖上強反射事件的結果,引起大量的反射光被發送回OTDR接收端,同樣,如果在讀取過程中不正確的范圍設置也會造成鬼影。在這兩種情況下,鬼影是可以被識別的,因為當光信號通過這個事件的時侯,沒有產生顯著的損耗。如果在光纖的終端有鬼影現象產生,可利用"打小彎短繞幾周"的方法以衰減反射回光源的光,并消除鬼影,但需要注意的是這個方法要選擇合適直徑的軸,消除對光纖的永久影響否則容易造成過渡彎曲。圖1OTDR的測試實例圖2OTDR跡線上的鬼影圖3信號噪聲中鬼影的實例 圖4OTDR跡線上鬼影的實例7) 在進行OTDR測試中，OTDR顯示出的軌跡曲線上有時會產生一種現象正增益。由于在光纖接續點之后的光纖部分比接續點之前的光纖部分產生了更加多的后向散光因此形成的。光纖在任何一個熔接接續點都是有多多少少的損耗的，因此,我們一般需要在雙向測量，并對測試的結果取平均值作為該接續點的損耗，這樣才能更加準確。在現場施工中,如果測試損耗≤0.04dB那便是合格。8) 光纖介質通常是一段用于連接OTDR接口與我們要測試的光纖,長400-2km的玻璃光纖（見圖5），它主要是被用來處理始端的盲區現象和終端接入時的測量，也稱過渡光纖。之所以加入光纖介質，是由于OTDR儀器與我們要測試的光纖間的連接器引起的盲區最大,在OTDR與我們要測試的光纖間加接一段光纖介質,可以使前端盲區落在過光纖介質內,這樣我們所要測試的光纖它的始端能夠落在OTDR軌跡曲線的穩定區域。測量始端和尾端兩端連接器的插入損耗時,都可在每端接口處加一光纖介質。圖5OTDR與光纖介質的連接9) OTDR的固有誤差包括刻度誤差和分辨率誤差，OTDR的采樣點數直接影響距離的分辨率。所以要提高測量精度，采樣點數必須設置在較高