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OTDR原理及使用详解
发布时间:2016-01-28 点击量:1795
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为什么要使用OTDR

OTDR工作原理

OTDR定义

定义

OTDR的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer,中文意思为光时域反射仪

工作原理

OTDR在精准时钟电路的控制之下,按照设定的参数向光口发射光脉冲信号,之后OTDR不断的按照一定的时间间隔从光口接收从光纤中反射回的光信号,分别按照瑞利背向散射(测试光钎的损耗)和菲涅尔反射(测试光钎的反射)的原理对光纤进行相应的测试。


Rayleigh 背向散射(瑞利散射)

原因

源于光纤内部微小粒子或不均匀结构反射和吸收,当光照射到杂质上时,一些颗粒将光重定向到不同的方向,同时产生了信号衰减和背向散射。

规律

其损耗的大小与波长的4次方成反比,即随着波长的增加,损耗迅速下降。光纤中某一点的后向回波可以反映出光纤中光功率的分布情况,椐此可以测试出光纤的损耗。

损耗:Rayleigh Backscatter(瑞利背向散射)

=5Log(P0×W×S)-10ax(loge)

式中:

P0:发射的光功率(瓦)

W:传输的脉冲宽度(秒)

S:光纤的反射系数(瓦/焦耳)

a:光纤的衰减系数(奈踣/米)

1奈踣=8.686dB

x:光纤距离

 

Fresnel 反射(非涅尔反射)

原因

当光到达折射率突变的位置(比如从玻璃到空气)时,很大一部分光被反射回去,产生 Fresnel 反射,它可能比 Rayleigh 背向散射强上千倍。Fresnel 反射可通过 OTDR 轨迹的尖峰来识别。

产生位置

这样的反射例子有连接器、机械接头、光纤、光纤断裂或打开的连接器。

用途

可检测链路沿线的物理事件。


OTDR 的结构


OTDR测试过程

第一步:清理光纤接口端面(法兰口)。

第二步:用光功率计测试链路是否有光(有强光会损坏OTDR)。

第三步:了解待测链路的状态,设置OTDR相应的参数。

第四步:OTDR测试及结果分析,保存。


距离测量原理

如果折射率“n”设置不正确,所测出的距离也将是错误的!


损耗测量原理

OTDR 产生返回光强度( 背向散射加上反射)与光纤长度相关的光纤曲线

熔接损耗是一种由于信号电平在接头点突然下降而造成的点损耗


OTDR曲线分析

典型的后向散射信号曲线

a、输入端的Fresnel反射区(即盲区)

b、恒定斜率区

c、局部缺陷、接续或耦合引起的不连续性

d、光纤缺陷、二次反射余波等引起的反射

e、输出端的Fresnel反射


外部因素引起的可能曲线变化

这里的外部因素指施加于光缆并传递至光纤的张力及侧向受力,还有温度的变化。这些都会造成曲线弓形弯曲。外部因素引起的弓形弯曲在外力作用下使曲线斜率改变。如图所示,外力作用前曲线斜率恒定,在外力作用下可出现如下情况之


实际在测试中最常见的异常曲线、原理和对策

现象:光纤未端无菲涅尔反射峰,曲线斜率、衰减正常,无法确认光纤长度

原因:光纤未端面上比较脏或光纤端面质量差;

对策:清洗光纤未端面或重新做端面;

现象:在整根光纤衰减合格,曲线大部分斜率均匀,但在菲涅尔反射峰前沿有一小凹陷

原因:未端几米或几十米光纤受侧压

对策:复绕观察有无变化

现象:1310nm光纤曲线平滑,光纤衰减斜率基本 正常,衰减指标正常,但550nm光纤衰减斜率严重不良,衰减指标严重偏高;

原因:束管内余长过长,光纤弯曲半径过小;

对策:确认束管内的余长,减少束管内的余长


正常曲线 

A 为盲区, B 为测试末端反射峰。测试曲线为倾斜的,随着距离的增长,总损耗会越来越大。用总损耗( dB )除以总距离( km )就是该段纤芯的平均损耗( dB/Km )。


异常情况

原因:

(1)仪表的尾纤没有插好,光脉冲根本打不出去;

(2)断点位置比较进, OTDR 不足以测试出距离来;

方法:

(1) 要检查尾纤连接情况

(2) 把 OTDR 的设置改一下,把距离、脉冲调 到最小,如果还是这种情 况的话,可以判断 1 尾纤有问题;

如果是尾纤问题,更换尾纤。

非反射事件 (台阶)

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,弯曲过小,受到外界损伤等因素造成。

曲线远端没有反射峰

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,这说明光纤在曲线掉下去的地方断了,或者是光纤远端端面质量不好。


测速距离过长

这种情况是出现在测试长距离的纤芯时, OTDR 所不能达到的距离所产生的情况,或者是距离、脉冲设置过小所产生的情况。如果出现这种情况, OTDR 的距离、脉冲又比较小的话,就要把距离、脉冲调大,以达到全段测试的目的,稍微加长测试时间也是一种办法。

正增益现象处理

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值作为该熔接损耗。

各项参数设置

测试范围

范围是指距离 或显示范围。对这一参数的设置意味着告诉OTDR应该在屏幕上显示多长距离。为了显示整个光纤曲线,设置时这一范围必须大于被测光纤长度。

必须注意,测试范围相对于被测光纤长度不要差异太大,否则将会影响到有效分辨率。同时,过大的测试范围还将导致过大而无效的测试数据文件,造成存贮空间的浪费。

脉冲宽度

脉冲宽度 表示脉冲的时间长度,同时也可换算为脉冲在光纤上所占的空间长度。

脉冲宽度与盲区和动态范围直接相关。

在下图中,用8个不同的脉冲宽度测量同一根光纤。最短的脉宽获得了最小的盲区,但同时也导致了最大的噪声。最长的脉宽获得了最光滑的测试曲线,与此同时,盲区长达接近1公里。

盲区

在被测光纤始端,脉冲宽度的影响是显而易见的。

下图中,位于540米处的第一个接头点在长脉宽

拖尾

不同的脉宽在接头处会产生不同长度的拖尾。

对于不同的脉宽,拖尾长度亦有不同,下图例中960ns脉宽时的拖尾淹没了第二个接头。机械接头在同样脉宽下的拖尾将大于熔接接头。

这里所谈及的拖尾即是我们通常所说的事件盲

动态范围

脉宽决定了可测试的光纤长度

较长的脉宽可得到较大的动态范围.

波长

对同一根光纤,不同波长 下进行的测试会得到不同的损耗结果。测试波长越长,对光纤弯曲越敏感。

1550nm下测试的接头损耗大于在1310nm处的测试值.下图中,第一个熔接点存在弯曲问题,而另外的熔接点在两测试波长下状态近似,这表明光纤未受力。

分辨率

 分辨率(数据采样间隔) 确定了事件点的定位精度。

OTDR在测试时沿光纤长度方向以固定的间隔进行数据采样,采样间隔越短,采集的数据也越多,同时意味着定位精度越高,但与此同时测试花费的时间也会越长,测试结果文件也越大。

光纤端点的读出值可能由于+/-一个采样点而不同。在此情况下,由于分辨率设置而导致的读出误差可能达到 8米 。

 平均

平均 (有时也称为扫描) 可降低测试结果曲线的噪声水平,提高判读精度。测试时,可以设定扫描次数为快, 中, 慢等三挡或一个特定的时间长度。长的平均时间使你能够获得较好的结果曲线。

如果你使用较短的测试脉宽或测试较长的光缆区段,就应该选择较长的平均时间

关键点

改善信噪比

为增强信号须使用长脉宽  (增加注入光纤的能量)为减少噪声加长平均时间

如果你需要观察两个很接近的事件点  使用短脉宽

如果你使用短脉宽,可使用 长平均 减少曲线噪声

如果使用 FAS 分析功能,请注意选择分辨率/脉宽组合


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