OTDR使用经验与技巧

OTDR使用经验与技巧
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1 OTDR的使用



用OTDR进行光纤测量可分为三步：参数设置、数据获取和曲线分析。

人工设置测量参数包括：



(1)波长选择(λ)：



因不同的波长对应不同的光线特性(包括衰减、微弯等)，测试波长一般遵循与系统传输通信波长相对应的原则，即系统开放1550波长，则测试波长为1550nm。



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(2)脉宽(Pulse Width)：

         

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脉宽越长，动态测量范围越大，测量距离更长，但在OTDR曲线波形中产生盲区更大；短脉冲注入光平低，但可减小盲区。脉宽周期通常以ns来表示。



(3)测量范围(Range)：



OTDR测量范围是指OTDR获取数据取样的最大距离，此参数的选择决定了取样分辨率的大小。最佳测量范围为待测光纤长度1.5～2倍距离之间。



(4)平均时间：



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由于后向散射光信号极其微弱，一般采用统计平均的方法来提高信噪比，平均时间越长，信噪比越高。例如，3min的获得取将比1min的获得取提高0.8dB的动态。但超过10min的获得取时间对信噪比的改善并不大。一般平均时间不超过3min。



(5)光纤参数：



光纤参数的设置包括折射率n和后向散射系数n和后向散射系数η的设置。折射率参数与距离测量有关，后向散射系数则影响反射与回波损耗的测量结果。这两个参数通常由光纤生产厂家给出。



参数设置好后，OTDR即可发送光脉冲并接收由光纤链路散射和反射回来的光，对光电探测器的输出取样，得到OTDR曲线，对曲线进行分析即可了解光纤质量。



2 经验与技巧



(1)光纤质量的简单判别：



正常情况下，OTDR测试的光线曲线主体(单盘或几盘光缆)斜率基本一致，若某一段斜率较大，则表明此段衰减较大；若曲线主体为不规则形状，斜率起伏较大，弯曲或呈弧状，则表明光纤质量严重劣化，不符合通信要求。



(2)波长的选择和单双向测试：



1550波长测试距离更远，1550nm比1310nm光纤对弯曲更敏感，1550nm比1310nm单位长度衰减更小、1310nm比1550nm测的熔接或连接器损耗更高。在实际的光缆维护工作中一般对两种波长都进行测试、比较。对于正增益现象和超过距离线路均须进行双向测试分析计算，才能获得良好的测试结论。



(3)接头清洁：



光纤活接头接入OTDR前，必须认真清洗，包括OTDR的输出接头和被测活接头，否则插入损耗太大、测量不可靠、曲线多噪音甚至使测量不能进行，它还可能损坏OTDR。避免用酒精以外的其它清洗剂或折射率匹配液，因为它们可使光纤连接器内粘合剂溶解。



(4)折射率与散射系数的校正：就光纤长度测量而言，折射系数每0.01的偏差会引起7m/km之多的误差，对于较长的光线段，应采用光缆制造商提供的折射率值。



(5)鬼影的识别与处理：



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在OTDR曲线上的尖峰有时是由于离入射端较近且强的反射引起的回音，这种尖峰被称之为鬼影。 识别鬼影：曲线上鬼影处未引起明显损耗；沿曲线鬼影与始端的距离是强反射事件与始端距离的倍数，成对称状。消除鬼影：选择短脉冲宽度、在强反射前端(如OTDR输出端)中增加衰减。若引起鬼影的事件位于光纤终结，可"打小弯"以衰减反射回始端的光。



(6)正增益现象处理：



在OTDR曲线上可能会产生正增益现象。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作为该熔接损耗。在实际的光缆维护中，也可采用≤0.08dB即为合格的简单原则。



(7)附加光纤的使用：



附加光纤是一段用于连接OTDR与待测光纤、长300～2000m的光纤，其主要作用为：前端盲区处理和终端连接器插入测量。



一般来说，OTDR与待测光纤间的连接器引起的盲区最大。在光纤实际测量中，在OTDR与待测光纤间加接一段过渡光纤，使前端盲区落在过渡光纤内，而待测光纤始端落在OTDR曲线的线性稳定区。光纤系统始端连接器插入损耗可通过OTDR加一段过渡光纤来测量。如要测量首、尾两端连接器的插入损耗，可在每端都加一过渡光纤。



3 测试误差的主要因素



1)OTDR测试仪表存在的固有偏差



由OTDR的测试原理可知，它是按一定的周期向被测光纤发送光脉冲，再按一定的速率将来自光纤的背向散射信号抽样、量化、编码后，存储并显示出来。OTDR仪表本身由于抽样间隔而存在误差，这种固有偏差主要反映在距离分辩率上。OTDR的距离分辩率正比于抽样频率。

   

2)测试仪表操作不当产生的误差



在光缆故障定位测试时，OTDR仪表使用的正确性与障碍测试的准确性直接相关，仪表参数设定和准确性、仪表量程范围的选择不当或光标设置不准等都将导致测试结果的误差。



（1）设定仪表的折射率偏差产生的误差

不同类型和厂家的光纤的折射率是不同的。使用OTDR测试光纤长度时，必须先进行仪表参数设定，折射率的设定就是其中之一。当几段光缆的折射率不同时可采用分段设置的方法，以减少因折射率设置误差而造成的测试误差。



（2）量程范围选择不当

OTDR仪表测试距离分辩率为1米时，它是指图形放大到水平刻度为25米/格时才能实现。仪表设计是以光标每移动25步为1满格。在这种情况下，光标每移动一步，即表示移动1米的距离，所以读出分辩率为1米。如果水平刻度选择2公里/每格，则光标每移动一步，距离就会偏移80米。由此可见，测试时选择的量程范围越大，测试结果的偏差就越大。

   

（3）脉冲宽度选择不当

在脉冲幅度相同的条件下，脉冲宽度越大，脉冲能量就越大，此时OTDR的动态范围也越大，相应盲区也就大。



（4）平均化处理时间选择不当

OTDR测试曲线是将每次输出脉冲后的反射信号采样，并把多次采样做平均处理以消除一些随机事件，平均化时间越长，噪声电平越接近最小值，动态范围就越大。平均化时间越长，测试精度越高，但达到一定程度时精度不再提高。为了提高测试速度，缩短整体测试时间，一般测试时间可在0.5~3分钟内选择。



（5）光标位置放置不当

光纤活动连接器、机械接头和光纤中的断裂都会引起损耗和反射，光纤末端的破裂端面由于末端端面的不规则性会产生各种菲涅尔反射峰或者不产生菲涅尔反射。如果光标设置不够准确，也会产生一定误差。



4 接头损耗的标准数值



光纤接续标准多年来一直是一个有争议的问题，部颁YDJ44-89《电信网光纤数字传输系统施工及验收暂行规定》简称《暂规》，对光纤接续损耗的测量方法做了规定，但没有规定明确的标准。原信产部郑州设计院在中国电信南九试验段以后的工程中提出了中继段单纤平均接续损耗0.08dB/个的设计标准，以后的干线工程均沿用。

ITU有关接续介入损耗的原文如下。



"

本试验使用于一个竣工的光纤接头， 用以度量接头质量。

应按照IEC 1073-1进行试验。测量可在实验室或现场进行。实验室用剪回法较好，现场可用双向OTDR法。介入损耗的典型值可能随应用场合和（或）所用方法而变化。最小的接头损耗典型值≤0.1dB。在某些场合中，介入损耗典型值≤0.5dB是可能接受的。有许多熔接机和机械接续装置在制作接头后可以估算接头损耗值。 某些主管部门和私营运行机构在现场接续安装时采用这些估算值，并且在全部线路施工完成后，再用OTDR对线路全程进行复测。在现场安装时，也可用其它一些方法来估算接头损耗值， 例如采用夹上去的功率计和本地注入检测的方法。

　　

（1）该建议是基于单纤接头损耗的可接受值≤0.5dB，平均值没有规定的情况下而言的。



从目前的熔接机情况看， 熔接机所显示的数据配合观察光纤接头断面情况， 能够粗略估计光纤接续点损耗的状况， 但不能精确到目前我国所要求的光纤接续损耗指标的数量级。我们认为，这些熔接机的设计目的和依据是基于ITU建议的。



（2）目前的熔接机接续是通过对光纤X轴和Y轴方向的错位调整，在轴心错位最小时进行熔接的，这种能调整轴心的方法称为纤芯直视法， 这种方法不同于功率检测法，现场是无法知道接头损耗确切数值的。但是在整个调整轴心和熔接接续过程中， 通过摄像机把探测到所熔接纤芯状态的信息送到熔接机的专用程序中，可以计算出接续后的损耗值。 但它只能说明光纤轴心对准的程度，并不含有光纤本身的固有特性所影响的损耗。而OTDR的测试方法是后向散射法，它包含有光纤参数的不同形成反射的损耗。



比较上述两种测试原理，两者有很大区别。通过实践证明，两种方法测出数据一致性也较差，通过最近几年对干线工程接续测试发现，很多情况下熔接机显示损耗很小（小于0.05dB）甚至为零，但OTDR测试则大于0.08dB，且没发现有对应的规律。



”



日本的接头损耗标准（NTT光缆施工验收规程）最小值小于0.9dB，无平均值要求，只有中继段总衰减要求，只要满足，就能开通设计要求的或将来要增加的设备，在接续操作方面则与ITU建议一致。美国、欧洲诸国也都采取了大致与ITU建议一致的做法。



事实上，影响光缆安全的主要是机械损伤，光纤接续损耗大一点并不会影响接续强度，因此我们时候在验收测试中发现,有些点数值确实偏大,大约有1%左右的接头回超标准,并且在多次接续后仍无法降低.在这种情况下,也是可以判断合格的.有的时候会按照中级段总衰减来要求,从而验收合格



5 OTDR常见曲线分析



长度测量



一般采用两点法，将受测光纤与尾纤一端相接，尾纤一端连到OTDR上，调整出显示尾纤和受测光纤的后向散射峰。其曲线见图



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方法： 将光标A置于第一个菲涅尔反射峰前沿，将光标B置于第二个菲涅尔反射峰前沿，光标A与光标B之间的相对距离差就为被测光纤长度。



光纤衰减的测试



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方法：将光标A置于第一个菲涅尔反射峰后沿，曲线平滑的起点，将光标B置于第二个菲涅尔反射峰前沿，光标A与光标B间显示衰减系数就是光纤A、B间衰减系数，但非整根光纤的衰减系数。



典型的后向散射信号曲线



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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



盲区



决定OTDR所能测到最短距离和最接近距离，是由于活接头的反射引起OTDR接收机饱和所至，盲区通常发生在OTDR面板前的活接头反射，但也可以在光纤的其它地方发生，一般OTDR盲区为100m。



盲区分为衰减盲区和事件盲区



衰减盲区：从反射点开始至接收机恢复到后向散射电平约0.5dB范围内的这段距离,这段距离就是OTDR能再次测试衰减和损耗的点.



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式中：D的长度就为衰减盲区的长度



事件盲区:从OTDR接收到反射点到开始到OTDR恢复到最高反射点1.5DB以下这段距离,在这以后才能发现是否还有第二个反射点,但还不能测试衰减.



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式中：D1的长度就为事件盲区的长度。



影响盲区的因素:

a、入射光的脉冲宽度、

b、反射光的脉冲宽度、

c、入射光的脉冲后端形状、

d、所用脉冲越小，盲区越大。



消除盲区的方法：

加尾纤（过渡纤），最好2KM以上



接头损耗的测量



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方法：将光标定于曲线的转折处如图位置，然后选择测接头损耗功能键，便可测得接头损耗。



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一：



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波纹曲线图



指曲线有与脉冲频率相似的纹状态曲线。其产生原因有可能是受测光纤工作频率与带宽频率刚好相同,此情况下, 改变测试脉宽，同时应从受测光纤的两端进行测量



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实际在测试中最常见的异常曲线、原理和对策



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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；





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现象：曲线成明显弓形，衰减严重偏大或偏小，无菲涅尔反射峰；

原因：量程设置错误（不足被测光纤长度2倍以上）；

对策：增大量程





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现象：在曲线斜率恒定的曲线中间有一个“小山峰”（背向散射剧烈增强所致）

原因：

（1）光纤本身质量原因（小裂纹）；

（2）二次反射余波在前端面产生反射；

对策：在这种情况下改变光纤测试量程、脉宽、重新做端面，再测试如“小山峰”消失则为原因（2），如不消失则为原因（1）





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现象：在光纤纤连接器、耦合器、熔接点处产生一个明显的增益；

原因：模场直径不匹配造成的；

对策：测试衰减和接头损耗必须双向测试，取平均值





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现象：曲线斜率正常，光纤均匀性合格，但两端光纤衰减系数相差很大

原因：模场不均匀造成，一般为光纤拉丝引头和结尾部分；

对策：测试衰减必须双向测试，取平均值





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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





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现象：1310nm光纤曲线平滑，光纤衰减斜率基本不变，衰减指标略微偏高，但1550nm光纤衰减斜率增加，衰减指标偏高；

原因：束管内余长过短，光纤受拉伸；

对策：确认束管内的余长，增加束管内的余长





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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1550nm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





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现象：尾纤与过渡纤有部分曲线出现有规则的曲线不良，但被测光纤后半部分曲线正常，整根被测光纤衰减指标基本正常；

原因：一般是由设备本身和测试方法综合造成的；

对策：关机，重新起动，对各个光纤接触部分进行清洁





正常曲线



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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



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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)



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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



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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。



测试距离过长



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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。



幻峰（鬼影）的识别与处理



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幻峰（鬼影）的识别曲线上鬼影处未引起明显损耗图（a）；沿曲线鬼影与始端的距离是强反射事件与始端距离的倍数，成对称状图（b）



消除幻峰（鬼影）  选择短脉冲宽度、在强反射前端(如OTDR输出端)中增加衰减。若引起鬼影的事件位于光纤终结，可"打小弯"以衰减反射回始端的光。



正增益现象处理



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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。