光時(shí)域反射計(jì)(OTDR)在光纖通信工程中的應(yīng)用.doc

光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）在光纖通信工程中的應(yīng)用1 前言 近年來，光纖通信技術(shù)以其超高速、大容量、長距離的傳輸功能，在通信網(wǎng)絡(luò)中已得到廣泛使用。而光纖通信的可靠性和安全性則越來越受到人們的關(guān)注。作為光纖通信工程施工和維護(hù)工作的專用儀器光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）是必不可少的測試儀器，它能將長100多公里光纖的完好情況和故障狀態(tài)，以一定斜率直線（曲線）的形式清晰的顯示在幾英寸的液晶屏上。根據(jù)事件表的數(shù)據(jù)，能迅速的查找確定故障點(diǎn)的位置和判斷障礙的性質(zhì)及類別，對(duì)分析光纖的主要特性參數(shù)能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。OTDR主要是根據(jù)光學(xué)原理以及瑞利散射和菲涅爾反射理論制成的。儀表的激光源發(fā)出一定強(qiáng)度和波長的光束至被測光纖，由于光纖本身的缺陷，制作工藝和石英玻璃材料組分的不均勻性，使光在光纖中傳輸將產(chǎn)生瑞利散射；由于機(jī)械連接和斷裂等原因?qū)⒃斐晒庠诠饫w中產(chǎn)生菲涅爾反射，由光纖沿線各點(diǎn)反射回的微弱的光信號(hào)經(jīng)光定向耦合器到儀器的接收端，通過光電轉(zhuǎn)換器，低噪聲放大器，數(shù)字圖象信號(hào)處理等過程，實(shí)現(xiàn)圖表、曲線掃跡在屏幕上顯現(xiàn)。2 OTDR在光纖通信工程中的作用利用OTDR其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，在光纖通信工程的線路施工、維護(hù)測試及搶修過程中，可對(duì)光纖鏈路中的事件點(diǎn)及故障點(diǎn)精確定位，其最重要的特點(diǎn)是：單端無損測試，測試速度快，故障定位準(zhǔn)確。目前，光時(shí)域反射計(jì)可使用850nm、1300nm（適用于多模光纖）、1310nm、1380nm、1480nm、1550nm及1625nm（適用于單模光纖）等波長進(jìn)行光纖線路的測量，測量的重點(diǎn)在于驗(yàn)證局端至分支器、分支器至各用戶端光纖的熔接、接頭與線路的損耗等，依次驗(yàn)證各光纖距離與施工時(shí)相比是否正確，同時(shí)也可加快日后維修中于對(duì)光纖線路的品質(zhì)確認(rèn)及故障查找。OTDR給出的測試資料有兩種格式：數(shù)據(jù)表和后向散射波形圖。我們可以利用OTDR的RS232（串口）與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，并用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)自帶的超級(jí)終端軟件訪問OTDR來獲取數(shù)據(jù)。這些測試數(shù)據(jù)既可用作光纖通信工程施工初始資料，也可為將來的竣工驗(yàn)收建立完善的報(bào)告。2.1 OTDR在光纖通信工程線路施工、維護(hù)中的測試眾所周知，光纖由于重量輕、耐腐蝕、不受電磁干擾的影響，在環(huán)境適應(yīng)性方面要比電纜強(qiáng)許多，那么光纖線路質(zhì)量的好壞就取決于光纖質(zhì)量及施工過程了。根據(jù)光纖的結(jié)構(gòu)，只要在光纖施工的過程中，嚴(yán)格按照規(guī)范施工，則光纖受傷害的幾率很小。一旦光纖施工后，就必須借助OTDR才能了解光纖線路的狀況，通過人的眼睛是無法得知的，所以，在光纖線路的維護(hù)運(yùn)營中，用OTDR測試光纖鏈路是非常重要和必需的。OTDR在光纖施工過程中一般要進(jìn)行四次測試：來料測試、熔接前測試、熔接后測試及施工后的驗(yàn)收測試。（1）光纖在布放前，對(duì)光纖中的每一根光纖都要先作測試，因?yàn)楣饫w從出廠運(yùn)輸?shù)劫I方單位再轉(zhuǎn)運(yùn)到工地，中間經(jīng)過了多次的上下裝貨、卸貨，難保光纖不受損傷。所以，布放前測試光纖的作用是為了劃清責(zé)任界限，即保證光纖在施工前是好的。從維護(hù)運(yùn)營的角度看，測試有兩個(gè)目的：一是確保光纖沒有因施工而受損，二是確定光纖線長，以免長度不夠。（2）光纖布放后接續(xù)前也必須進(jìn)行再測試，這是由于隨著科技的進(jìn)步，光纖熔接機(jī)的熔接質(zhì)量已大幅度提高，使得熔接點(diǎn)的損耗不再是光纖線路損耗的主要因素。由于熔接損耗小，光信號(hào)通過該點(diǎn)后，光功率的變化不明顯，用OTDR測試時(shí)，不容易判斷出來，而在光纖鏈路的測試曲線中也不易查找到熔接點(diǎn)，這就會(huì)在日后運(yùn)營維護(hù)上產(chǎn)生諸多不便：一是進(jìn)行線路維修時(shí)，因?yàn)椴恢皆摱喂饫w到底有多長從而造成領(lǐng)料困難；二是線路改接不易，改接點(diǎn)一般都應(yīng)選在接頭的位置，因曲線中熔接點(diǎn)不明顯，可能因找不到熔接點(diǎn)而無法進(jìn)行改接。所以，接續(xù)前再次測試可防止這類問題的發(fā)生，同時(shí)，也能驗(yàn)證光纖在布防時(shí)沒有對(duì)光纖造成損傷。接續(xù)前測試與一般OTDR的測試方式相同，只是在光纖還沒有接續(xù)前，先將測試的光纖長度及損耗數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來，建立線路段長度及損耗的數(shù)據(jù)庫，以作為將來線路維護(hù)的重要參考。（3）在光纖熔接后還需要再次用OTDR進(jìn)行測試，此次測試有兩個(gè)作用：一是測試熔接點(diǎn)的熔接損耗有沒有超出規(guī)定的要求，一旦發(fā)現(xiàn)超標(biāo)點(diǎn)，可及時(shí)再次重新熔接，二是借助測試并對(duì)照光纖的芯線，因?yàn)槿劢訑?shù)百芯的光纖難保不會(huì)接錯(cuò)。光纖鏈路中有許多熔接點(diǎn)，對(duì)鏈路中個(gè)別超標(biāo)的熔接點(diǎn)，一般來講，有兩個(gè)原因：一是光纖的原因，即接續(xù)點(diǎn)兩端的光纖數(shù)值孔徑差別過大，可能是因不同廠家造成的，不過，隨著光纖制造技術(shù)的進(jìn)步，這方面的差別已越來越??；另一個(gè)是熔接的原因，由于人為疏忽或熔接機(jī)故障造成的。在用OTDR確定光纖鏈路中不合格熔接點(diǎn)時(shí)，一定要認(rèn)真測試，仔細(xì)判定，對(duì)不合格點(diǎn)要認(rèn)真對(duì)待，否則的話，這個(gè)點(diǎn)可能是造成整個(gè)光纖鏈路劣化特別快最直接的原因。（4）在光纖工程完工后，還要進(jìn)行線路的最后測試，施工方測試主要是對(duì)光纖鏈路進(jìn)行自測、自查 、自檢，測試數(shù)據(jù)可作為隨后驗(yàn)收時(shí)的參考，驗(yàn)收方測試主要是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)光纖鏈路的長度、鏈路損耗及接頭損耗等進(jìn)行驗(yàn)收測試，對(duì)測試數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，作為日后運(yùn)營維護(hù)的重要參考。最終測試也可借助光源、光功率計(jì)及OTDR三種儀器共同進(jìn)行，前兩者是用來測試光信號(hào)在實(shí)際鏈路內(nèi)傳輸時(shí)的損耗情況，而用OTDR是找出鏈路中不好的熔接點(diǎn)及地理位置。2.2 OTDR在光纖通信工程中對(duì)故障點(diǎn)查找和定位光纖通信網(wǎng)絡(luò)中的任何一次故障都可能是致命的，都能導(dǎo)致傳輸中斷，給用戶帶來巨大損失。所以一方面要盡量減少故障隱患，另一方面要有快速處理故障的能力。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，利用OTDR對(duì)資料綜合分析能夠以最快的速度查找和定位故障點(diǎn)，為加快故障處理速度，確保網(wǎng)絡(luò)的正常傳輸提供了強(qiáng)有力的支持。為了能夠以最快速度找到故障點(diǎn)應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：（1）光纖故障的原因往往不會(huì)象出現(xiàn)意外事故造成的斷纖那樣簡單，這就使得查找故障點(diǎn)變得相對(duì)困難。多數(shù)情況光纖的故障往往是多種因素造成的，如光纜受水浸，熱脹冷縮對(duì)光纖的影響，接續(xù)盒內(nèi)保護(hù)槽的擠壓，光纖耦合器松動(dòng)，光纖頭進(jìn)灰、受潮腐蝕等造成的信號(hào)傳輸質(zhì)量下降或信號(hào)中斷等。為了可以快速、準(zhǔn)確的找到故障點(diǎn)，快速處理障礙，一定要先做到對(duì)波形圖進(jìn)行綜合和對(duì)比分析，然后再完成障礙處理工作。（2）OTDR測試光纖時(shí)反應(yīng)不出某段范圍內(nèi)光纖損耗等測量情況是稱為盲區(qū)，主要是由于OTDR的光脈沖寬度及OTDR的輸出口與被測光纖的第一個(gè)活動(dòng)連接器產(chǎn)生的菲涅爾反射造成的。當(dāng)光脈沖寬度一定時(shí)，與被測光纖相連的第一個(gè)活動(dòng)連接器就成了克服盲區(qū)的關(guān)鍵。在工程實(shí)踐中，我們采用在被測光纖和OTDR之間加入一根510米的測試光跳線的辦法來克服OTDR的盲區(qū)。這樣因?yàn)榈谝粋€(gè)連接器產(chǎn)生的菲涅洱反射恒定，不但能夠克服活動(dòng)連接器產(chǎn)生的盲區(qū)，而且使第一個(gè)活動(dòng)連接器產(chǎn)生獨(dú)立的另一個(gè)事件，可以更方便的進(jìn)行自定義分析，使測試過程包含第一個(gè)活動(dòng)連接器，對(duì)于故障點(diǎn)的定位提供了更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。（3）OTDR同時(shí)提供自動(dòng)測量、手動(dòng)測量和光纖末端測量方法，在故障處理時(shí)應(yīng)該采用多種測量方法并用的手段加以測試，自動(dòng)測量可以對(duì)整個(gè)傳輸事件進(jìn)行詳細(xì)分析，而末端測量可以略去傳輸事件的中間段，直接對(duì)光纖的兩端距離、損耗加以測量。相輔相成，對(duì)于故障點(diǎn)的定位大有幫助。2.3 利用OTDR輸出功能建立完善的初試資料及竣工報(bào)告光纖通信工程初始資料的準(zhǔn)確、完善關(guān)系到整個(gè)工程的進(jìn)程和發(fā)展，原有靜態(tài)的二維數(shù)表描繪路由長度和持續(xù)質(zhì)量已經(jīng)無法應(yīng)對(duì)日漸壯大的光纖通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要。所以，第一，利用OTDR軟件的打印功能，以位圖格式把波形圖和數(shù)據(jù)表同時(shí)打印或保存于計(jì)算機(jī)中。第二，用OTDR軟件專有格式保存于計(jì)算機(jī)中，以“超鏈接”的方式和二維數(shù)據(jù)表格鏈接到一起，作為數(shù)據(jù)表的電子輔助，當(dāng)處理故障時(shí)可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的對(duì)比分析。第三，利用OTDR測試獲得的精確數(shù)據(jù)結(jié)合施工圖紙描繪路由簡圖，要在簡圖中標(biāo)明接續(xù)的實(shí)際位置，還要對(duì)OTDR測試出來的重要事件點(diǎn)加以標(biāo)注，并且要對(duì)設(shè)計(jì)長度加以修正。光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，使得數(shù)據(jù)回傳業(yè)務(wù)以及千兆位光纖以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求逐漸增多。為有這樣需求的一方進(jìn)行測試驗(yàn)收，或者直接為其進(jìn)行工程施工已經(jīng)早已在光纖通信行業(yè)中開展起來。利用OTDR的測試資料建立驗(yàn)收或竣工報(bào)告，不但使得報(bào)告的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、完整，同時(shí)也使報(bào)告更加權(quán)威，更加具有說服力，對(duì)發(fā)展光纖通信工程提供了強(qiáng)有力的支持。3 OTDR在光纖通信工程維護(hù)中的實(shí)例在對(duì)洋山深水港局域網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，用戶反映最近發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)速度很慢。于是用OTDR對(duì)光纜進(jìn)行測試，先將一端的SC-ST光跳線從光電轉(zhuǎn)換器的端口拔下，將ST頭插入OTDR的測試端口，然后將連接另一臺(tái)光電轉(zhuǎn)換器的光跳線也拔下（注意在進(jìn)行OTDR測試時(shí)，一定要使光纖跳線脫離光電轉(zhuǎn)換器的端口，否則會(huì)損傷OTDR的測試端口），開始對(duì)光纜進(jìn)行測試，測試速度很快，大約10秒，結(jié)果出來了，顯示屏看到整條光纖鏈路長867米，兩段各有5米光纖跳線，中間的光纜長度為857米，兩端各有一光纖耦合器用于連接跳線和光纜。在1300nm波長上出現(xiàn)問題，5米左右的位置出現(xiàn)衰減，而且衰減值為-4.8dB,大大超過-2.0dB的極限值，問題終于找到了，但是到底是光纖跳線接頭的問題還是耦合器的問題呢？于是我將這端的ST-SC光纖跳線從耦合器上拔下，用光纖聽診器與ST接頭相連，屏幕上立即顯示出它的圖像，可以清楚地看到其中有很多顆粒狀斑點(diǎn)，這說明接頭表面有很多灰塵,，我又測了SC光纖接頭，發(fā)現(xiàn)沒有斑點(diǎn),一切正常。所以問題很可能就出現(xiàn)在ST接頭，我用光纖清潔劑將光纖接頭清洗一遍，稍等幾分鐘，等完全干燥后將它重新插回耦合器