OTDR原理使用詳解部分動(dòng)畫

1、2012年9月2日 制作GentekOTDR目錄 為什么要使用OTDR OTDR的原理 OTDR曲線分析 各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置目錄 為什么要使用OTDR OTDR的原理 OTDR曲線分析 各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置通信質(zhì)量管道、人孔、手孔、防雷設(shè)施、入土出土護(hù)管1234光纜布放質(zhì)量光衰減色散基建質(zhì)量彎折、拉力、側(cè)壓力光纜施工質(zhì)量傳統(tǒng)測(cè)試方式熔接彎折活動(dòng)連接器機(jī)械固定接頭斷裂光纖尾端光纖尾端標(biāo)準(zhǔn)光源發(fā)射=xdb光功率計(jì)接收=ydb測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)：可以直接測(cè)出全鏈路的光衰減、成本低、簡(jiǎn)單可靠、不需要專業(yè)知識(shí)測(cè)量缺點(diǎn)：不能測(cè)熔接損耗、光纜彎折損耗、活動(dòng)連接損耗、機(jī)械連接損耗、光纖斷裂、更不能進(jìn)行距離測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)光源-光功率計(jì)測(cè)量全

2、鏈路損耗=x-ydb工程及維護(hù)需求光纜總長(zhǎng)度熔接損耗活動(dòng)連接損耗光彎折損耗光纜總損耗故障點(diǎn)定位光路測(cè)量利器目錄 為什么要使用OTDR OTDR的原理 OTDR曲線分析 各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置OTDR定義 定義OTDR的英文全稱是Optical Time Domain Reflectometer，中文意思為光時(shí)域反射儀 工作原理OTDR在精準(zhǔn)時(shí)鐘電路的控制之下，按照設(shè)定的參數(shù)向光口發(fā)射光脈沖信號(hào)，之后OTDR不斷的按照一定的時(shí)間間隔從光口接收從光纖中反射回的光信號(hào)，分別按照瑞利背向散射（測(cè)試光釬的損耗）和菲涅爾反射（測(cè)試光釬的反射）的原理對(duì)光纖進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。Rayleigh 背向散射（瑞利散射） 原因源

3、于光纖內(nèi)部微小粒子或不均勻結(jié)構(gòu)反射和吸收，當(dāng)光照射到雜質(zhì)上時(shí)，一些顆粒將光重定向到不同的方向，同時(shí)產(chǎn)生了信號(hào)衰減和背向散射。 規(guī)律其損耗的大小與波長(zhǎng)的4次方成反比，即隨著波長(zhǎng)的增加，損耗迅速下降。光纖中某一點(diǎn)的后向回波可以反映出光纖中光功率的分布情況，椐此可以測(cè)試出光纖的損耗。Rayleigh 背向散射（瑞利散射） Rayleigh 背向散射（瑞利散射） 損耗：Rayleigh Backscatter(瑞利背向散射)=5Log(P0WS)-10ax(loge)式中：P0:發(fā)射的光功率（瓦）W：傳輸?shù)拿}沖寬度（秒）S：光纖的反射系數(shù)（瓦/焦耳）a：光纖的衰減系數(shù)（奈踣/米）1奈踣=8.686dB

4、x： 光纖距離Fresnel 反射（非涅爾反射） 原因當(dāng)光到達(dá)折射率突變的位置（比如從玻璃到空氣）時(shí)，很大一部分光被反射回去，產(chǎn)生 Fresnel 反射，它可能比 Rayleigh 背向散射強(qiáng)上千倍。Fresnel 反射可通過 OTDR 軌跡的尖峰來識(shí)別。 產(chǎn)生位置這樣的反射例子有連接器、機(jī)械接頭、光纖、光纖斷裂或打開的連接器。 用途可檢測(cè)鏈路沿線的物理事件。Fresnel 反射（非涅爾反射）反射光直線返回光源(OTDR)空氣斜角端面粗糙端面骯臟端面光纖端面質(zhì)量不同，返回OTDR的反射光強(qiáng)度也不同OTDR 的結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)(高精度時(shí)鐘控制)CRT 或 LCD顯示器激光器探測(cè)器耦合器/分路器待測(cè)光

5、纖OTDR測(cè)試過程熔接點(diǎn)彎折活動(dòng)連接器機(jī)械固定接頭斷裂光纖尾端光纖尾端第一步：清理光纖接口端面（法蘭口）第二步：用光功率計(jì)測(cè)試鏈路是否有光（有強(qiáng)光會(huì)損壞OTDR）第三步：了解待測(cè)鏈路的狀態(tài)，設(shè)置OTDR相應(yīng)的參數(shù)第四步：OTDR測(cè)試及結(jié)果分析，保存OTDR測(cè)試過程熔接點(diǎn)彎折活動(dòng)連接器機(jī)械固定接頭斷裂光纖尾端光纖尾端距離測(cè)量原理d = 2 nt0t1距離=Dt = t1 - t0C = 光速 n = 光纖纖芯的折射率損耗測(cè)量原理A熔接點(diǎn)入射=xdbm反射=xdbm * f(c)B入射=x-0.3dbm反射=(x-0.3)dbm * f(c)損耗=0.3dbOTDR 產(chǎn)生返回光強(qiáng)度（ 背向散射加上

6、反射）與光纖長(zhǎng)度相關(guān)的光纖曲線 返回的信號(hào)電平 (dB)距離OTDR 產(chǎn)生返回光強(qiáng)度（ 背向散射加上反射）與光纖長(zhǎng)度相關(guān)的光纖曲線 返回的信號(hào)電平 (dB)距離位于光纖遠(yuǎn)端的背向散射采樣點(diǎn)OTDR 產(chǎn)生返回光強(qiáng)度（ 背向散射加上反射）與光纖長(zhǎng)度相關(guān)的光纖曲線 返回的信號(hào)電平 (dB)距離連接這些采樣點(diǎn)OTDR 產(chǎn)生返回光強(qiáng)度（ 背向散射加上反射）與光纖長(zhǎng)度相關(guān)的光纖曲線 返回的信號(hào)電平 (dB)距離OTDR 產(chǎn)生返回光強(qiáng)度（ 背向散射加上反射）與光纖長(zhǎng)度相關(guān)的光纖曲線 返回的信號(hào)電平 (dB)距離OTDR 產(chǎn)生返回光強(qiáng)度（ 背向散射加上反射）與光纖長(zhǎng)度相關(guān)的光纖曲線 返回的信號(hào)電平 (dB)距

7、離熔接損耗是一種由于信號(hào)電平在接頭點(diǎn)突然下降而造成的點(diǎn)損耗熔接損耗返回的信號(hào)電平 (dB)距離熔接時(shí)如果接點(diǎn)含有空氣隙，就會(huì)產(chǎn)生具有反射的點(diǎn)損耗。接頭損耗反射返回的信號(hào)電平 (dB)距離目錄 為什么要使用OTDR OTDR的原理 OTDR曲線分析 各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置典型的后向散射信號(hào)曲線DB/DIVdbceaM/DIVa、輸入端的Fresnel反射區(qū)（即盲區(qū)）b、恒定斜率區(qū)c、局部缺陷、接續(xù)或耦合引起的不連續(xù)性d、光纖缺陷、二次反射余波等引起的反射e、輸出端的Fresnel反射 外部因素引起的可能曲線變化 這里的外部因素指施加于光纜并傳遞至光纖的張力及側(cè)向受力，還有溫度的變化。這些都會(huì)造成曲線弓形彎

8、曲。外部因素引起的弓形彎曲在外力作用下使曲線斜率改變。如圖所示，外力作用前曲線斜率恒定，在外力作用下可出現(xiàn)如下情況之一： 曲線斜率不變，衰減不變斜率變化，衰減線性增加整個(gè)長(zhǎng)度呈弓形彎曲，各處斜率不同：衰減連續(xù)增加沿長(zhǎng)度斜率增加，有限區(qū)域衰減線性增加實(shí)際在測(cè)試中最常見的異常曲線、原理和對(duì)策現(xiàn)象：光纖未端無菲涅爾反射峰，曲線斜率、衰減正常，無法確認(rèn)光纖長(zhǎng)度原因：光纖未端面上比較臟或光纖端面質(zhì)量差；對(duì)策：清洗光纖未端面或重新做端面； 現(xiàn)象：在整根光纖衰減合格，曲線大部分斜率均勻，但在菲涅爾反射峰前沿有一小凹陷原因：未端幾米或幾十米光纖受側(cè)壓對(duì)策：復(fù)繞觀察有無變化1310nm1550nm現(xiàn)象：1310

9、nm光纖曲線平滑，光纖衰減斜率基本不變，衰減指標(biāo)略微偏高，但1550nm光纖衰減斜率增加，衰減指標(biāo)偏高；原因：束管內(nèi)余長(zhǎng)過短，光纖受拉伸；對(duì)策：確認(rèn)束管內(nèi)的余長(zhǎng)，增加束管內(nèi)的余長(zhǎng) 現(xiàn)象：1310nm光纖曲線平滑，光纖衰減斜率基本正常，衰減指標(biāo)正常，但550nm光纖衰減斜率嚴(yán)重不良，衰減指標(biāo)嚴(yán)重偏高；原因：束管內(nèi)余長(zhǎng)過長(zhǎng)，光纖彎曲半徑過??；對(duì)策：確認(rèn)束管內(nèi)的余長(zhǎng)，減少束管內(nèi)的余長(zhǎng) 正常曲線 A 為盲區(qū)， B 為測(cè)試末端反射峰。測(cè)試曲線為傾斜的，隨著距離的增長(zhǎng)，總損耗會(huì)越來越大。用總損耗（ dB ）除以總距離（ km ）就是該段纖芯的平均損耗（ dB/Km ）。異常情況 原因：（1）儀表的尾纖沒有

10、插好，光脈沖根本打不出去； （2）斷點(diǎn)位置比較進(jìn)， OTDR 不足以測(cè)試出距離來；方法：（1） 要檢查尾纖連接情況 （2） 把 OTDR 的設(shè)置改一下，把距離、脈沖調(diào)到最小，如果還是這種情 況的話，可以判斷 1 尾纖有問題； 如果是尾纖問題，更換尾纖。非反射事件 (臺(tái)階)這種情況比較多見，曲線中間出現(xiàn)一個(gè)明顯的臺(tái)階，多數(shù)為該纖芯打折，彎曲過小，受到外界損傷等因素造成。臺(tái)階曲線遠(yuǎn)端沒有反射峰這種情況一定要引起注意！曲線在末端沒有任何反射峰就掉下去了，如果知道纖芯原來的距離，在沒有到達(dá)纖芯原來的距離，曲線就掉下去了，這說明光纖在曲線掉下去的地方斷了，或者是光纖遠(yuǎn)端端面質(zhì)量不好。測(cè)試距離過長(zhǎng)這種情況

11、是出現(xiàn)在測(cè)試長(zhǎng)距離的纖芯時(shí)， OTDR 所不能達(dá)到的距離所產(chǎn)生的情況，或者是距離、脈沖設(shè)置過小所產(chǎn)生的情況。如果出現(xiàn)這種情況， OTDR 的距離、脈沖又比較小的話，就要把距離、脈沖調(diào)大，以達(dá)到全段測(cè)試的目的，稍微加長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間也是一種辦法。 正增益現(xiàn)象處理正增益 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(chǎng)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(gè)方向測(cè)量并對(duì)結(jié)果取平均值作為該熔接損耗。目錄 為什么要使用OTDR OTDR的原理 OTDR曲線分析 各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置RangeWavelengthRe

12、solutionAveragingPulse width測(cè) 試 范 圍范圍 是指距離 或顯示范圍。對(duì)這一參數(shù)的設(shè)置意味著告訴OTDR應(yīng)該在屏幕上顯示多長(zhǎng)距離。為了顯示整個(gè)光纖曲線，設(shè)置時(shí)這一范圍必須大于被測(cè)光纖長(zhǎng)度。 通常選擇的測(cè)試范圍應(yīng)比實(shí)際待測(cè)光纖長(zhǎng)20% 。對(duì)于25公里的光纖，選擇13公里測(cè)試范圍是過短了。對(duì)于25公里的光纖，選擇32公里測(cè)試范圍是比較合適的必須注意，測(cè)試范圍相對(duì)于被測(cè)光纖長(zhǎng)度不要差異太大，否則將會(huì)影響到有效分辨率。同時(shí)，過大的測(cè)試范圍還將導(dǎo)致過大而無效的測(cè)試數(shù)據(jù)文件，造成存貯空間的浪費(fèi)。測(cè) 試 范 圍選擇164Km 測(cè)試范圍對(duì)于 7.6Km 的實(shí)際光纖來說是過長(zhǎng)了。文件

13、尺寸: 9Km 范圍 = 2kbytes 164Km 范圍 = 10kbytes脈 沖 寬 度脈沖寬度 表示脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度，同時(shí)也可換算為脈沖在光纖上所占的空間長(zhǎng)度。10ns = 1 米100ns = 10 米10,000ns = 1,000 米OTDR注入光纖的光沿著光纖的傳播與水在管道內(nèi)流動(dòng)很相似。30ns1980ns7620ns3860ns960ns480ns240ns120ns脈沖寬度 與盲區(qū)和動(dòng)態(tài)范圍直接相關(guān)。在下圖中，用8個(gè)不同的脈沖寬度測(cè)量同一根光纖。最短的脈寬獲得了最小的盲區(qū)，但同時(shí)也導(dǎo)致了最大的噪聲。最長(zhǎng)的脈寬獲得了最光滑的測(cè)試曲線，與此同時(shí)，盲區(qū)長(zhǎng)達(dá)接近1公里。使用中等脈寬

14、獲得了較好的盲區(qū)和清晰的曲線曲線最光滑但盲區(qū)最大最短的盲區(qū)但噪聲很大脈 沖 寬 度 1脈 沖 寬 度 2965m3,165ft540m1,773ft7620ns960ns120ns盲 區(qū)在被測(cè)光纖始端，脈沖寬度的影響是顯而易見的。 下圖中，位于540米處的第一個(gè)接頭點(diǎn)在長(zhǎng)脈寬下觀察不到。3,000950 250長(zhǎng)脈寬中脈寬短脈寬965m3,165ft540m1,773ft7620ns960ns120ns拖 尾不同的脈寬在接頭處會(huì)產(chǎn)生不同長(zhǎng)度的拖尾。對(duì)于不同的脈寬，拖尾長(zhǎng)度亦有不同，下圖例中960ns脈寬時(shí)的拖尾淹沒了第二個(gè)接頭。機(jī)械接頭在同樣脈寬下的拖尾將大于熔接接頭。這里所談及的拖尾即是我們

15、通常所說的事件盲區(qū)。km35070動(dòng) 態(tài) 范 圍脈寬決定了可測(cè)試的光纖長(zhǎng)度較長(zhǎng)的脈寬可得到較大的動(dòng)態(tài)范圍.以長(zhǎng)脈寬 (7620ns) OTDR能夠測(cè)量 很遠(yuǎn)。 但盲區(qū)也比較大。以中等脈寬 (120ns) 測(cè)量 20公里。噪聲變的比較大。以中等脈寬 (960ns) OTDR能夠較好地測(cè)量 40余公里。 盲區(qū)也比較適中。All measurements taken at 1310nm Wavelength波 長(zhǎng)如果可能，總是同時(shí)測(cè)試1310和1550納米兩個(gè)波長(zhǎng)以便比較不同波長(zhǎng)上的測(cè)試結(jié)果，判斷光纜是否受到應(yīng)力。對(duì)同一根光纖，不同波長(zhǎng) 下進(jìn)行的測(cè)試會(huì)得到不同的損耗結(jié)果。測(cè)試波長(zhǎng)越長(zhǎng)，對(duì)光纖彎曲越敏

16、感。1550nm下測(cè)試的接頭損耗大于在1310nm處的測(cè)試值.下圖中，第一個(gè)熔接點(diǎn)存在彎曲問題，而另外的熔接點(diǎn)在兩測(cè)試波長(zhǎng)下狀態(tài)近似，這表明光纖未受力。分辨率（數(shù)據(jù)采樣間隔） 確定了事件點(diǎn)的定位精度OTDR在測(cè)試時(shí)沿光纖長(zhǎng)度方向以固定的間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，采樣間隔越短，采集的數(shù)據(jù)也越多，同時(shí)意味著定位精度越高，但與此同時(shí)測(cè)試花費(fèi)的時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)，測(cè)試結(jié)果文件也越大。文件大小: 8m 采樣 = 4kbytes 1m 采樣= 32kbytes分 辨 率1 m 采樣8 m 采樣光纖端點(diǎn)的讀出值可能由于+/-一個(gè)采樣點(diǎn)而不同。在此情況下，由于分辨率設(shè)置而導(dǎo)致的讀出誤差可能達(dá)到 8米 。紅線 = 1m 分辨率綠線 = 8m 分辨率平 均平均 (有時(shí)也稱為掃描) 可降低測(cè)試結(jié)果