OTDR工作原理及其測(cè)試方法簡(jiǎn)介

一、OTDR的工作原理：
光纖光纜測(cè)試是光纜施工、維護(hù)、搶修重要技術(shù)手段，采用OTDR(光時(shí)域反射儀）進(jìn)行光纖連接的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視和連接損耗測(cè)量評(píng)價(jià)，是目前最有效的方式。這種方法直觀、可信并能打印出光纖后向散射信號(hào)曲線(xiàn)。另外，在監(jiān)測(cè)的同時(shí)可以比較精確地測(cè)出由局內(nèi)至各接頭點(diǎn)的實(shí)際傳輸距離，對(duì)維護(hù)中，精確查找故障、有效處理故障是十分必要的。同時(shí)要求維護(hù)人員掌握儀表性能，操作技能熟練，精確判斷信號(hào)曲線(xiàn)特征。

美國(guó)安捷倫E6000C

加拿大EXFO FTB150

日本安立MT9080

日本橫河AQ7275

美國(guó)JDSU MTS6000

美國(guó)網(wǎng)泰 CMA4000I

OTDR的英文全稱(chēng)是Optical Time Domain Reflectometer，中文意思為光時(shí)域反射儀。OTDR是利用光線(xiàn)在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它被廣泛應(yīng)用于光纜線(xiàn)路的維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長(zhǎng)度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測(cè)量。

OTDR測(cè)試是通過(guò)發(fā)射光脈沖到光纖內(nèi),然后在OTDR端口接收返回的信息來(lái)進(jìn)行。當(dāng)光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時(shí)，會(huì)由于光纖本身的性質(zhì)，連接器，接合點(diǎn)，彎曲或其它類(lèi)似的事件而產(chǎn)生散射，反射。其中一部分的散射和反射就會(huì)返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探測(cè)器來(lái)測(cè)量，它們就作為光纖內(nèi)不同位置上的時(shí)間或曲線(xiàn)片斷。從發(fā)射信號(hào)到返回信號(hào)所用的時(shí)間，再確定光在玻璃物質(zhì)中的速度，就可以計(jì)算出距離。

d=(c×t)/2(IOR)

在這個(gè)公式里，c是光在真空中的速度，而t是信號(hào)發(fā)射后到接收到信號(hào)（雙程）的總時(shí)間（兩值相乘除以2后就是單程的距離）。因?yàn)楣庠诓Ａе幸仍谡婵罩械乃俣嚷?，所以為了精確地測(cè)量距離，被測(cè)的光纖必須要指明折射率（IOR）。IOR是由光纖生產(chǎn)商來(lái)標(biāo)明。

OTDR使用瑞利散射和菲涅爾反射來(lái)表征光纖的特性。瑞利散射是由于光信號(hào)沿著光纖產(chǎn)生無(wú)規(guī)律的散射而形成。OTDR就測(cè)量回到OTDR端口的一部分散射光。這些背向散射信號(hào)就表明了由光纖而導(dǎo)致的衰減（損耗/距離）程度。形成的軌跡是一條向下的曲線(xiàn)，它說(shuō)明了背向散射的功率不斷減小，這是由于經(jīng)過(guò)一段距離的傳輸后發(fā)射和背向散射的信號(hào)都有所損耗。

菲涅爾反射是離散的反射，它是由整條光纖中的個(gè)別點(diǎn)而引起的，這些點(diǎn)是由造成反向系數(shù)改變的因素組成，例如玻璃與空氣的間隙。在這些點(diǎn)上，會(huì)有很強(qiáng)的背向散射光被反射回來(lái)。因此，OTDR就是利用菲涅爾反射的信息來(lái)定位連接點(diǎn)，光纖終端或斷點(diǎn) 。

OTDR的工作原理就類(lèi)似于一個(gè)雷達(dá)。它先對(duì)光纖發(fā)出一個(gè)信號(hào)，然后觀察從某一點(diǎn)上返回來(lái)的是什么信息。這個(gè)過(guò)程會(huì)重復(fù)地進(jìn)行，然后將這些結(jié)果進(jìn)行平均并以軌跡的形式來(lái)顯示，這個(gè)軌跡就描繪了在整段光纖內(nèi)信號(hào)的強(qiáng)弱（或光纖的狀態(tài)）。

測(cè)試距離：由于光纖制造以后其折射率基本不變，這樣光在光纖中的傳播速度就不變，這樣測(cè)試距離和時(shí)間就是一致的，實(shí)際上測(cè)試距離就是光在光纖中的傳播速度乘上傳播時(shí)間，對(duì)測(cè)試距離的選取就是對(duì)測(cè)試采樣起始和終止時(shí)間的選取。測(cè)量時(shí)選取適當(dāng)?shù)臏y(cè)試距離可以生成比較全面的軌跡圖，對(duì)有效的分析光纖的特性有很好的幫助，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取整條光路長(zhǎng)度的1.5－2倍之間最為合適。

脈沖寬度：可以用時(shí)間表示，也可以用長(zhǎng)度表示，在光功率大小恒定的情況下，脈沖寬度的大小直接影響著光的能量的大小，光脈沖越長(zhǎng)光的能量就越大。同時(shí)脈沖寬度的大小也直接影響著測(cè)試死區(qū)的大小，也就決定了兩個(gè)可辨別事件之間的最短距離，即分辨率。顯然，脈沖寬度越小，分辨率越高，脈沖寬度越大測(cè)試距離越長(zhǎng)。

折射率就是待測(cè)光纖實(shí)際的折射率，這個(gè)數(shù)值由待測(cè)光纖的生產(chǎn)廠家給出，單模石英光纖的折射率大約在1.4－1.6之間。越精確的折射率對(duì)提高測(cè)量距離的精度越有幫助。這個(gè)問(wèn)題對(duì)配置光路由也有實(shí)際的指導(dǎo)意義，實(shí)際上，在配置光路由的時(shí)候應(yīng)該選取折射率相同或相近的光纖進(jìn)行配置，盡量減少不同折射率的光纖芯連接在一起形成一條非單一折射率的光路。

測(cè)試波長(zhǎng)就是指OTDR激光器發(fā)射的激光的波長(zhǎng)，在長(zhǎng)距離測(cè)試時(shí)，由于1310nm衰耗較大，激光器發(fā)出的激光脈沖在待測(cè)光纖的末端會(huì)變得很微弱，這樣受噪聲影響較大，形成的軌跡圖就不理想，宜采用1550nm作為測(cè)試波長(zhǎng)。所以在長(zhǎng)距離測(cè)試的時(shí)候適合選取1550nm作為測(cè)試波長(zhǎng)，而普通的短距離測(cè)試選取1310nm也可以。

平均值：是為了在OTDR形成良好的顯示圖樣，根據(jù)用戶(hù)需要?jiǎng)討B(tài)的或非動(dòng)態(tài)的顯示光纖狀況而設(shè)定的參數(shù)。由于測(cè)試中受噪聲的影響，光纖中某一點(diǎn)的瑞利散射功率是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，要確知該點(diǎn)的一般情況，減少接收器固有的隨機(jī)噪聲的影響，需要求其在某一段測(cè)試時(shí)間的平均值。根據(jù)需要設(shè)定該值，如果要求實(shí)時(shí)掌握光纖的情況，那么就需要設(shè)定時(shí)間為實(shí)時(shí)。

1、連接測(cè)試尾纖：

首先清潔測(cè)試側(cè)尾纖，將尾纖垂直儀表測(cè)試插孔處插入，并將尾纖凸起U型部分與測(cè)試插口凹回U型部分充分連接，并適當(dāng)擰固。在線(xiàn)路查修或割接時(shí)，被測(cè)光纖與OTDR連接之前，應(yīng)通知該中繼段對(duì)端局站維護(hù)人員取下ODF架上與之對(duì)應(yīng)的連接尾纖，以免損壞光盤(pán)；

a、波長(zhǎng)選擇：選擇測(cè)試所需波長(zhǎng)， 有1310nm，1550nm兩種波長(zhǎng)供選擇；

b、距離設(shè)置：首先用自動(dòng)模式測(cè)試光纖,然后根據(jù)測(cè)試光纖長(zhǎng)度設(shè)定測(cè)試距離，通常是實(shí)際距離的1.5倍 ，主要是避免出現(xiàn)假反射峰，影響判斷；

c、脈寬設(shè)置：儀表可供選擇的脈沖寬度一般有10ns，30ns，100ns，300ns，1μs，10 μs 等參數(shù)選擇，脈沖寬度越小，取樣距離越短，測(cè)試越精確，反之則測(cè)試距離越長(zhǎng)，精度相對(duì)要小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般10KM以下選用100ns及以下參數(shù)， 10KM以上選用100ns及以上參數(shù)；

d、取樣時(shí)間：儀表取樣時(shí)間越長(zhǎng)，曲線(xiàn)越平滑，測(cè)試越精確；

e、折射率設(shè)置：根據(jù)每條傳輸線(xiàn)路要求不同而定；

f、事件閾值設(shè)置：指在測(cè)試中對(duì)光纖的接續(xù)點(diǎn)或損耗點(diǎn)的衰耗進(jìn)行預(yù)先設(shè)置，當(dāng)遇有超過(guò)閾值的事件時(shí)，儀表會(huì)自動(dòng)分析定位。

a、曲線(xiàn)毛糙，無(wú)平滑曲線(xiàn)

原因1：測(cè)試儀表插口損壞（換插口）

原因2：測(cè)試尾纖連接不當(dāng)（重新連接）

原因3：測(cè)試尾纖問(wèn)題（更換尾纖）

原因2：線(xiàn)路終端問(wèn)題（重新接續(xù)，在進(jìn)行終端損耗測(cè)量時(shí)可介入假纖進(jìn)行測(cè)試）

b、曲線(xiàn)平滑，

①信號(hào)曲線(xiàn)橫軸為距離（KM)，縱軸為損耗(dB)，前端為起始反射區(qū)（盲區(qū)），約為0.1KM，中間為信號(hào)曲線(xiàn)，呈階躍下降曲線(xiàn)，末端為終端反射區(qū)，超出信號(hào)曲線(xiàn)后，為毛糙部分（即光纖截止電點(diǎn)。

②如圖中所示普通接頭或彎折處為為一個(gè)下降臺(tái)階，活動(dòng)連接處為反射峰（后面介紹假反射峰），斷裂處為較大臺(tái)階的反射峰，而尾纖終端為結(jié)束反射峰。

③當(dāng) 測(cè)試曲線(xiàn)中有活動(dòng)連接或測(cè)試量程較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)2個(gè)以上假反射峰，可根據(jù)反射峰距離判斷是否為假反射峰。