…………………………．皇子攘 ．盟＿ ＯＴＤＲ光纤测试法及在光缆施工中的应用 中铁五局电务公司 龙安仁 【摘要】ｏ１ＤＲ作为光纤通信的主要测试仪表之一，在光缆施工、维护等领域发挥着重要作用。为提高测试者技术水平，解决测试精度和盲区两个关键问题，本文 对ｏＴＤＲ基本原理、参数设置和ｏＴＤＲ光纤测试法在光缆施工中的应用进行了介绍，总结了解决ｏＴＤＲ光纤测试中出现问题的经验与措施。 【关键词】ＯＴＤＲ；参数设置；光纤测试法；光缆施工；经验与措施 ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔ— Ａ ｐｌ—ｐ２ 一ｏｍｅｔｅｒ，光时域反射仪）是表征光纤传输 特性的测试仪器。ＯＴＤＲ是光纤测试领域中 的主要仪表，被广泛应用于光缆线路的施 工、维护之中，可进行光纤长度、光纤的 传输衰减、接头衰减和故障定位等的测 量。ＯＴＤＲ具有非破坏性、测试时间短、测 试速度快、测试精度高等优点。 １．支持ＯＴＤＲ技术的两个基本公式 Ｌ 育 ‘ ） ２．ＯＴＤＲ结构方框图 图１是ＯＴＤＲ原理结构方框图。脉冲发 生器发出宽度可调的窄脉冲驱动激光二极 管（ＬＤ），产生所需宽度的光脉冲（通常为 ２ｎｓ～２０｜ｌ Ｓ），经方向耦合器后入射到被 测光纤，光纤中的后向散射光和菲涅耳反 射光经耦合器进入光电探测器，光电探测 ０ＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅ— 器把接收到的散射光和反射光信号转换成 ｃｔｏｍｅｔｅｒ，光时域反射仪）是利用光脉冲 电信号，由放大器放大后送信号处理部件 图１ ＯＴＤＲ原理结构方框图 在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射 处理（包括取样、模数转换和平均），结果 所产生的背向散射而制成的高科技、高精 由显示部件显示：纵轴表示功率电平，横 密的光电一体化仪表。半导体光源（ＬＥＤ或 轴表示距离。时基与控制单元控制脉冲宽 ＬＤ）在驱动电路调制下输出光脉冲，经过 度、取样和平均。 定向光耦合器和活动连接器注入被测光缆 ３．保障ＯＴＤＲ精度的五个参数设置 ３．１测试波长选择 线路成为入射光脉冲。 入射光脉冲在线路中传输时会在沿途 由于ＯＴＤＲ是为光纤通信服务的，因此 图２ ＯＴＤＲ测试连接图 产生瑞利散射光和菲涅尔反射光，大部分 在进行光纤测试前先选择测试波长，单模 瑞利散射光将折射入包层后衰减，其中与 光纤只选择１３１０ｎｍ或１５５０ｎｍ。由于１５５０ｎｍ 光脉冲传播方向相反的背向瑞利散射光将 波长对光纤弯曲损耗的影响ｂｔｌ３１０ｎｍ波长 会沿着光纤传输到线路的进光端口，经定 敏感得多，因此不管是光缆线路施工还是 向耦合分路射向光电探测器，转变成电信 光缆线路维护或者进行实验、教学，使用 号，经过低噪声放大和数字平均化处理， ＯＴＤＲ对某条光缆或某光纤传输链路进行全 最后将处理过的电信号与从光源背面发射 程光纤背向散射信号曲线测试，一般多选 厂ｌＩ＝圈＝＝＝＝二＿、 连 ｌ 熔 弯 断 光纤 Ｉ———口．０一一 图３ ＯＴＤＲ测试曲线事件类型及显示 提取的触发信号同步扫描在示波器上成为 用１５５０ｎｍ波长。 反射光脉冲。 １３１０ｎｍ和１５５０ｎｍ两波长的测试曲线的 波长，这样测试效果会更好。３．２光纤折射率选择 返回的有用信息由ＯＴＤＲ的探测器来测 形状是一样的，测得的光纤接头损耗值也 量，它们就作为被测光纤内不同位置上的 基本一致。若在１５５０ｎｍ波长测试没有发现 时间或曲线片断。根据发射信号到返回信 号所用的时间，再确定光在石英物质中的 速度，就可以计算出距离（光纤长度）Ｌ（单 现在使用的单模光纤的折射率基本在 １．４６００—１．４８００范围内，要根据光缆或光 纤生产厂家提供的实际值来精确选择。 １３１０ｎｍ波长，折射率一般选择在１．４６８０； 问题，那么１３ＩＯｎｍ波长测试也肯定没问 题。 选择１５５０ｎｍ波长测试，可以很容易发 对于Ｇ．６５２单模光纤，在实际测试时若用 位：ｍ），如式（１）所示。 Ｌ：ｃ． ：３×１０。× ｎ Ｚｎ 现光纤全程是否存在弯曲过度的情况。若 （１） ５５０ｎｍ波长，折射率一般选择在 发现曲线上某处有较大的损耗台阶，再用 若用１１３１０ｎｍ波长复测，若在１３１０ｎｍ波长下损耗 Ｉ．４６８５。折射率选择不准，影响测试长 台阶消失，说明该处的确存在弯曲过度情 度。式（１）中，ｎ为平均折射率，△ｔ为 传输时延。利用入射光脉冲和反射光脉冲 况，需要进一步查找并排除。若在１３１０ｎｍ 以计算出衰减ａ（单位：ｄＢ／ｋｍ），如式（２） 所示： 在式（１）中折射率若误差０．００１，则在 对应的功率电平以及被测光纤的长度就可 波长下损耗台阶同样大，则在该处光纤可 ５００００ｍ的中继段会产生约３５ｍ的误差。在 能还存在其他问题，还需要查找排除。在 光缆维护和故障排查时很小的失误便会带 单模光纤线路测试中，应尽量选用１５５０ｎｍ 来明显的误差，测试时一定要引起足够的 嵌入式软件测试。 王曙燕（１９６４＿），女，博士，教授，研究方向： 软件测试以及数据挖掘。 ／２０１２ ０６／电子ｔｉｔ再 －４１— Ｉ》》庖子技术 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 －一一－一一－－ －－一＿－一＿－一一＿一一－一 重视。 在光纤通信接续测试中，选择１．５ｍｉｎ （９０ｓ）就可获得满意的效果。 ②用光电话进行联络。确定好用一根 ３．３测试脉冲宽度选择 设置的光脉冲宽度过大会产生较强的 光纤（如蓝色光纤单元红色光纤）接在光电 ４．ＯＴＤＲ光纤测试法在光缆施工中的应 话上作联络线。当然最后这根作联络用的 菲涅尔反射，会使盲区加大。较窄的测试 用 光纤在熔接和盘纤时就因无法联络而不能 光脉冲虽然有较小的盲区，但是测试光脉 应用ＯＴＤＲ在光缆施工中对光纤进行测 进行监测了。即使这样，出现问题的可能 冲过窄时光功率肯定过弱，相应的背向散 试时，包括光缆到货后的单盘测试、光纤 性仍会大大降低（如果是２４芯光缆，出现 射信号也弱，背向散射信号曲线会起伏不 接续测试、光纤中继段测试和光纤故障点 问题的概率会降到原来的１／２４以下）。 平，测试误差大。设置的光脉冲宽度既要 测量。ＯＴＤＲ的测试连接如图２所示。 ③当光缆接续达到一个中继距离时， 能保证没有过强的盲区效应，又要能保证 测试连接的方法是：ＯＴＤＲ一过渡光纤一 ＯＴＤＲ向前移动。 测试实践证明，这些监测方法对保证 背向散射信号曲线有足够的分辨率，能看 光纤连接器一第ｌ盘光缆一第２盘光缆一第ｎ盘 清光纤沿线上每一点情况。 一般是根据被测光纤长度，先选择一 个适当的测试脉宽，预测试一两次后，从 中确定一个最佳值。被测光纤的距离较短 （小于５０００ｍ）时，盲区可以在ｌＯｍ以下；被 测光纤的距离较长（小于５００００ｍ）时，盲区 可以在２００ｍ以下；被测光纤的距离很长 （小于２５０００００ｍ）时，盲区可高达２０００ｍ以 上。 在单盘测试时，恰当选择光脉冲宽度 （５０ｎｍ）可以使盲区在ｌＯｍ以下。通过双向 测试或多次测试取平均值，盲区产生的影 响会更小。 ３．４测试量程选择 ＯＴＤＲ的量程是指ＯＴＤＲ的横坐标能达 到的最大距离。测试时应根据被测光纤 的长度选择量程，量程是被测光纤长度的 １．５倍比较好。量程选择过小时，光时域 反射仪的显示屏上看不全面；量程选择过 大时，光时域反射仪的显示屏上横坐标压 缩看不清楚。 根据工程技术人员的实际经验，测试 量程选择能使背向散射曲线大约占ＮＩＪＯＴＤＲ 显示屏的７０％时，不管是长度测试还是损 耗测试都能得到比较好的直视效果和准确 的测试结果。 在光纤通信系统测试中，链路长度在 几百到几千千米，中继段长度４０—６０ｋｍ， 单盘光缆长度２—４ｋｍ，合选择ＯＴＤＲ的量程 可以得到良好的测试效果。 ３．５平均化时间选择 由于背向散射光信号极其微弱，一般 采用多次统计平均的方法来提高信噪比。 ＯＴＤＲ￣ｔ］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化处理以 消除随机事件，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 化时间为３ｍｉｎ获得的动态范围比平均化时 间为ｌｍｉｎ获得的动态范围提高０．８ｄＢ。 一般来说平均化时间越长，测试精度 越高。为了提高测试速度，缩短整体测试 时间，测试时间可在０．５－３ｍｉｎ内选择。 一４２一电子世界／２０１２．０６／ 光缆，终端不连接任何设备。ＯＴＤＲ￣试曲 线事件类型及显示如图３所示。 ４．１单盘测试 在光缆到货后进行的单盘测试中，应 用ＯＴＤＲ￣ＩＪ试光纤平均损耗和光纤长度，并 通过对光纤ＯＴＤＲ￣试曲线的观察分析，确 认光缆的质量合格与否。 ４，２光纤接续测试 在用光纤熔接机对光纤进行接续时， 熔接机在熔接完一根纤芯后一般都会给出 这个接点的估算衰耗值，但为保证光纤接 续损耗符合要求，应采用光时域反射仪 （ＯＴＤＲ）进行监测。 由于测试原理和光纤结构上的原因， 用ＯＴＤＲ单向监测会出现虚假增益的现象， 相应地也会出现虚假大衰耗现象。对一个 光纤接头来说，两个方向衰减值的数学平 均数才能准确反映其真实的衰耗值。比 如一个接头从Ａ到Ｂ测衰耗为０．１６ｄＢ，从Ｂ 到Ａ测为－０．１２ｄＢ，实际上此头的衰耗为 ［Ｏ．１６＋（－０．１２）］／２＝０．０２ｄＢ。 现场监测主要有以下三种方法： ４．２．１ ＯＴＤＲ后向测试法 ＯＴＤＲ在光纤接续方向后端进行测试， 始终保持固定不动。采用这种方法主要对 光缆接续进行监测，光缆接续一定要配备 专用光纤熔接机和光时域反射仪（ＯＴＤＲ）。 这种方法测试有三个优点： （１）ＯＴＤＲ固定不动，省略了仪表转移 所需车辆和大量人力物力； （２）测试点选在有市电而不需配汽油 发电机的地方； （３）测试点固定，减少了光缆开剥。 同时该方法也有两个缺点： （１）因受距离和地形，有时无法 保证联络的畅通； （２）随着接续距离的不断增加，ＯＴＤＲ 的测试量程和精度受到。 目前解决这些问题一般有三种方法： ①在市内和市郊用移动电话可使测试 人员和接续人员随时保持联络，便于组织 和协调，有利于提高工作效率。 质量、减少返工是行之有效的。 ４．２．２ ＯＴＤＲ前向单程测试法 ＯＴＤＲ在光纤接续方向前一个接头点进 行测试，用施工车辆将测试仪表和测试人 员始终超前转移。使用这种方法进行监 测，测试点与接续点始终只有一盘光缆 长度，测试接头衰耗准确性高，而且便 于通信联络。目前一盘光缆长度大约为 ２－３ｋｍ，一般地形下利用对讲机就可保证 通信联络。若光缆有皱纹钢带保护层，也 可使用磁石电话进行联络。 这种测试方法的缺点也很明显，ＯＴＤＲ 要搬到每个测试点费工费时，又不利于仪 表的保护；测试点还受地形，尤其是 线路远离公路、地形复杂时更为麻烦。选 用便携型ＯＴＤＲ进行监测，近距离测试对仪 表的动态范围要求不高，且小型ＯＴＤＲ体积 小重量轻移动方便，这样可大大减小测试 人员工作量，提高测试速度和工作效率。 ４．２．３ ＯＴＤＲ前向双程测试法 ＯＴＤＲ位置仍同“前向单程”监测，但 在接续方向的始端将两根光纤分别短接， 组成回路。这种方法即可满足中继段光纤 测试，也可对光纤接续进行监测。对中继 段光纤测试可以在光时域反射仪的显示屏 上很清楚地看到入射光脉冲、反射光脉 冲、接头点、断裂点、故障点以及衰减分 布曲线。ＯＴＤＲＮ试事件类型及显示如图２ 所示，它可以为光缆维护提供方便。 对光纤接续进行监测时由于增加了环 回点，所以能在ＯＴＤＲ上测出接续衰耗的双 向值。这种方法的优点是能准确评估接头 的好坏。 ４．３中继段测试 在中继段测试中可应用ＯＴＤＲＮ试中继 段光纤总损耗、平均损耗、光纤长度和回 波损耗，并通过对光纤ＯＴＤＲＮ试曲线的观 察分析，确认整个中继段光纤的质量合格 与否。但由于ＯＴＤＲＮ试存在近端盲区，会 造成损耗测试数据不准确，光纤中继段损 耗宜使用稳定光源和光功率计进行测试， 用ＯＴＤＲ进行测试曲线观察分析。
