OTDR 篇1
OTDR是光缆工程施工和光缆线路维护工作中最重要的测试仪器, 它能将长100多公里光纤的完好情况和故障状态, 以一定斜率直线 (曲线) 的形式清晰的显示在几英寸的液晶屏上。根据事件表的数据, 能迅速的查找确定故障点的位置和判断障碍的性质及类别, 对分析光纤的主要特性参数能提供准确的数据。
OTDR主要是根据光学原理以及瑞利散射和菲涅尔反射理论制成的。仪表的激光源发出一定强度和波长的光束至被测光纤, 由于光纤本身的缺陷, 制作工艺和石英玻璃材料组分的不均匀性, 使光在光纤中传输将产生瑞利散射;由于机械连接和断裂等原因将造成光在光纤中产生菲涅尔反射, 由光纤沿线各点反射回的微弱的光信号经光定向耦合器到仪器的接收端, 通过光电转换器, 低噪声放大器, 数字图象信号处理等过程, 实现图表、曲线扫迹在屏幕上显现。目前OTDR型号种类繁多, 操作方式也各不相同, 但其工作原理是一致的。在光纤线路的测试中, 应尽量保持使用同一块仪表进行某条线路的测试, 各次测试时主要参数值的设置也应保持一致, 这样可以减少测试误差, 便于和上次的测试结果比较。即使使用不同型号的仪表进行测试, 只要其动态范围能达到要求, 折射率、波长、脉宽、距离、均化时间等参数的设置亦和上一次的相同, 这样测试数据一般不会有大的差别。
2 OTDR测试
2.1 测试方式:
利用OTDR进行光纤线路的测试, 一般有三种方式, 自动方式, 手动方式, 实时方式。当需要概览整条线路的状况时, 采用自动方式, 它只需要设置折射率、波长等最基本的参数, 其它由仪表在测试中自动设定, 按下自动测试 (测试) 键, 整条曲线和事件表都会被显示, 测试时间短, 速度快, 操作简单, 宜在查找故障的段落和部位时使用。手动方式需要对几个主要的参数全部进行设置, 主要用于对测试曲线上的事件进行详细分析, 一般通过变换、移动游标, 放大曲线的某一段落等功能对事件进行准确定位, 提高测试的分辨率, 增加测试的精度, 在光纤线路的实际测试中常被采用。实时方式是对曲线不断的扫描刷新, 由于曲线在不断的跳动和变化, 所以较少使用。
2.2 OTDR可测试的主要参数:
a.测纤长和事件点的位置;b.测光纤的衰减和衰减分布情况;c.测光纤的接头损耗;d.光纤全回损的测量。光纤距离的测量是以激光进入光纤到它遇到故障点返回光时域反射仪的时间间隔来计量纤长的。为了提高测量的精确度, 应根据被测纤的长度设置合适的“距离范围”和“脉冲宽度”, 距离一般选被测纤长的1.5倍, 使曲线占满屏的2/3为宜。脉冲宽度直接影响着OTDR的动态范围, 随着被测光纤长度的增加, 脉冲宽度也应逐渐加大, 脉宽越大, 功率越大, 可测的距离越长, 但分辨率变低。脉宽越窄, 分辨率越高, 测量也就越精确。一般根据所测纤长, 选择一个适当大小的脉冲宽度, 经常是试测两次后, 确定一个最佳值。光纤的衰减是客观的反映光纤制作质量的一个参数, 是光纤固有的损耗, 它代表着光在光纤中传输光功率损耗的情况, 相同长度的光纤衰减越小, 光可传输的距离就越远。因此在相同条件下, 应选用平均每公里损耗值小的光纤。衰减还包括光纤接头、连接器、光纤弯曲断裂等引起的损耗, 在实际维护中应尽量减少这些衰耗。衰减测试有两点法和五点法, 前者适合于图线的线性较好, 噪声较小的情况, 在测整条光纤或某两点间的衰减值时一般也采用此方式。后者适用于光纤的一致性较差, 噪声较大的情况, 测接头损耗, 连接器等反射引起的损耗也常用此方法, 因它基于数学上的求偏差的理论, 所以其测量精度较高, 要求高的场合多被采用。在要求不太严格的情况下, 也可直接从事件表中读出各接点衰减值的大小。有的OTDR还具有回损和全回损的测试功能, 但维护中很少使用。全回损测试的是反射光的能量和入射光的能量的比值的对数表示, 而回损测试的原理与全回损有所不同。全回损和回损的测试可以在自动或手动模式下通过移动游标来实现。随着OTDR制造技术的日益成熟, 其测量精度也不断提高, 但是为什么有时测试的数据与线路上故障点的位置有较大的差距呢?下面我们对测试误差进行简要的分析。
3 误差分析
3.1 仪表的固有误差:
仪表的固有误差包括刻度误差和分辨率误差, OTDR的采样点数直接影响距离的分辨率。如OTDRMW9076B距离的测量精度为:±1m±3×测量距离×10E-5±标识分辨率, 对于一定长度的光纤, 前两项是个常量, 只有分辨率是可变的, 所以要提高测量精度, 采样点数必须设置在较高的数值上。
3.2 事件盲区引起的误差:
脉冲宽度设置的越宽, OTDR输出的能量越大, 可测的距离越远, 但使事件的盲区加大, 降低了分辨率和测试精度, 一般采用OTDR的纵横向放大功能提高分辨率, 减小读数和测量误差。如在光缆单盘检测时, 为了避开开始段较大的盲区, 在OTDR输出端口先接入几百米的裸纤, 这样测试的数据就比较准确。若直接测, 必须把游标打在盲区后曲线趋平直的地方, 不然可能造成较大的测试误差。
3.3 仪表设置不当产生的误差:
距离范围设置的比被测纤长小可产生较大的误差;衰减的门限值设置的太大 (一般设在0.01d B) 使得光纤微弯、应力造成的轻微损伤、较小的接头损耗等事件不能被找到, 实际上降低了测量精度;设置的折射率和光缆上的标示值有偏差, 能引起较大的误差, 折射率是个重要的参数, 测试前应严格核实;均化时间对提高测试的信噪比有重要作用, 为了提高测试精度, 宜设较长的均化时间, 但为了缩短测试时间, 需要均化的时间要少, 所以应统筹考虑;游标设置不正确, 尤其在测接头损耗和有反射的事件时, 必须把游标设置在事件曲线的前沿上, 错误的设置能造成大的误差。
3.4 光纤插接件, 连接器件不清洁, 物理连
接性能不良, 可能引起较大的测试误差, 这在日常测试中经常碰到, 它可以使曲线上产生严重的噪声和毛刺, 甚至曲线不能测出。细致的清洁工作有着重要的意义, 测试中不可忽视。
以上产生的测试误差通过正确的设置, 细心的操作一般是可以避免或减小的, 而且可以获得准确可靠的测试数据。根据需要, 有的光缆线路可能已用OTDR经过反复测试核对较准确的定位了每个接头点的位置, 测定了线路的全长, 积累了一套较详细的维护原始资料, 在线路的抢修维护中发挥了重要作用, 可以说是一份宝贵的财富。但有时在实际测试时发现, 对某一点, 不同时间的两次测试仍有或大或小的偏差, 通过考察分析, 测试的季节不同或这两次测试时室外的温度相差较大时, 偏差也较大。光缆的热胀冷缩是产生这种测试偏差的主要原因。光缆遇冷收缩产生断纤的事例, 可以充分说明这一现象。所以在做原始资料的测试时应备注当时的室外温度和天气情况, 然后在维护中通过多次测试数据的比较, 找到一个能接近实际变化的热胀冷缩的系数。资料的动态管理在实际维护中也有着重要的意义。测试产生的误差, 外界环境条件对光缆物理长度变化的影响是产生测试误差的两个主要因素, 因此除了要求原始资料的准确、完整并确实与OTDR的实测数据相符外, 还应对实测现场进行综合分析, 以测试数据为依据, 找出附近段落的特殊点 (如接头盒) , 易受损点, 估测和判断可能的故障部位, 在逐渐缩小故障部位的范围中, 找准故障点的位置。准确的测试数据和维护经验的结合是快速准确定位故障点的最好办法。
OTDR测试技能是理论知识和实践经验的有机结合, 在实际的测试工作中要善于思考和不断的总结, 多分析测试实例找出产生误差的根源, 不断提高测试精度, 使对故障点的判断和定位更加精细准确, 缩短抢修的时间, 减少因误测误判造成的不必要的人力和财物的浪费。
更正
本刊2009年第23期 (8月中旬刊) 第311页刊发的《浅谈室内设计的含义与设计重点》一文, 作者:张广东, 单位应为:煤炭工业合肥设计研究院, 安徽合肥230041。
OTDR 篇2
1正常曲线
图1是正常曲线图形。A是盲区, B是测试末端的反射峰。测试曲线为倾斜的, 随着测试纤芯距离的增加, 总损耗会越来越大。用总损耗 (dB) 与总距离 (Km) 相除所得就是该段纤芯的平均损耗 (dB/Km) 。
判断曲线是否正常的方法: (1) 曲线主体斜率基本一致, 且斜率较小, 说明线路衰减常数较小, 衰减的不均匀性较好。 (2) 无明显“台阶”, 说明线路接头质量较好, 一般指标要求:接头损耗 (双向平均值) ≤0.08dB/个。 (3) 尾部反射峰较高, 说明远端成端质量较好。
2非反射事件
图2现象:曲线中间出现一个明显的台阶, 这种情况比较多见。这个台阶是一个事件点, 也是一个比较大的损耗点, 曲线在该点向下掉, 称为非反射事件。
原因: (1) 若此处不是接头处, 则此处光缆受到挤压或打急弯, 使纤芯打折, 弯曲过小。 (2) 若此处是接头处, 则说明此接头接续不合格或者该根光纤在融纤盘中弯曲半径太小或受到挤压。
对策解析:如果为原因 (1) , 则纠正打折纤芯;如果为原因 (2) , 接头接续不合格则切断纤芯, 重新熔接, 若经多次接续, 损耗仍无降低, 则采用双向测试法取平均值。若为光纤在融纤盘中弯曲半径太小或受到挤压, 则重新盘纤。
3伪增益现象
图3现象:曲线在某点向上翘。属于反射事件, 该点的损耗值成为负值, 这种现象叫伪增益现象。
原因:伪增益是由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所形成的。实际上, 光纤在这一熔接点上是存在熔接损耗的。
对策解析:采用双向测试法取平均值作为该熔接损耗。在光缆实际维护中, 接头平均损耗≤0.08dB即可。
4光纤存在尖峰
现象:在曲线斜率恒定的曲线中间有一个反射峰 (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; (3) 中间是一个跳接点。
对策解析:在这种情况下改变光纤测试量程、脉宽、重新做端面, 再测试。如反射峰消失则为原因 (2) ;如不消失则为原因 (1) ;除此之外, 则为原因 (3) 。例如:A点至B点的ECI纤芯, 因为B点没有ECI设备, ECI的在用纤芯要从B点站跳接过去到C点, 因此在B点用根尾纤把A点、C点方向连接起来, 所以在测试这样的纤芯时, 就会出现像图中这样的曲线图。
5曲线不出盲区
现象:曲线范围只限于盲区。
原因: (1) 仪表的尾纤没有插好; (2) 光脉冲根本打不出去; (3) 断点位置比较近, 所使用的距离、脉冲设置又比较大, 看起来就像光没有打出去一样。
对策解析: (1) 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。若仍然存在这种情况, 可以判断:一、尾纤有问题;二、OTDR上的适配器问题;三、断点太近, OTDR不足以测出距离来。若是问题出在尾纤, 换一根尾纤即可, 再不行就试着擦洗适配器或就近查看纤芯。
6光纤存在断点
现象:曲线在末端没有任何反射峰就掉下去了。
原因:如果知道纤芯原来的距离, 但在没有到达纤芯原来的距离时, 曲线就掉下去, 说明: (1) 光纤在曲线掉下去的地方断了; (2) 光纤在该点打折了; (3) 该段光纤远端成端质量不好。
对策解析:在线路排障时, 我们经常会有效利用打折现象, 以找出某根不确定的光纤纤芯。具体说, 就是把不能确定的纤芯打折, 然后再把OTDR的时间量程拨到实时监测, 出现图中所示情况就可分辨出该纤芯。若是原因 (3) , 则重新成端。
7测试距离过长
现象:曲线末端平滑衰减。
原因: (1) 测试长距离的纤芯时, OTDR不能打到足够的距离; (2) OTDR的距离和脉冲量程设置过小。
对策解析:如果出现该情况, 且OTDR的距离和脉冲量程又比较小, 则需: (1) 把距离、脉冲都调大, 以达到全段测试的目的为准; (2) 稍微加长测试时间。
8光缆质量较差
现象:曲线中有段斜率明显较大。
原因:此段光纤质量不好, 衰耗较大。
对策解析:若对线路要求较低且不影响使用效果, 可不予理会;否则, 更换该段光缆。
9幻峰现象
现象:曲线上, 末端反射峰后存在类似于反射峰的幻峰。在幻峰处未引起明显的损耗, 沿曲线幻峰与始端的距离是强反射事件与始端距离的倍数, 成对称状。
原因:在OTDR曲线上的尖峰有时是由于离入射端较近且强的反射所引起的回音, 这种尖峰被称为幻峰 (又称“鬼影”) 。
对策解析:要消除幻峰, 需选择短脉冲宽度、在强反射前端 (如OTDR输出端) 中增加衰减;若引起幻峰的事件位于光纤终结, 可“打小弯”以衰减反射回始端的光。
上述所列九种图形, 是应用OTDR进行光纤测试中出现频率较多的情况。除此之外, 还有光纤受侧压、曲线成弓形、反射峰前存在凹陷等诸情况, 限于篇幅, 恕不一一列出, 感兴趣的读者, 可以参考相关文献。
摘要：在应用OTDR测试光纤线路时, 技术人员需根据仪表产生的图形曲线分析线路参数情况。但在使用过程中, 由于不确定因素影响, OTDR往往产生不同的图形曲线。而正确地分析、辨别曲线对于了解线路情况, 维护线路良好状态尤为必要。
OTDR 篇3
【关键词】光纤通信；OTDR；故障定位：经验
【中图分类号】TN913.33 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0181-02
一、概述
近年来，光纤通信技术以其传输频带宽、抗干扰性高、信号衰减小的传输特点，得到了越来越广泛的应用11l。而光纤作为光信号的传播媒介，其重要性是不言而喻的：光纤一旦中断，将直接影响正常的光纤通信。因此，如何快速定位光纤故障点，成为迅速排除故障的关键。光时域反射仪（OTDR）可以进行光纤长度、光纤的传输衰耗、接头衰耗和故障定位等的测量，是光纤通信工程施工和维护工作中必不可少的测试仪器。本文对OTDR的原理及使用方法进行分析，并结合实际工作，总结出使用OTDR的经验和技巧。
二、OTDR测试原理
（一）测试原理
光时域反射仪（Optical Time Domain Reflectometer，OTDR）是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它可测量整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，以一定斜率直线（曲线）的形式清晰地显示在几英寸的液晶屏上。根据测试结果，可对光纤链路中的事件点及故障点精确定位，并可分析整个光纤链路的性能。
OTDR的原理框图如图1所示。脉冲信号发生器用来产生各种宽度的脉冲信号，由光源变成光信号后（EIO），以耦合器送入光纤。光纤中的背向信号由耦合器送至探测器完成光/电转换（O/E）。信号处理部分是对电信号部分进行采样、放大及对数处理后送到显示器上，以曲线的形式显示出来。
OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，由于光纤本身的性质，连接器，接合点，弯曲或其它类似的事件而产生散射，反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在光纤中的传播速度，就可以计算出距离。
因此，用OTDR测量距离的公式如下：
d=（c*t）/2n
在这个公式里，c是光在真空中的速度，t是光脉冲发射后到接收到信号（双程）的总时间，n为光纤的折射率。n一般由光纤生产商来标明。
（二）性能参数
1.动态范围
动态范围是OTDR的重要参数，该参数显示从OTDR端口的背向散射水平降到特定噪声水平时OTDR所能分析的最大光损耗。换句话说，它是最长的脉冲所能到达的光纤最大长度。因此，动态范围越大（以dB为单位），到达的距离越长。显而易见，最大距离因应用不同而变化，因为被测链路的损耗不同。连接器、熔接点和分光器是降低OTDR最大作用长度的因素。因此，对较长时间进行平均并使用合适的距离范围是增加最大可测距离的关键。大多数动态范围规范使用3分钟内的平均最长脉冲宽度，信噪比（SNR）为1（均方根噪声值的平均水平）来给定。
2.盲区
OTDR的盲区是指：由于光纤和仪表耦合时存在空隙，由此产生的菲涅尔反射远大于背向散射，致使放大器饱和，而掩盖了背向散射信号，致使仪表无法测量的那段光纤长度。
盲区的长度和仪表发射光脉冲的宽度成正比。一般的仪表均设有多个光脉冲宽度供不同的测试条件选择。为了减少盲区可选用最小的光脉冲宽度进行短距离测量，但应注意此时仪表处于最小动态范围工作。在实际的工程测量中，常加入一段300m～2km的附加光纤来减少盲区对测量结果的影响。
三、OTDR参数设置
只有准确地设置测试仪表的基本参数，才能为准确地测试创造条件。
1.波长选择
因为不同的波长对应不同的光线特性，测试波长一般遵循与系统传输通信波长相对应的原则：如系统开放1310nm波长，则测试波长为1310nm。若系统采用1550nm波长，测试用1310nm波长则所测损耗值偏大。1550nm Hil310nm单位长度衰减更小，1310nm比1550nm测的熔接或连接器损耗更高。由于光纤微弯等对于1550nm波长影响更大，因此采用1550nm进行测试，更能反映光纤接续的质量。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，以便进行综合分析。
2.脉宽
脉冲宽度事实上是激光处于开通状态的时间。根据OTDR的测试原理，时间被转化为距离，因此脉冲宽度具有长度值。在OTDR中，脉冲携带产生背向散射实现链路鉴定所需要的能量。因为沿着链路存在损耗（即衰减、连接器和熔接点），所以脉冲越短，携带的能量越低，传输的距离越短。较长的脉冲可以携带较多的能量，可在特别长的光纤中使用。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。一般10公里以下选用lOOns、300 ns，10公里以上选用300ns、1μs。
3.测量范围
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倍距离之间。
4.平均时间
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，以20s为宜。
5.折射率设置
在日常测试中，折射率一般在1.47左右，折射率越大，则光纤测试长度越短；折射率越小，光纤测试长度越长。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，因此，对于较长的光纤段，应该采用光缆生产厂家提供的折射率，有助提高测量的准确性。
四、OTDR使用经验和技巧
进行测量前，要做好接头的清洁工作。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难以进行。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。
除了做好接头的清洁工作外，还应准备被测光纤的原始资料，以便测量后进行综合分析，准确定位故障点，达到快速消缺的目的。
前期准备工作做好以后，合理设置OTDR的各项参数，就可对光纤进行测量。进行光缆故障定位时，测试点离故障点的距离应尽可能地缩短。远端进行光纤测试时，应该判断故障点位于哪两个光缆接头点之间。如果条件允许，测试人员可以到最近或比较近接头点处将光纤断开，待测试结束后再恢复。这样能最近、最准确地测试光纤故障点的位置。
在测得光纤长度之后，必须把光纤长度折换成光缆长度才有实际意义。光纤在成缆过程中会设定余长，即光纤纤芯长度总是比光缆长度要长一些。这是由于光缆在敷设时的拉伸以及光缆安装后热胀冷缩造成的。不同结构的光缆，其光纤余长不尽相同。现假设故障点距测试点的纤长是60kin，光纤余长值为5%，则实际故障点光缆长度应为60km*（1-5%）=57km。可见，光纤余长对光缆故障定位的影响是不容忽视的。3km的误差，给现场处理故障带来很大麻烦。因此，在进行故障定位前，应知悉该型号光缆的光纤余长值，该值可从光缆生产厂家处获得。
当把光纤长度换成光缆长度后，我们应该观察测试点或接头点的光缆长度标记。现假设用OTDR测得故障点距离测试点的纤长为3km，则光缆长度为3*（1-5%）=2.85km。假设缆标的起始值为0015m，那么故障点的缆标值应为2850m+0015m=2865m。根据上面的例子的计算，我们在到达现场后，就可以在缆标值为2865m前后几米的光缆范围内手工寻找光缆故障点了。
此外，为了快速做到光缆故障定位，测试人员应该尽量做到以下三点：
1.建立准确的原始资料，并及时更新
在光缆投产时，应记录测试端至每个接头点位置的光纤累计长度及中继段光纤总衰减值，同时也将测试仪表型号、测试时折射率的设定值等关键参数进行记录，准确记录各种光缆余留。此外，还必须及时更新原始资料，以使资料能准确反映真实情况。
2.保持测试条件的一致
测试时应尽量保证测试仪表型号、操作方法及仪表参数设置等的一致性，使得测试结果有可比性。假如每次测量使用的仪器不同，测试参数也不同，即使测试相同的光缆段，其结果也会有较大误差，这为排除故障带来一定麻烦。因此，每次测试仪表的型号、测试参数的设置都要做详细记录，便于日后参考利用。
3.随机应变，综合分析
障碍点的定位要求测试人员要有清晰的思路和灵活的处理方式。一般情况下，可在光缆线路两端进行双向故障测试，并结合原始资料，计算出故障点的位置，再将两个方向的测试和计算结果进行综合分析、比较，以使故障点具体位置的判断更加准确。对于现场测试的结果，要综合各种资料进行分析。例如：24芯的光缆，测试所得23芯都在相近的地方中断，则很有可能是光缆在外力作用下光缆被剧烈破坏，几乎整条光缆都已断开；如果测得纤芯并非全部断开，而是部分光纤曲线在某一点（非接头点）有较大台阶时，很有可能是光缆敷设工程中有“背扣”的现象。现场情况多样，测试人员要有清晰思路，灵活应对，才能在最快的时间长到故障点，排除光缆中断故障。
五、结束语
OTDR购买申请报告 篇4
尊敬的公司领导：
随着数字电视技术及相应的光应用技术的发展，光缆及相关的光设备在有线网络中的使用也越来越多。由此也带来了应用传输中的各种光信号故障，这种故障以其全新的形式，即不同于电缆网络的故障现象表现出来。这是由光传输技术的原理和特点决定易判断过程较为复杂，这些问题已经成为我们网络运营抢修部门不容忽视的一个原因。
由于公司区域范围大，现有的OTDR设备不能满足日常光点开通及抢修的使用，公司现有OTDR设备2只，b网1只9076，a网1只9081。由于OTDR的实用性，熔接人员往往每天一早都在抢用OTDR设备，因为在光缆施工与抢修中都必不可少。
光缆抢修性质的时效性要求，没能给我们抢修人员很大的回旋余地，例如1台OTDR设备在湍口抢修，1台OTDR设备在于潜施工，的电视出现故障，就会影响抢修效率，也会给公司的声誉带来很大的影响。而且这种情况，常常会发生，由于数字兴农等工程，光点越来越多，设备的不足也导致了抢修效率的下降。
1．没有OTDR设备，会造成很多不便。如新架设光缆熔接过程中：由于光缆熔接过程中开缆、固定不当引起，或施工队光缆施工不规范，造成光缆弯曲半径过小，或损伤。对于熔接过程中操作不当引起的光信号故障，多表现为熔接完成后信号不通。一般使用光时域反射仪（OTDR）测试光纤，显示出光纤断裂的原因。光缆网络建设时最
好有详细的光缆光纤距离OTDR测量记录，这样就非常便于以后维修抢修找出故障点，更多节省解决故障的时间。在施工过程中，只是小心还是不够的，如何才能从根本上避免这些故障的发生是我们在熔接工作中关注的重点。显然我们只要每个熔接人员都能携带一台OTDR，这样就可以大大减少故障的发生。
2．在抢修光缆过程中，OTDR就更显的重要。由于在网络运营的过程中，无论是架空光缆还是地沟光缆，都不可避免地会发生被车辆挂断，其他单位施工把光缆挖断的情况。故障现象表现为停信号，没光功率，查找断点的方法是先根据路由判断哪个线路出的问题，然后必须使用OTDR测量，才能得出光缆断裂的基本位置，然后才能前去察看找出具体位置。这个时候，OTDR在光缆网络建设时的详细的光缆光纤距离测量记录，就非常便于找出故障点，节省了解决故障的时间。
3.现有OTDR设备不足，造成光缆熔接记录不全，从而引起抢修时间过长。无熔接记录或有熔接记录却与实际情况不符带来的故障和问题，虽然不是纯技术的故障，但却是我们在故障排除工作中最为困难的。一旦发生问题，信号不通，真是丈二和尚摸不着头脑。只有使用OTDR进行详细测量，根据测量结果来判断故障原因，查出光纤错在哪里。虽然，我们光缆的熔接过程中已经要求要仔细认真，熔接中要反复核对，熔接思路也要非常清晰，而且一定要有详细的熔接记录，按照路由登记造册，便于以后的查找。其次对故障的分析要有一定的预见性和全面性，不要对自己的工作结果过于相信，要以科学的态度
对待并且解释发生的故障。但是原来乡镇站自己做的光缆，是没有任何信息资料的，或者有资料的，但设计与施工情况是不符的，都给我们抢修工作带来了很大的不便。
为了解决以上提出的问题，希望公司领导能给予再配备两台OTDR设备。推荐型号：安立MT9083A光时域反射仪
OTDR 篇5
随着近期无源光网络 (PON) 的建设, 运营商将持续面对其拥有的PON进行网络维护测试的任务和挑战。基于以往的经验, 测试PON最好的方法无疑是使用光时域反射仪 (OTDR) [1]。与传统的长途网或城域网的点对点网络结构不同, 光纤到户 (FTTH) PON采用的是点对多点的网络结构, 将用于传统的长途网或城域网的OTDR直接用于FTTH PON网络, 将会带来很多问题和困难, 因而需要不同的测试技术和要求。本文将介绍一种在PON带业务状态下 (in-service) 的故障测试和查找方法, 其在不影响正常业务条件下可实现对PON网络的准确、可靠的维护测试和故障定位。
1 PON的结构
PON是FTTH最主流的网络结构, 其由位于中心局 (CO) 内的光线路终端 (OLT) 、分布于用户驻地的光网络单元 (ONU/ONT) 、光无源器件 (光纤/光缆、光合/分路器 (splitter) 、连接器、波分复用器等) 三部分组成。OLT和ONU通过安装于远端节点 (RN/FDH) 的无源光分路器 (功率分割通常为1∶32) , 形成1个OLT对多个ONU的点到多点的连接。
目前建成运营的FTTH PON最常使用3个标准 (ITU-T G.983 BPON, ITU-T G.984 GPON, IEEE 802.3ah EPON) , 每个标准都占有一定的市场份额, 运营商根据业务性质、提供的接入速率和整体服务质量使用不同的标准建设FTTH PON网络。图1为基于ITU-T G.983.3建设的PON, 除上/下行数据业务外, 还包括波长叠加传送的射频 (RF) 视频业务。ITU-T G.983.3 PON使用3个波长, 1 490 nm波长用于下行的话音和数据业务, 1 550 nm波长用于下行RF视频业务, 1 310 nm波长用于上行话音和数据传输[2]。ITU-T G.984 GPON建议中, GPON同样可提供宽带视频业务, 但是通过提高线路传输速率来实现, 因此上/下行通信只使用2个波长, 1 490 nm波长用于下行数据和视频传输, 1 310 nm波长用于上行信号传输[3]。IEEE 802.3ah EPON建议使用2个波长, 1 550 nm波长用于下行数据和视频传输, 1 310 nm波长用于上行信号传输[4]。下面将针对能提供三重播放业务 (话音、数据和视频) 的PON, 详细阐述其在带业务状态下的维护测试和故障定位策略。
2 常规OTDR测试PON时存在的问题
FTTH PON是一个局内OLT对多个用户驻地ONT的点对多点连接, 下行采用广播方式, 多个ONT的上行通信采用TDMA接入, 同时采用单纤波分复用实现上/下行双向通信。当运营中的PON发生用户业务故障时, 如果仍使用常规1 310 nm/1 550 nm OTDR进行测试可能产生以下问题[5]:
(1) 从故障ONT向OLT方向进行测试时, OTDR发出的1 310 nm/1 550 nm测试光信号可能到达局端OLT的1 310 nm上行接收器和1 550 nm视频发送机, 干扰同一光分路器连接的其它业务正常的用户的服务。如图1所示, OTDR测试位置为发生故障的ONT侧, 测试方向为ONT至OLT。
(2) OTDR内的APD光检测器会因PON中功率较高的下行信号 (1 490 nm/1 550 nm) 而进入饱和状态, PON业务信号拉高噪声基准电平, 减小了OTDR仪表的动态范围, 无法得到准确的链路信息 (3.3节中将详细阐述) 。
(3) 由于常规的OTDR是为点对点的链路测试而设计, 因而当应用于点对多点的PON时, 其链路引入的光分路器将使功率预算紧张, 例如1∶32光分路器, 将引入插入损耗16～17 dB, 可能产生如图2所示的现象, 造成测试结果不准确。
目前从OLT到光分路器的光纤长度一般在20 km以内, 光分路器到ONU的光纤长度一般在2 km以内。国内目前使用的多为1∶16和1∶32的光分路器, 其损耗分别约为14 dB和17 dB, 如果使用1 550 nm波长测试, 则OTDR的动态范围应超过20 dB。通常OTDR的脉冲宽度设置为100 ns～1 μs甚至以上时, 其动态范围才能达到20 dB以上, 而该脉冲宽度对应的盲区在十几米到上百米。PON中使用OTDR测试时, 需要穿越光分路器, 此时OTDR不能测试靠近光分路器的事件和末端光纤, 不能识别距离比较近的事件, 而FTTH线路在许多情况下, 从光分路器到ONU的距离在数十米甚至几米长度范围内[6]。因此, 对于PON网络测试, 常规的OTDR使用中等测试脉冲宽度 (100～500 ns) 时, 则动态范围不足;使用较大的脉冲宽度 (500 ns、1 μs) 时, 则空间分辨率不够。
3 带外 (out-of-band) OTDR测试方法
3.1故障定位和故障分析
在业务开通后, 当PON (如图1所示) 发生网络用户业务故障, 维护人员首先应根据故障现象仔细分析故障发生的大致位置, 是光分路器之前, 还是之后。如果中心局 (CO) 与FDH (光纤分配集中点, 光分路器安装位置) 之间光纤断裂或者过分弯曲造成损耗增加 (即故障发生在馈线段) , 或者FDH内的光分路器故障, 应该造成一组多个用户 (同一光分路器连接的16/32个ONT) , 或多组n×16/32个用户的业务同时故障 (故障光缆连接的多个光分路器) ;如果故障造成一个或个别用户业务故障, 虽然故障准确位置不明确, 但只影响1个光分路器连接的其中一条支路的用户, 则可判定故障发生在光分路器之后。维护人员可根据上述原则, 结合PON的ONT与局内的OLT的同步状态显示帮助诊断, 同时还可根据用户报告服务中断等情况, 迅速做出故障位置判断。
光分路器之后 (配线光缆→光接入点→引入段光缆→ONT设备) 发生故障的原因可能有:ONT设备硬件故障, ONT连接器连接不良或污染, 光接入点和ONT之间引入段光缆断裂, 光接入点分线盒设备或FDH内光纤接续不良或连接器污染, 光接入点分线盒和FDH内光纤过分弯曲、挤压, FDH与光接入点之间的配线光纤过分弯曲, FDH与光接入点之间配线段光纤断裂, FDH中的光分路器32个支路中的1个支路断裂, 光分路器的光波导阵列元件故障等。此时, 维护人员应立即到达故障ONT现场进行带业务故障测试, 以确定故障位置, 排除故障, 恢复业务。
3.2带外OTDR测试的步骤
在开始故障查找之前, 维护人员应确认同一光分路器服务的其它N-1个用户是正常工作的, 并在实施故障ONT支路故障查找和业务恢复过程中, 不能影响其它N-1个用户的正常通信。通常在有业务运行的PON中进行故障定位时, 维护人员应采取以下步骤:
(1) 通过ONT状态指示灯确定ONT是否与OLT保持通信。如果ONT与OLT依旧同步, 则故障原因不在OLT与ONT之间的光纤连接, 而应是ONT设备硬件故障。
(2) 断开入户光纤与ONT之间的连接器, 使用光纤探头或显微镜对插针的外观、清洁度进行检查。
(3) 对OLT下行的1 490 nm/1 550 nm和ONT发送的1 310 nm上行业务光信号的光功率值进行检测, 确认其是否达到设备的要求值。PON (如图1所示) 中到达ONT的下行信号包括1 490 nm波长 (话音/数据) 和1 550 nm波长 (叠加的RF视频) , 下行信号必须有足够的功率, 以保证业务的开通要求。典型情况下, 1 490 nm波长信号到达ONT处应不小于-28 dBm, 1 550 nm波长信号应不小于-5 dBm。对于上行回传通道, ONT输出光功率应在0～4 dBm[7]。如果各功率值正常, 则应是设备故障。
(4) 如果下行光信号功率较低, 显示光分路器之后的配线段和引入段光缆存在较大的损耗, 此时不能使用常规OTDR进行测试, 而应使用带波长滤波器的带外OTDR (通常选用1 625 nm/1 650 nm波长) 向OLT方向进行测试, 进行故障 (过大的损耗产生或者光纤断裂) 定位。这是因为常规OTDR发出的1 310 nm测试脉冲可能到达OLT的接收器, 造成同一光分路器服务下的正常工作的ONT上行业务受到干扰;OTDR发出的1 550 nm测试脉冲可能造成OLT模拟视频发送机故障, 对传输性能要求较高的模拟视频业务来说, 这是更加不允许的。
如果在ONT处未测到1 490 nm和1 550 nm下行光信号, 则可使用带波长滤波器的带外1 625 nm/1 650 nm波长OTDR, 也可以使用常规的OTDR向OLT方向进行测试以确定光纤的断裂位置, 因断裂的光纤会阻断测试信号到达OLT的接收器和视频发送机, 而不至影响正常的业务。
3.3带外OTDR测试的隔离度
3.3.1 带外OTDR测试波长对业务信号的隔离度
OTDR是为微弱光信号检测而优化的灵敏度很高的测试设备, 表1显示了当使用宽脉冲 (测试脉冲宽度为10 μs, 动态范围为40 dB) 进行测试时, 常规OTDR的功率预算, OTDR的背景噪声功率一般为-105 dBm。
当使用OTDR对一根业务光纤 (live fiber) 进行测试时, 通常光纤内业务信号的功率比OTDR用于测试光纤的背向散射功率要高出几个数量级。由于业务信号与OTDR平均化过程不同步, 会产生一个附加于背向散射信号之上的较大的直流偏置, 而被OTDR的平均化处理程序消除。否则, 业务信号光功率将使OTDR的光检测器处于饱和状态, 不能得到准确的测试结果。OTDR接收器件通常采用APD以提高动态范围, APD器件对于测试微弱信号非常有效, 这是因为其光生载流子倍增机理。当较大的直流偏置附加于微弱的背向散射信号时 (业务光信号叠加于微弱的OTDR的背向散射光) , 散弹噪声将变得非常重要, 提高了OTDR的噪声基准功率, 从而减小了OTDR的动态范围。假定典型的InGaAs APD的暗电流Idm为1 nA, 在增益M=10时附加噪声系数F=5, 可计算出当没有光输入时散弹噪声电流密度undefined, 其中q为电子的电量, q=1.6×10-19 C。假设-40 dBm通信业务信号到达OTDR检测器, 雪崩效应之前光生电流强度为Ip≈100 nA, 则散弹噪声电流密度undefined。噪声密度增加10倍, 会使OTDR噪声基准功率升高5 dB。一般而言, -60 dBm以下的业务信号不会对OTDR产生明显的影响, 超过-60 dBm的业务信号会提高噪声功率。以上数据均为典型值, 业务信号对于特定OTDR的影响取决于OTDR的设计 (检测器类型、APD增益、电子放大器配置等) 。
因此, 为避免到达ONT的下行业务信号对OTDR测试造成的影响, 需要在带外测试OTDR上配置波长滤波器以衰减下行业务信号, 并且此滤波器对业务信号的隔离度应在50 dB以上, 以保证在最坏的情况下 (BPON Class B中1 490 nm波长输出功率为-1 dBm) 也可进行测试。低成本的做法是将此滤波器集成于OTDR内部, 这样配置有业务信号滤波器的OTDR称为带外测试波长滤波的OTDR (out-of-band filtered OTDR) 。
3.3.2 网络设备对带外OTDR测试波长的隔离度
OTDR中较小的脉宽 (10 ns, 30 ns) 可以有较高的空间分辨率, 精确发现事件;而较大的脉宽 (500 ns, 1 000 ns) 可以增加OTDR动态范围以提高测试距离。有经验的测试人员可以通过连续地增加测试脉冲宽度来准确显示从故障ONT直至OLT所有的链路特征信息。但带外OTDR测试并不能完全保证不对FTTH PON的通信业务产生影响, 因此局端OLT须提供对带外测试波长 (1 625 nm/1 650 nm) 有足够的隔离度。从表2中可见, 以BPON Class B的局内OLT接收机为例, 应提供对带外测试波长至少32 dB的隔离度。现网测试中OTDR的带外测试波长相比上行信号在PON中的衰减要小一些, 故35～40 dB的隔离度会更理想。同样OTDR测试信号也可能干扰局端OLT发送机的工作, 特别对于1 550 nm视频业务的影响更加明显, 因此对于发送部分也应确保对于OTDR带外测试波长的隔离度。本文中提到的带外测试均为从ONT→OLT方向, 如果PON网络实际维护工作中要从CO OLT向ONT测试, 则每个工作状态下的ONT也应提供对带外测试波长的隔离度。
4 带外OTDR测试实例
现以PON的一次实际故障检测为例, 阐述带外OTDR测试的优点。维护人员只接到1×32光分路器的一条支路报告故障, 因此可以初步确定故障发生在ONT与FDH之间。为尽快确定故障原因是光纤破裂、弯曲、接头盒进水凝冰, 还是其它原因造成连接不理想, 维护人员采用带外OTDR测试方法对故障支路进行了检测。图3为采用为PON网络优化的OTDR在PON带业务状态下的测试结果[8], 测试曲线可以清晰地反映从ONT到OLT整个链路的特征信息。从图中可见, 这条支路故障的原因是链路中有2处因宏弯引入的损耗, 分别位于光接入点的分线盒内 (事件2, 0.063 4 mile (≈0.102 0 km) ) 和位于CO、FDH之间的馈线段 (事件4, 0.311 5 mile (≈0.501 3 km) ) , 故障原因可能是光缆安装时过分弯曲和固定时施力过大, 造成同一个光分路器连接的ONT中有1个ONT因功率过低而不能正常工作。
可见带外OTDR测试具有如下优点:由于为PON优化的OTDR使用了带外 (1 625 nm/1 650 nm) 测试功能, 而未干扰其它波长的业务信号, 整个测试过程不会对其它业务正常的ONT产生影响;同时OTDR配置的对PON网络业务信号滤波的专用测试端口可隔离业务信号, 避免OTDR的APD受到业务信号功率的干扰, 因此可以在有业务信号的光纤上获得准确的测量结果 (即可实现在业务状态下, 对PON的有效测试和故障定位) ;由于带外测试使用长波长, 同时提供对光纤链路上宏弯较强的灵敏度, 可用于定位弯曲位置, 使得在弯曲附加损耗值恶化到影响通信波长之前可进行预防性修复。
摘要：介绍了使用传统的OTDR对PON网络故障的测试, 讨论了PON网络带业务状态下 (in-service) 的带外测试方法, 对测试设备和网络设备分别与业务信号和测试信号的隔离度要求进行了分析, 可实现在不影响正常业务情况下对PON网络的准确、可靠的维护测试, 故障定位和业务恢复。
关键词：无源光网络,光时域反射仪,业务状态下,带外测试
参考文献
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OTDR 篇6
智能变电站自动信息采集、测量、控制、保护、测量和检测等基本功能,同时具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站
目前,国内外光纤延时测量的方法归纳起来主要有以下3种方法:频域法、光学干涉法和光时域后向反射法
光时域反射仪是在光纤应用中使用频率很高的仪器,主要用来测量光纤长度及光纤沿线损耗分布特性
在智能变电站实际工程应用中,光时域反射仪具有盲区小、动态范围大、分辨率高等特性,这些性能对OTDR系统中激光脉冲电路提出较高要求。为了使OTDR系统工作稳定可靠,要求激光脉冲的电路输出功率大,灵敏度高,且频率和激光脉冲宽度可调。
本研究针对智能变电站的光纤通信延时测量问题,对智能变电站中OTDR的工作原理和光源器件进行研究。
1 OTDR原理
光时域反射仪是基于光在光纤中传输产生的瑞利散射和菲涅耳反射原理而研制
式中:d—光纤某点距光发射端距离,c—真空中光速,n—光纤折射率,t—光传输到光纤某点继而从该点返回到光发射端所经历的时间。
光电探测器得到的信号很微弱通常都淹没在噪声中,经放大器后信号和噪声均被放大,由于信号呈周期性,噪声随机无序,经多次重复的采样,并进行积累、平均和保持,信号强度会逐渐增强,噪声信号会减弱,使信噪比会得到显著改善
OTDR原理图及其测试曲线如图1所示。
图1 OTDR原理图及其测试曲线
2 光源器件
目前光纤通信、传感等领域广泛使用的光源有发光二激管(LED)和半导体激光二极管(LD)。前者常用于短距离、低容量或模拟系统,其成本低、可靠性高;后者产生的光功率较大、方向一致性好、发散角小、与光纤的耦合效率高,适用于长距离、高速系统。考虑到OTDR系统中所需光源稳定、可靠等要求,设计选用的光源为半导体激光二极管———分布反馈LD(DFB-LD)。它是一种可以产生单纵模的激光器。其分布反馈结构像是分布着多个光学谐振腔,根据衍射光栅的周期性结构,使LD具有极强的波长选择性,实现了发光波长的单纵模工作。该设计选用的是中心波长为1 550 nm的DFB激光器。
3 激光脉冲电路的设计
在激光器内部通常会集成一个用于背向光检测的光电二极管(PD),其产生的电流与LD的光功率正相关,可用于监测LD的工作状态,也可通过设计外围电路实现LD的自动功率控制
LD需要依靠激励器来工作,激励器为其提供合适的偏置电流,并通过外部调制信号来改变激励电流的大小从而调整输出的光功率
激光脉冲电路框图如图2所示,主要由脉冲发生电路,激光器激励电路、监视保护电路组成。
图2 激光脉冲电路整体框图
脉冲信号由控制单元STM32F103ZET6产生,STM32是意法半导体公司生产的基于armv7架构的32位单片机,工作频率高达72 MHz,具有强大的定时、计数功能,其自带的D/A功能,可以根据所需设定输出信号幅值。论文设定的脉冲信号宽度为300 ns,500 ns,800 ns,1μs,1.5μs五组,脉冲信号频率为1 k Hz,5 k Hz,10 k Hz,20 k Hz,50 k Hz五组。脉冲信号幅值设定在1.5 V。
激光器激励电路如图3所示,由LM124运算放大器和NPN型三极管8050等元件组成。
图3 激光器激励电路
图3中:Ica搭建的同向运算放大电路实现基准电压UREF与脉冲信号Um相加;Icb与T1形成电流串联负反馈电路实现电压到电流的转换。T2起到限制驱动电流的作用,若流过LD的电流iLD变大,Re端电压升高经分压后超过Ube2使T2导通,T1的基极电流被限制,从而使iLD变小。通过改变分压电阻R3和R4的值来设定限制电流iL。其中R7C1构成LD的慢启动网络,保护LD免受冲击。
激光脉冲电路通过调制流过LD的电流来产生光脉冲,由图3可得其电流大小为:
式中:UREF—基准电压,Um—调制信号。
基准电压UREF为LD提供适宜的直流偏置,可通过电位器R8来调节UREF的值,偏置电流通常设定为(0.8-0.9)Ith,在保证消光比的同时能利用较小的调制电流脉冲得到足够功率输出的光脉冲。iLD的最大值由Um的幅值决定,随着幅值的变大而变大,当Um的幅值超过某一值后,会使T2管导通,iLD的值被限制。
因此,可以推算出图3中的相关参数如下:
OTDR的输出光功率通常为几个毫瓦,本研究使用的LD输出光功率为3 m W,阈值电流为9 m A,工作电流小于100 m A,工作电压1 V,波长1 550 nm,其内部检测光输出的光电二极管(PD)电流230μA。用电阻Re检测流过LD的电流,Re两端电压为UBC;用电阻R5检测流过PD的电流,R5两端的电压为UPC。通过STM32的AD功能实时检测UBC和UPC的值,一旦超过设定值,脉冲信号停止并告警,其流程如图4所示。
4 实验及结果分析
在实际智能变电所的光纤通信延时测量中,由于智能变电所的二次设备和一次设备大量使用了光纤作为通信介质,光纤链路成为了采样、控制、告警及计量等二次设备的唯一数据来源通道,特别是在采样通道部分,基本上不可能实现链路冗余配置
图5 实验中光纤连接示意图
该电路不仅可以测量光纤的衰减系数,而且还可以提供沿光纤长度、物理缺陷或故障点位置的衰减特性的细节,并测量了接头的衰减和位置,以及被测光纤的长度,并可以把测绘的曲线打印出来用于分析和存档。
实验中设置激光脉冲为1μs,周期为2 k Hz。用光电探测器探测后向散射光,并用示波器观察其输出的信号,图形如图6所示。
图6 OTDR测试曲线
从图6中可以看出,后向散射光强度整体成衰减,这是因为光在光纤传输过程中其能量不断减弱,反射光也随着不断减弱。在10μs处,反射光突然增强,此点对应的为两盘光纤的连接处,产生了一定程度的菲涅尔反射。在260μs处,出现了更强的菲涅尔反射,此处为光纤的末端。实验结果很好地验证了光在光纤中的衰减特性,论证了该电路能满足实际智能变电站中OTDR工作所需。因此在实际智能变电所的光纤通信延时测量中用OTDR测量光纤衰耗的优点可总体归纳为:(1)OTDR固定不动,省略了仪表转移所需的车辆和人力物力;(2)测试点选在有市电而不需配发电机的地方;(3)测试点固定,可减少光缆开剥
5 结束语
本研究为针对智能变电站的光纤通信延时测量,在分析OTDR工作原理及其系统性能的基础上,根据激光二极管的发光机理与特点设计出了一适合OTDR工作的激光驱动电路,实现激光脉冲频率和脉宽的可调。激光脉冲宽度最小可达300 ns,脉冲频率最大为50 k Hz,激光发射功率为3 m W,满足实际OTDR工作所需。
【OTDR】推荐阅读：
OTDR集中监测系统06-29