1、光时域反射计（OTDR）在光纤通信工程中的应用1 前言近年来，光纤通信技术以其超高速、大容量、长距离的传输功能，在通信网络中已得到广泛使用。而光纤通信的可靠性和安全性则越来越受到人们的关注。作为光纤通信工程施工和维护工作的专用仪器光时域反射计（OTDR ）是必不可少的测试仪器，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
2、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。2 OTDR 在光纤通信工程中的作用利用 OTDR 其强大的数据分析功能，在光纤通信工程的线路施工、维护测试及抢修过程中，可对光纤链路中的事件点及故障点精确定位，其最重要的特点是：单端无损测试，测试速度快，故障定位准确。目前，光时域反射计可使用 850nm、1300nm （适用于多模光纤） 、
3、1310nm、1380nm、1480nm、1550nm 及 1625nm（适用于单模光纤）等波长进行光纤线路的测量，测量的重点在于验证局端至分支器、分支器至各用户端光纤的熔接、接头与线路的损耗等，依次验证各光纤距离与施工时相比是否正确，同时也可加快日后维修中于对光纤线路的品质确认及故障查找。OTDR 给出的测试资料有两种格式：数据表和后向散射波形图。我们可以利用 OTDR 的 RS232（串口）与计算机进行通信，并用计算机操作系统自带的超级终端软件访问 OTDR 来获取数据。这些测试数据既可用作光纤通信工程施工初始资料，也可为将来的竣工验收建立完善的报告。2.1 OTDR 在光纤通信工程线路施
4、工、维护中的测试众所周知，光纤由于重量轻、耐腐蚀、不受电磁干扰的影响，在环境适应性方面要比电缆强许多，那么光纤线路质量的好坏就取决于光纤质量及施工过程了。根据光纤的结构，只要在光纤施工的过程中，严格按照规范施工，则光纤受伤害的几率很小。一旦光纤施工后，就必须借助 OTDR 才能了解光纤线路的状况，通过人的眼睛是无法得知的，所以，在光纤线路的维护运营中，用 OTDR 测试光纤链路是非常重要和必需的。OTDR 在光纤施工过程中一般要进行四次测试：来料测试、熔接前测试、熔接后测试及施工后的验收测试。（1）光纤在布放前，对光纤中的每一根光纤都要先作测试，因为光纤从出厂运输到买方单位再转运到工地，中间经
5、过了多次的上下装货、卸货，难保光纤不受损伤。所以，布放前测试光纤的作用是为了划清责任界限，即保证光纤在施工前是好的。从维护运营的角度看，测试有两个目的：一是确保光纤没有因施工而受损，二是确定光纤线长，以免长度不够。（2）光纤布放后接续前也必须进行再测试，这是由于随着科技的进步，光纤熔接机的熔接质量已大幅度提高，使得熔接点的损耗不再是光纤线路损耗的主要因素。由于熔接损耗小，光信号通过该点后，光功率的变化不明显，用 OTDR 测试时，不容易判断出来，而在光纤链路的测试曲线中也不易查找到熔接点，这就会在日后运营维护上产生诸多不便：一是进行线路维修时，因为不知到该段光纤到底有多长从而造成领料困难；二是
6、线路改接不易，改接点一般都应选在接头的位置，因曲线中熔接点不明显，可能因找不到熔接点而无法进行改接。所以，接续前再次测试可防止这类问题的发生，同时，也能验证光纤在布防时没有对光纤造成损伤。接续前测试与一般 OTDR 的测试方式相同，只是在光纤还没有接续前，先将测试的光纤长度及损耗数据储存起来，建立线路段长度及损耗的数据库，以作为将来线路维护的重要参考。（3）在光纤熔接后还需要再次用 OTDR 进行测试，此次测试有两个作用：一是测试熔接点的熔接损耗有没有超出规定的要求，一旦发现超标点，可及时再次重新熔接，二是借助测试并对照光纤的芯线，因为熔接数百芯的光纤难保不会接错。光纤链路中有许多熔接点，对链
7、路中个别超标的熔接点，一般来讲，有两个原因：一是光纤的原因，即接续点两端的光纤数值孔径差别过大，可能是因不同厂家造成的，不过，随着光纤制造技术的进步，这方面的差别已越来越小；另一个是熔接的原因，由于人为疏忽或熔接机故障造成的。在用 OTDR 确定光纤链路中不合格熔接点时，一定要认真测试，仔细判定，对不合格点要认真对待，否则的话，这个点可能是造成整个光纤链路劣化特别快最直接的原因。（4）在光纤工程完工后，还要进行线路的最后测试，施工方测试主要是对光纤链路进行自测、自查 、自检，测试数据可作为随后验收时的参考，验收方测试主要是依据标准要求，对光纤链路的长度、链路损耗及接头损耗等进行验收测试，对测试
8、数据建立数据库，作为日后运营维护的重要参考。最终测试也可借助光源、光功率计及 OTDR 三种仪器共同进行，前两者是用来测试光信号在实际链路内传输时的损耗情况，而用 OTDR 是找出链路中不好的熔接点及地理位置。2.2 OTDR 在光纤通信工程中对故障点查找和定位光纤通信网络中的任何一次故障都可能是致命的，都能导致传输中断，给用户带来巨大损失。所以一方面要尽量减少故障隐患，另一方面要有快速处理故障的能力。实际经验表明，利用 OTDR 对资料综合分析能够以最快的速度查找和定位故障点，为加快故障处理速度，确保网络的正常传输提供了强有力的支持。为了能够以最快速度找到故障点应该做到以下几点：（1）光纤故
9、障的原因往往不会象出现意外事故造成的断纤那样简单，这就使得查找故障点变得相对困难。多数情况光纤的故障往往是多种因素造成的，如光缆受水浸，热胀冷缩对光纤的影响，接续盒内保护槽的挤压，光纤耦合器松动，光纤头进灰、受潮腐蚀等造成的信号传输质量下降或信号中断等。为了可以快速、准确的找到故障点，快速处理障碍，一定要先做到对波形图进行综合和对比分析，然后再完成障碍处理工作。（2）OTDR 测试光纤时反应不出某段范围内光纤损耗等测量情况是称为盲区，主要是由于 OTDR 的光脉冲宽度及 OTDR 的输出口与被测光纤的第一个活动连接器产生的菲涅尔反射造成的。当光脉冲宽度一定时，与被测光纤相连的第一个活动连接器就
10、成了克服盲区的关键。在工程实践中，我们采用在被测光纤和 OTDR 之间加入一根 510 米的测试光跳线的办法来克服 OTDR 的盲区。这样因为第一个连接器产生的菲涅洱反射恒定，不但能够克服活动连接器产生的盲区，而且使第一个活动连接器产生独立的另一个事件，可以更方便的进行自定义分析，使测试过程包含第一个活动连接器，对于故障点的定位提供了更加准确的数据。（3）OTDR 同时提供自动测量、手动测量和光纤末端测量方法，在故障处理时应该采用多种测量方法并用的手段加以测试，自动测量可以对整个传输事件进行详细分析，而末端测量可以略去传输事件的中间段，直接对光纤的两端距离、损耗加以测量。相辅相成，对于故障点的
11、定位大有帮助。2.3 利用 OTDR 输出功能建立完善的初试资料及竣工报告光纤通信工程初始资料的准确、完善关系到整个工程的进程和发展，原有静态的二维数表描绘路由长度和持续质量已经无法应对日渐壮大的光纤通信网络的发展需要。所以，第一，利用 OTDR 软件的打印功能，以位图格式把波形图和数据表同时打印或保存于计算机中。第二，用 OTDR 软件专有格式保存于计算机中，以“超链接”的方式和二维数据表格链接到一起，作为数据表的电子辅助，当处理故障时可以进行动态的对比分析。第三，利用OTDR 测试获得的精确数据结合施工图纸描绘路由简图，要在简图中标明接续的实际位置，还要对 OTDR 测试出来的重要事件点加
12、以标注，并且要对设计长度加以修正。光纤通信技术的不断发展，使得数据回传业务以及千兆位光纤以太网业务的需求逐渐增多。为有这样需求的一方进行测试验收，或者直接为其进行工程施工已经早已在光纤通信行业中开展起来。利用 OTDR 的测试资料建立验收或竣工报告，不但使得报告的数据更加准确、完整，同时也使报告更加权威，更加具有说服力，对发展光纤通信工程提供了强有力的支持。3 OTDR 在光纤通信工程维护中的实例在对洋山深水港局域网进行维护时，用户反映最近发现网络速度很慢。于是用 OTDR对光缆进行测试，先将一端的 SC-ST 光跳线从光电转换器的端口拔下，将 ST 头插入OTDR 的测试端口，然后将连接另一
13、台光电转换器的光跳线也拔下（注意在进行 OTDR 测试时，一定要使光纤跳线脱离光电转换器的端口，否则会损伤 OTDR 的测试端口） ，开始对光缆进行测试，测试速度很快，大约 10 秒，结果出来了，显示屏看到整条光纤链路长867 米，两段各有 5 米光纤跳线，中间的光缆长度为 857 米，两端各有一光纤耦合器用于连接跳线和光缆。在 1300nm 波长上出现问题，5 米左右的位置出现衰减，而且衰减值为-4.8dB,大大超过-2.0dB 的极限值，问题终于找到了，但是到底是光纤跳线接头的问题还是耦合器的问题呢？于是我将这端的 ST-SC 光纤跳线从耦合器上拔下，用光纤听诊器与 ST接头相连，屏幕上立
14、即显示出它的图像，可以清楚地看到其中有很多颗粒状斑点，这说明接头表面有很多灰尘,，我又测了 SC 光纤接头，发现没有斑点 ,一切正常。所以问题很可能就出现在 ST 接头，我用光纤清洁剂将光纤接头清洗一遍，稍等几分钟，等完全干燥后将它重新插回耦合器，再次进行测试,发现故障消失，再将两端的跳线分别接到光电转换器上，从一台 PC 上 Ping， 时间均小于 10ms，表示链路已经没有问题。4 结束语光时域反射计在光纤通信工程施工、维护测试中占据着非常重要的位置，是现今光纤通信工程不可缺少的组件之一，受其自身原理和测试精度的限制，它不可能成为研究领域的宠儿，但是在实际应用当中，特别是在光纤通信网络建设故障处理方面发挥了举足轻重的作用。邱 明 佳2007/3/17
