光缆线路维护技术培训资料

光缆线路维护技术培训资料成都军通通信工程有限公司二00四年八月2目录第一节光纤通信的基本知识---------------4一、移动通信的组成概况二、单模光纤结构参数三、光纤的特性四、菲涅尔反射、瑞利散射五、光纤的色散及产生的原因第二节光缆及光缆的结构----------------15一、光缆二、光缆的结构三、光缆型号的编制方法第三节光纤特性的测试-----------------18一、剪断法测量光纤衰耗二、插入法测量光纤衰耗三、后向散射法四、光纤的接续及接续损耗的测量第四节光缆线路工程及维护有关要求-----------29一、架空光缆二、直埋光缆三、管道光缆维护3四、光缆障碍抢修及使用的机具仪表五、光缆线路故障点的准确测试与查找第五节光缆加强芯及金属护套的接续-----------41一、光缆加强芯及金属护套的接续二、直埋光缆监测标石的监测线在测试中的应用第六节地线电阻的测试-----------------48附录：“中国移动通信长途光缆线路维护管理规定”和代维合同的有关内容----------------------504光缆线路维护技术培训资料第一节光纤通信的基本知识一、移动通信的组成概况1、系统的组成：实际上，现代通信发展到今天，移动、固定电话都成为一个系统，信号传输时都实现光纤化，上图所示的中继线、各基地站之间的连接都采用光纤光缆传输。电话用户市话局中继线移动交换中心（MSC）基地站（BS）MS基地站（BS）MS基地站（BS）MS光缆线路上述是一个移动通信系统的组成图：MSC—移动交换中心；BS—基地站；MS—移动用户、市话局和电话用户。52、什么是移动通信？即是指通信双方至少有一方是在移动中进行信息交换的通信方式。如固定点与移动体汽车、轮船、飞机之间，或移动本之间，或人与人和人与移动体之间的通信都属这个范畴。3、移动通信的特点：（1）、用户经常移动；（2）、电波传播条件恶劣；（3）、强干扰情况下工作；（4）、具有多卜勒效应（当运动体达到一定速度，固定点接收到的载波频率将随运动速度（U）的不同，产生不同的频移，称“多卜勒效应”。fa=μ/λ×cosθλ—接收信号载波的波长；θ—电波到达时的入射角。4、光纤通信系统是以光为载波，以光纤为传输媒质的通信系统；由光发送、光传输、光接收三个部份组成。5、光纤通信的优缺点：优点是：（1）信息传输量大；（2）无电磁干扰；（3）无短路引起事故；（4）不发生火花；（5）接地设计容易；（6）传输频带宽、传输损失小；（7）线径细、重量轻、有可绕性。其缺点：如要进行光电变换、切断接续技术很复杂、光直接传输电力困难。6、光缆线路维护在移动通信工作中的重要性：从系统图可看出：一个基站BS所覆盖的范围很有限，一般只有2-3km的半径，但要形成县—市—省—全国—世界的一个庞大通信网的远距离连接，信息的6传输都采用光纤传输，若光纤一旦中断、传输信息也就会中断；对社会效益、党政军民通信及经济效益都会带来重大影响。所以对光缆进行维护，对于保证通信畅通、不出障碍或少出障碍，是维护部门至关重要职责。二、单模光纤结构参数1、光纤材料及光的传输原理：什么是光纤？光纤就是由纯度很高的石英玻璃（SiO2）等光传播损耗小的介质做成的细园柱体。由于细园柱体中的纤芯和包层折射率不同，利用此介质分界面上光的折射现象（光在介质分界面上进行反复全反射）将光封闭在内部而引导到远距离方向的波导。2、光纤的结构尺寸：纤芯直径=10um±1um（匹配型包层）=9um±0.9um(凹陷型包层)包层外径（2D）=125um±3um一次涂敷层外径=250um3、折射率：折射率是表征光学材料的一个重要参数，用n表示。n=c/v式中：c—光在真空中的传播速度v—光在材料中（光纤玻璃）传播速度通信用石英玻璃的折射率约为1.5。7图示：纤芯折射率n1：一般n1=1.46包层折射率n2：一般n2=1.4584、相对折射率差Δ：Δ是表征纤芯与包层折射率不同程度的参数Δ=（n1–n2）/n1Δ«1，用n1=1.46n2=1.458计算出的Δ=（1.46-1.458）/1.46=0.001375、数值孔径（NA）：数值孔径是表征一根光纤当光从端面射进来时，接收光能量大小的一个参数，用NA表示。2θmax如图示，把受光角2θmax的一半的正弦定义为光纤的数值孔径NA，即NA=Sinθmax。受光角（2θmax）-表示光从空气中射入光纤端面，为了使光能包层n2包层n2纤芯n1包层n2包层n2纤芯n18在光纤中传输，光线入射角必须小于2θmax（否则满足不了全反射条件），光就能在光纤中传输，所以2θmax称受光角。对阶跃型光纤的数值孔径为：NA=（n12–n22）1/2≈n1（2Δ）1/2如光纤为纯石英玻璃，n1=1.452，相对折射率差为1％，则NA=0.2，受光角度约24°从立体观点看：2θmax是一个园锥，从光源发出的光只有射入园锥内的光才能在光纤中形成全反射面向前传播，CCITT在G651中建议：NA=（0.18-0.28）±0.02。在光纤接续时，若连接二条数值孔径NA不同的光纤，在接续部份光被辐射，会产生接续损耗，两条纤数值孔径相差越大，其损耗越大。6、模场直径：模场直径表示单模光纤中基模场强在光纤截面内分布的范围。上图示，光在传输中，若在A点将光纤切断，再接触上进行横向错位一点，光功率计测得的光功率损失一点，错位越多损失越大，光源光功率计AP1/e点Dum9而得出一条横向错位曲线，当光功率损失到1/e点时的直径为模场直径D。因为e=2.718，所以1/e≈0.368SM单模光纤的模场直径为（9-10）um±10％，使用模场直径这个参量替代光纤的芯径。7、同心度：是指纤芯的园心与包层园心之间的距离Δ与纤芯直径d的百分比。即Δ/d×100％指标要求：模场同心度0.5-3um目前国内已能达到1um8、不园度：是指纤芯或包层不是正园而是呈椭园形，最长直径a（长轴）与最短直径b（短轴）之差与纤芯或包层的标称直径D之比的百分比，即：（a-b）/D×100％单模光纤标准：模场不园度‹6％包层不园度‹2％上述参数在评价光纤接续损耗时是很重要的。9、截止波长：截止波长λc是保证单模传输的必要条件。当传输的光的波长大于λc时，光纤只能传输基模，而其他模的光能向外辐射，不能传输。结构一定的单模光纤，实际上还有第二个模能以较短的波长传输，截止波长就是能传输这第二个模的最高波长。三、光纤的传输特性Δdab101、光纤的损耗波长特性曲线：光纤的主要特性有“传输特性”、“机械特性”和“温度特性”。现仅介绍传输特性中“低损耗光纤的损耗波长特性”：100（1.24μｍ）1977年50（0.94μｍ）（1.38μｍ）1978年5.01.0瑞利散射损耗1979年0.5红外线吸收紫外线吸收0.10.81.01.21.41.6(μｍ)第一窗口第二窗口第三窗口光纤的损耗波长特性曲线（OH根形成的吸收损耗）从波长特性曲线中可以看出：有衰减系数低的“窗口”，即工作窗口，其波长分别是λ=0.85um、1.31um、1.55um三个窗口。2、光纤产生损耗的原因：可以分为二个方面，一是光纤本身的固有损耗；二是光纤在实际敷设使用过程中产生的附加损耗。具体如下：11瑞利散射损耗固有损耗吸收损耗波导结构不完善损耗光纤损耗微弯损耗附加损耗弯曲损耗接续损耗（1）、瑞利散射损耗：光与微粒子相遇时，光向各方向散射现象。光纤在拉丝过程中，从2000℃高温速冷到20℃左右，在2000℃时产生的密度不均匀和成份组成不规则，将残留在光纤中，产生瑞利散射。（2）、吸收损耗：光纤材料对光能的固有吸收并转换成热能；光纤玻璃中的杂质最大影响是OH根离子成分引起的吸收损耗。（3）、波导不完善引起的损耗：纤芯与包层界面并不是理想的光滑园柱面，有非常微小结构的凸凹现象，如存在着这种不均匀表面，使光纤损耗增加，传输模变成辐射模。（4）、微弯：与波导结构不完善引起的损耗一样，在光纤生产制造出来后光纤侧面受到不均匀压力，使光纤在轴向上发生微米（10-6M）级的弯曲而产生的损耗。（5）、弯曲损耗：是光纤弯曲时所产生的损耗。在弯曲半径较小时，使光纤内的光在纤芯与包层界面上因入射角余角大于临界角余角，使光泄漏到包层而产生的损耗。所以光纤弯曲半径不得小于允许12的弯曲半径。（6）、接续损耗：来至二个方面，一是光纤参数不同，如芯径、相对折射率差不同等引起的损耗；二是接续操作不完善，如光纤端面切割不清洁，轴心未对准，纤芯间有间隙等引起的损耗。四、菲涅尔反射、瑞利散射1、菲涅尔反射光经过不同折射率的介质所发生的反射现象叫做菲涅尔反射。常发生在光纤活接头、光纤断裂处、纤芯与空气界面。在光纤入射端、出射端或光纤断裂处，各端面与光纤轴线方面垂直并呈平面镜状时，反射功率计算为：Pf=[(n1-n0)/(n1+n0)]²*PtPf:菲涅尔反射功率Pt:菲涅尔反射点传输光功率n1:纤芯折射率（约为1.46）n0:空气折射率（约为1.0）2、瑞利散射我们知道，物质的原子是由原子核和电子构成（光纤也一样），原子、分子中的微小粒子-电子是以某固定频率进行振动的，并能释放出与该振动频率相应波长的光；一旦这些粒子受到具有一定波长的光的照射时，若光频率与该粒子固有频率相同，即引起共振，粒子内电子便以该振动频率开始振动，结果该粒子向四面散射出光，入射光的能量被吸收。对于从外部观察的人来说，好似看到光撞到粒子以后向四面八方飞散一样，此现象称光的散射。由发明者瑞利发现，故命名为瑞利散13射。光纤中对于上述的粒子是指：在光纤制造拉丝过程中，从2000°C高温急剧冷却到20°C室温时，在光纤内产生的密度不均匀性，以及成分组成的微小变化的那些部份。根据光纤目前的制造工艺，瑞利散射是不可避免的。在光纤内所产生的瑞利散射中，只有一小部分沿着与入射光信号传播方向相反的方向返回到入射端，这部分光称为背向瑞利散射光。背向瑞利散射光功率可用下式表示：PR=ω•Δ•C•ｄr•PT/4n1PR:背向瑞利散射光功率PT：散射点处的传输光功率ω：光脉冲宽度n1：纤芯折射率Δ：光纤相对折射率差C：真空中的光速（3＊108m/s）ｄr:单位长度光纤的瑞利散射系数五、光纤的色散及产生原因1、色散：光纤输出端的光脉冲与输入端相比较，波形发生了时间上的展宽，这种现象称为色散。如图示：DP输入输出tt2、色散产生的原因：a.模式色散：在多模光纤中，各传输模式的传输路径不同，各模式到达出射端的时间不同，引起脉冲展宽的色散称模式色散。单模光纤没有模式色散。14b.材料色散：太阳光通过棱镜以后可分成七种不同颜色就是一个证明。在通信中，实际使用的光源并不是理想的单一波长，有一定波谱线宽。光波的传播速度由下式表示：Vn=C/n式中：C—光在真空中传播速度Vn—光在折射率为n的光纤中传播速度n—光纤折射率光波长不同，折射率n不同，波速Vn将随光波长的不同而改变，到达出射端时将产生时间差，从而引起波形展宽。（C为光在真空中传播速度，为一个定数）。c.波导色散：光纤纤芯与包层折射率差别很小，在界面产生全反射现象进行传播，但有一部分光将会进入包层之内，出现在包层的这部分光与光波长有关，就相当于传输路径长度与光波波长不同而异，具有一定波谱线宽的光源所发出的光脉冲入射到光纤后，不同光波长的传输路程不完全相同，到达出射端时间不同，从而使脉冲展宽。此称波导色散。各色散大小顺序是：模式色散材料色散波导色散单模光纤只有材料、波导色散，所以色散只决定光纤制造材料和传输光波波长，与维护工作如何没有直接关系。15第二节光缆及光缆的结构：一、光缆：就是由若干光纤纤芯组成的缆线。二、光缆的结构：光缆可分为缆芯、护层及加强元件两部分。1、缆芯：缆芯是光缆的主体，结构是否合理对光纤安全运行关系很大，一般应满足：a.裸纤在缆内应处于最佳位置、状态，保证光纤传输性能稳定，有良好机械保护，不应承受外力影响。b.缆中的金属线对（如果有）应妥善安排，并保证电气性能。c.缆芯中的加强元件应能承受允许的拉力。d.缆芯截面应可能小，以降低成本。2、护