OTDR原理使用详解部分动画

2012年9月2日制作GentekOTDR目录为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置目录为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置通信质量管道、人孔、手孔、防雷设施、入土出土护管1234光缆布放质量光衰减色散基建质量弯折、拉力、侧压力光缆施工质量传统测试方式弯折活动连接器机械固定接头断裂光纤尾端光纤尾端标准光源发射=xdb光功率计接收=ydb测量优点：可以直接测出全链路的光衰减、成本低、简单可靠、不需要专业知识测量缺点：不能测熔接损耗、光缆弯折损耗、活动连接损耗、机械连接损耗、光纤断裂、更不能进行距离测试标准光源---光功率计测量全链路损耗=x-ydb工程及维护需求光缆总长度熔接损耗活动连接损耗光弯折损耗光缆总损耗故障点定位光路测量利器目录为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置OTDR定义•定义•OTDR的英文全称是OpticalTimeDomainReflectometer，中文意思为光时域反射仪•工作原理•OTDR在精准时钟电路的控制之下，按照设定的参数向光口发射光脉冲信号，之后OTDR不断的按照一定的时间间隔从光口接收从光纤中反射回的光信号，分别按照瑞利背向散射（测试光钎的损耗）和菲涅尔反射（测试光钎的反射）的原理对光纤进行相应的测试。Rayleigh背向散射（瑞利散射）•原因•源于光纤内部微小粒子或不均匀结构反射和吸收，当光照射到杂质上时，一些颗粒将光重定向到不同的方向，同时产生了信号衰减和背向散射。•规律•其损耗的大小与波长的4次方成反比，即随着波长的增加，损耗迅速下降。光纤中某一点的后向回波可以反映出光纤中光功率的分布情况，椐此可以测试出光纤的损耗。Rayleigh背向散射（瑞利散射）Rayleigh背向散射（瑞利散射）•⑴损耗：RayleighBackscatter(瑞利背向散射)•=5Log(P0×W×S)-10ax(loge)•式中：•P0:发射的光功率（瓦）•W：传输的脉冲宽度（秒）•S：光纤的反射系数（瓦/焦耳）•a：光纤的衰减系数（奈踣/米）•1奈踣=8.686dB•x：光纤距离•Fresnel反射（非涅尔反射）•原因•当光到达折射率突变的位置（比如从玻璃到空气）时，很大一部分光被反射回去，产生Fresnel反射，它可能比Rayleigh背向散射强上千倍。Fresnel反射可通过OTDR轨迹的尖峰来识别。•产生位置•这样的反射例子有连接器、机械接头、光纤、光纤断裂或打开的连接器。•用途•可检测链路沿线的物理事件。Fresnel反射（非涅尔反射）反射光直线返回光源(OTDR)空气斜角端面粗糙端面肮脏端面光纤端面质量不同，返回OTDR的反射光强度也不同。空气OTDR的结构控制系统(高精度时钟控制)CRT或LCD显示器激光器探测器耦合器/分路器待测光纤OTDR测试过程熔接点弯折活动连接器机械固定接头断裂光纤尾端光纤尾端第一步：清理光纤接口端面（法兰口）第二步：用光功率计测试链路是否有光（有强光会损坏OTDR）第三步：了解待测链路的状态，设置OTDR相应的参数第四步：OTDR测试及结果分析，保存OTDR测试过程熔接点弯折活动连接器机械固定接头断裂光纤尾端光纤尾端距离测量原理d=tC2nt0t1如果折射率“n”设置不正确，所测出的距离也将是错误的！！距离=Dt=t1-t0C=光速n=光纤纤芯的折射率损耗测量原理A熔接点入射=xdbm反射=xdbm*f(c)B入射=x-0.3dbm反射=(x-0.3)dbm*f(c)损耗=0.3db熔接损耗=0.3dbOTDR产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线0-返回的信号电平(dB)距离+-+(公里，米，英里，英尺等)-0+沿光纤的背向散射采样点OTDR产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线返回的信号电平(dB)距离+-+(公里，米，英里，英尺等)0位于光纤远端的背向散射采样点OTDR产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线-返回的信号电平(dB)距离+-+(公里，米，英里，英尺等)0连接这些采样点OTDR产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线-返回的信号电平(dB)距离+-+(公里，米，英里，英尺等)0仅仅观察连接线OTDR产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线-返回的信号电平(dB)距离+-+(公里，米，英里，英尺等)0端面反射OTDR产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线-返回的信号电平(dB)距离+-+(公里，米，英里，英尺等)熔接损耗是一种由于信号电平在接头点突然下降而造成的点损耗0熔接损耗-返回的信号电平(dB)距离+-+(公里，米，英里，英尺等)熔接时如果接点含有空气隙，就会产生具有反射的点损耗。0接头损耗反射-返回的信号电平(dB)距离+-+(公里，米，英里，英尺等)目录为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置典型的后向散射信号曲线DB/DIVdbceaM/DIVa、输入端的Fresnel反射区（即盲区）b、恒定斜率区c、局部缺陷、接续或耦合引起的不连续性d、光纤缺陷、二次反射余波等引起的反射e、输出端的Fresnel反射外部因素引起的可能曲线变化这里的外部因素指施加于光缆并传递至光纤的张力及侧向受力，还有温度的变化。这些都会造成曲线弓形弯曲。外部因素引起的弓形弯曲在外力作用下使曲线斜率改变。如图所示，外力作用前曲线斜率恒定，在外力作用下可出现如下情况之一：曲线斜率不变，衰减不变斜率变化，衰减线性增加整个长度呈弓形弯曲，各处斜率不同：衰减连续增加沿长度斜率增加，有限区域衰减线性增加实际在测试中最常见的异常曲线、原理和对策现象：光纤未端无菲涅尔反射峰，曲线斜率、衰减正常，无法确认光纤长度原因：光纤未端面上比较脏或光纤端面质量差；对策：清洗光纤未端面或重新做端面；现象：在整根光纤衰减合格，曲线大部分斜率均匀，但在菲涅尔反射峰前沿有一小凹陷原因：未端几米或几十米光纤受侧压对策：复绕观察有无变化1310nm1550nm现象：1310nm光纤曲线平滑，光纤衰减斜率基本不变，衰减指标略微偏高，但1550nm光纤衰减斜率增加，衰减指标偏高；原因：束管内余长过短，光纤受拉伸；对策：确认束管内的余长，增加束管内的余长现象：1310nm光纤曲线平滑，光纤衰减斜率基本正常，衰减指标正常，但550nm光纤衰减斜率严重不良，衰减指标严重偏高；原因：束管内余长过长，光纤弯曲半径过小；对策：确认束管内的余长，减少束管内的余长正常曲线A为盲区，B为测试末端反射峰。测试曲线为倾斜的，随着距离的增长，总损耗会越来越大。用总损耗（dB）除以总距离（km）就是该段纤芯的平均损耗（dB/Km）。异常情况原因：（1）仪表的尾纤没有插好，光脉冲根本打不出去；（2）断点位置比较进，OTDR不足以测试出距离来；方法：（1）要检查尾纤连接情况（2）把OTDR的设置改一下，把距离、脉冲调到最小，如果还是这种情况的话，可以判断1尾纤有问题；如果是尾纤问题，更换尾纤。非反射事件(台阶)这种情况比较多见，曲线中间出现一个明显的台阶，多数为该纤芯打折，弯曲过小，受到外界损伤等因素造成。台阶曲线远端没有反射峰这种情况一定要引起注意！曲线在末端没有任何反射峰就掉下去了，如果知道纤芯原来的距离，在没有到达纤芯原来的距离，曲线就掉下去了，这说明光纤在曲线掉下去的地方断了，或者是光纤远端端面质量不好。测试距离过长这种情况是出现在测试长距离的纤芯时，OTDR所不能达到的距离所产生的情况，或者是距离、脉冲设置过小所产生的情况。如果出现这种情况，OTDR的距离、脉冲又比较小的话，就要把距离、脉冲调大，以达到全段测试的目的，稍微加长测试时间也是一种办法。正增益现象处理正增益正增益是由于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而形成的。事实上，光纤在这一熔接点上是熔接损耗的。常出现在不同模场直径或不同后向散射系数的光纤的熔接过程中，因此，需要在两个方向测量并对结果取平均值作为该熔接损耗。目录为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置主要参数设置Range基本但非常重要的设置Wavelength根据光传输系统要求Resolution确定距离精度Averaging使你最好地观察曲线Pulsewidth最有用的控制测试范围范围是指距离或显示范围。对这一参数的设置意味着告诉OTDR应该在屏幕上显示多长距离。为了显示整个光纤曲线，设置时这一范围必须大于被测光纤长度。通常选择的测试范围应比实际待测光纤长20%。对于25公里的光纤，选择13公里测试范围是过短了。对于25公里的光纤，选择32公里测试范围是比较合适的必须注意，测试范围相对于被测光纤长度不要差异太大，否则将会影响到有效分辨率。同时，过大的测试范围还将导致过大而无效的测试数据文件，造成存贮空间的浪费。测试范围选择164Km测试范围对于7.6Km的实际光纤来说是过长了。文件尺寸:9Km范围=2kbytes164Km范围=10kbytes脉冲宽度脉冲宽度表示脉冲的时间长度，同时也可换算为脉冲在光纤上所占的空间长度。OTDR10ns=1米100ns=10米10,000ns=1,000米OTDR注入光纤的光沿着光纤的传播与水在管道内流动很相似。30ns脉宽30ns1980ns7620ns3860ns960ns480ns240ns120ns脉冲宽度与盲区和动态范围直接相关。在下图中，用8个不同的脉冲宽度测量同一根光纤。最短的脉宽获得了最小的盲区，但同时也导致了最大的噪声。最长的脉宽获得了最光滑的测试曲线，与此同时，盲区长达接近1公里。使用中等脉宽获得了较好的盲区和清晰的曲线曲线最光滑但盲区最大最短的盲区但噪声很大脉冲宽度1长脉宽中等脉宽短脉宽965m3,165ft540m1,773ft7620ns960ns120ns盲区在被测光纤始端，脉冲宽度的影响是显而易见的。下图中，位于540米处的第一个接头点在长脉宽下观察不到。3,000’950’250’长脉宽中脉宽短脉宽动态范围脉宽决定了可测试的光纤长度较长的脉宽可得到较大的动态范围.以长脉宽(7620ns)OTDR能够测量很远。但盲区也比较大。以中等脉宽(120ns)测量20公里。噪声变的比较大。以中等脉宽(960ns)OTDR能够较好地测量40余公里。盲区也比较适中。[Allmeasurementstakenat1310nmWavelength]波长原则:如果可能，总是同时测试1310和1550纳米两个波长以便比较不同波长上的测试结果，判断光缆是否受到应力。1550nm曲线1310nm曲线对同一根光纤，不同波长下进行的测试会得到不同的损耗结果。测试波长越长，对光纤弯曲越敏感。1550nm下测试的接头损耗大于在1310nm处的测试值.下图中，第一个熔接点存在弯曲问题，而另外的熔接点在两测试波长下状态近似，这表明光纤未受力。分辨率（数据采样间隔）确定了事件点的定位精度OTDR在测试时沿光纤长度方向以固定的间隔进行数据采样，采样间隔越短，采集的数据也越多，同时意味着定位精度越高，但与此同时测试花费的时间也会越长，测试结果文件也越大。文件大小:8m采样=4kbytes1m采样=32kbytes分辨率1m采样8m采样光纤端点的读出值可能由于+/-一个采样点而不同。在此情况下，由于分辨率设置而导致的读出误差可能达到8米。红线=1m分辨率绿线=8m分辨率平均平均(有时也称为扫描)可降低测试结果曲线的噪声水平，提高判读精度。测试时，可以设定扫描次数为快,中,慢等三挡或一个特定的时间长度。长的平均时间使你能够获得较好的结果曲线。如果你使用较短的测试脉宽或测试较长的光缆区段，就应该选择较长的平均时间。噪声会导致曲线的变化，增加平均次数可降低噪声电平.慢扫描快扫描关键点改善信噪比•为增强信号须使用长脉宽(增加注入光纤的能量)为减少噪声加长平均时间如果你需要观察两个很接近的事件点使用短脉宽如果你使用短脉宽，可使用长平均减少