光时域反射计-OTDR-的损耗校准和性能验证方法分析

学术研究AcademicResearch摘要：光时域反射计被经常用于检测光纤线路故障或过大的光纤损耗。当OTDR的测量及其测试精度非常重要时，一台完整地被校准的OTDR是必须的。为了保证OTDR的使用随时间依然保持测试精度，进行独立的性能验证和校准仍是必要的。本文全面讨论OTDR的损耗校准和性能验证方法。当OTDR仅用于某一特定目的时，并非所有项目全部都是必须的。关键词：光时域反射；损耗；盲区；动态范围中图分类号:TN951文献标识码:A文章编号：1673-1131(2010)06-027-02引言光时域反射计(OpticalTimeDomainReflectometer)发出光脉冲单端注入被测光纤，通过接收光纤的瑞利背向散射光和菲涅尔反射光，以得到光纤的损耗和长度信息。光时域反射计是用于测量单模或多模光纤的损耗、损耗分布情况及光纤长度和故障点位置的测量仪器（以下简称OTDR）。OTDR的测量结果是二维的：纵轴代表损耗，横轴代表距离。下面我们讨论与纵轴对应的损耗校准和性能验证方法。校准的过程符合IEC校准建议。本文给出了OTDR损耗校准的通用方法，不对某一具体型号的OTDR的误差修正进行描述。一、损耗的校准1.1损耗的误差OTDR显示的纵轴可以认为是损耗轴，因为它可以用来测量光纤上任意两点间的损耗。损耗误差的定义：显示的损耗误差除以真实的损耗，如1dB，单位是dB/dB。光时域反射计（OTDR）的损耗校准和性能验证方法分析潘峰1李辅君1葛久志2/1.湖北信通通信有限公司（湖北武汉·430010）2.湖北省计量测试技术研究院（湖北武汉·430223）对于OTDR损耗的校准，这里有几种方法。所有的方法都是基于相同的概念：即连接一个已知的参考损耗Aref（通常仅1dB）至被测OTDR，然后使用OTDR对其进行测试。图1给出了损耗校准的典型测试连接。所需设备和仪表：（1）被测OTDR（2）一段短的光跳线（2m）（3）一个高精度光衰减器（4）一段长距离的单模光纤(50km左右)（5）一个高精度的光功率计测试方法：在本测试过程中，我们使用一根长光纤来得到一个平滑的OTDR背向散射曲线。将光衰减器的衰减值在0dB和1dB之间进行切换，以产生所需的参考损耗。使用光功率计可保证对参考损耗进行准确标定（确保峰值功率不要超过光功率计的当前测试范围）。理想情况下，插入参考损耗以后可以将整个OTDR曲线下移1dB。OTDR内部的光电探测器、放大器和数字电路都会引起OTDR的非线性会在OTDR曲线的不同电平上体现出来。图2所示为典型的测试结果：当插入损耗为0dB时测得曲线A，当插入损耗为1dB时测得曲线B。同时图2也给出了两条曲线之间的差异。显而易见的是噪声随着距离的增加而加大；但在原有的曲线A和曲线B上都很难看到相应的噪声。OTDR上自动置中功能会使得该项测试复杂化。所谓自图1损耗校准测试连接272010No.6潘峰李辅君葛久志/光时域反射计（OTDR）的损耗校准和性能验证方法分析&Informationcommunications信息通信动置中功能是指OTDR自动把测试曲线显示在屏幕中间，该功能使得两条曲线的垂直偏移的测试相当困难。如果自动置中功能无法关闭，可使用固定功率电平做参考。(1)这里PA和PB分别代表曲线A和曲线B的功率电平，而Pfix为固定功率电平。可使用计算机读出OTDR上对应的功率采样点PA和PB。这样，与距离相关的损耗误差可由下面的公式计算出来。其中曲线A和曲线B之间的功率差值由上面的公式（1）给出。这样，损耗误差的结果可表示为每dB的损耗误差是多少：[dB/dB](2)这里Aref就是参考损耗。对于大于1dB损耗的误差可通过加入适量的误差采样点来实现，这里不对该问题进行详细讨论。误差分析：这种测试方法的不确定性很小：光功率计对脉冲光功率的准确性是其一。两条测试曲线之间偏振状态有可能发生变化，光功率计的配置相关性也是引起误差来源之一。另外OTDR和长光纤之间的光衰减器也可能对曲线产生影响。二、动态范围动态范围是衡量OTDR能测多远的重要指标，其定义为入射点背向散射电平与98%峰值（或RMS，比98%峰值低1.9dB）噪声电平之差（dB）。图3为动态范围检测的测试连接。光纤终端应作无反射处理，防止反射。可采用小半径盘曲或匹配液。所需设备和仪表：（1）测OTDR（2）一根长约20公里到50公里左右的长光纤测试方法：OTDR经合适的位置，平均3分钟以上，可得到一条曲线，如图4所示：将前几公里曲线反向延长至零公里可得到入射点背向散射电平Pbs,0;这样做主要是为了消除OTDR前模板连接器盲区造成的影响。98%点处的噪声功率P98%可通过统计的方法得到。而RMS动态范围可由下面公式得到：(3)误差分析：动态范围校准测试中的不确定性的主要来源是：（1）对98%点处的噪声功率P98%和入射点背向散射电平Pbs,0测试的不确定性。（2）OTDR与被测光纤连接用的活动连接器的损耗。该连接器的损耗会使得测得的动态范围数值偏小。三、结束语光时域反射计（OTDR）的损耗校准和性能验证是一个比较复杂的过程，对测试人员的理论水平要求较高，但随着科学技术的发展，这种要求越来越低，相信其在工程中的应用空间越来越大。通过本文的分析以期对工程技术人员有所帮助。参考文献[1]国家质量技术监督局.光时域反射计（JJG959-2001）.北京：中国计量出版社，2001[2]刘德明，向清，黄德修.光纤光学.北京:电子工业出版社，2002[3]张新亮.光纤通信原理与技术.武汉：华中科技大学，2004图2损耗校准的测试结果图3动态范围测试连接图4动态范围校准测试的结果282010No.6潘峰李辅君葛久志/光时域反射计（OTDR）的损耗校准和性能验证方法分析