测试仪器OTDR简介和常规曲线分析

 

测试仪器OTDR简介和常规曲线分析

 

一、OTDR

英文：Optical Time Domain Reflectomenten

中文：1、光时域反射测试仪 (照英文译)

      2、背向散射测试仪（按其原理命名）

二、衡量OTDR的性能指标

a、衡量OTDR的性能指标--动态范围

b、动态范围：在满足给定误码的条件下，光端机输入连接器，能接收最大的光功率与最小光功率电平值（接收灵敏度）之差。

c、动态范围越大，所能测试距离越长

 

三、OTDR的功能

a、测试光纤的长度；

b、测试光纤的衰减系数（波长850nm、1310nm、1550nm、1625nm）；

c、测试光纤的接头损耗；

d、测试光纤的衰减均匀性；

e、测试光纤可能有的异常情况（如有台阶，曲线异常等）；

f、测试光纤的回波损耗(ORL)；

g、测试光纤的背向散射(BKSCTR COEFF)；

四、OTDR的基本原理-瑞利散射、菲涅尔反射

a、瑞利散射：光波在光纤中传输，沿途受到直径比光波长还小的散射粒子的散射；瑞利散射具有与短波长的1/λ⁴成反比的性质，即：a_r=A/λ⁴，式中比例系数A与玻璃结构、玻璃组成有关

 b、菲涅尔反射：光波在两种折射率不同的煤质界面会形成反射，其反射能量约占总能量4%；

 

五、基本原理图

 

 

注：LD-半导体激光器，LED-面发光二极管

 

六、  典型的后向散射信号曲线

 

a、  输入端的Fresnel反射区（即盲区）

b、  恒定斜率区、

c、  由局部缺陷、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、

 

七、  曲线说明：

 

1、     盲区：决定OTDR所能测到最短距离和最接近距离，是由于活接头的反射引起OTDR接收机饱和所至，盲区通常发生在OTDR面板前的活接头反射，但也可以在光纤的其它地方发生；一般OTDR盲区为100m。

      盲区分为衰减盲区和事件盲区：

a、     衰减盲区：从反射点开始至接收机恢复到后向散射电平约0.5dB范围内的这段距离,这段距离就是OTDR能再次测试衰减和损耗的点.

 

式中：D的长度就为衰减盲区的长度。

b、     事件盲区:从OTDR接收到反射点到开始到OTDR恢复到最高反射点1.5DB以下这段距离,在这以后才能发现是否还有第二个反射点,但还不能测试衰减.

式中：D₁的长度就为事件盲区的长度。

2)影响盲区的因素：

a、入射光的脉冲宽度、

b、反射光的脉冲宽度、

c、入射光的脉冲后端形状、

d、所用脉冲越小，盲区越大。

3）消除盲区的方法：加尾纤（过渡纤），最好2KM以上

 

2、b、c、e、f各点在后面曲线分析中说明。

 

八、  光纤损耗计算公式：

a：P（_T）=¹/₂S a_R  P₍₀₎V_gTe^-2a(Vg ^t/2)

式中：S-散射光的散射系数;

      a_R-散射损耗系数;

  P₍₀₎-注入光功率;

  V_g-群速

  T-脉冲宽度

 

九、  介绍OTDR的主要参数设置

a. OTDR的光纤的折射率（IOR）

   设置OTDR上光纤的双窗口的折射率因根据各厂家提供的数据，每种光纤其折射率是不同的，OTDR所测光纤长度跟设置的折射率有关；对同一光纤，所设置的折射率越大所测光纤长度越短，反之…

b. OTDR测试量程（DISTANCE）

     OTDR所设量程必须是所要测试光纤长度2倍以上，对于长光纤量程不到2倍以上也可以测试，但极易出现测试误差。

c. OTDR的测试脉宽（PUISH WIDTH）

   原则：长距离用长脉宽，短距离用小脉宽。一定光纤长度必须选用相对应，长脉宽平均化时间短，但OTDR分辨率低，光纤存在的细小的异常情况（如小台阶等）不易发现，小脉宽平均化时间长，但OTDR分辨高，易发现细小的异常情况；两者必须有机结合，合理配置。

d. OTDR的测试模式（MODE）

    OTDR的测试光纤衰减模式分为2PT（两点法）、LSA（最小两乘法），测试接头模式5 SPLICE（五点法）分为自动、手动，选用合理的模式可以减少测试误差；

   2PT：当所测光纤曲线上有台阶、曲线不良等情况时，必须两点法测试光纤衰减；

   LSA：当所测光纤曲线斜率均匀时，用LSA测试光纤衰减；

  5 SPLICE：测试接头损耗原则上采用自动模式，可以减少人为误差。

  （接头损耗是指光纤连接器、耦合器、熔接点等）

 

十、OTDR测试介绍：

1、 受试光纤的注入条件：

   对于衰减测量，为了减少在光纤输入端的反射峰，应采用折射率匹配材料（匹配液、匹配膏）等；如用毛细管进行耦合时应用匹配膏，目的是将接续损耗减至最小，匹配液、匹配膏的折射率要等同于包层的折射率。

2、长度测量，

    一般采用两点法，，将受测光纤与尾纤一端相接，尾纤一端连到OTDR上，调整出显示尾纤和受测光纤的后向散射峰。其曲线见图

 

     将光标A置于第一个菲涅尔反射峰前沿，将光标B置于第二个菲涅尔反射峰前沿，光标A与光标B之间的相对距离差就为被测光纤长度。

3、光纤衰减的测试

如图所示：

 

将光标A置于第一个菲涅尔反射峰后沿，曲线平滑的起点，将光标B置于第二个菲涅尔反射峰前沿，光标A与光标B间显示衰减系数就是光纤A、B间衰减系数，但非整根光纤的衰减系数。

4、接头损耗的测量

如图所示：

将光标定于曲线的转折处如图位置，然后选择测接头损耗功能键，便可测得接头

损耗。

 

 

5、曲线异常情况的测量

    OTDR可监控整个光纤长度上的衰减变化。曲线异常情况应该是指曲线上的台阶、梯形升跃等曲线不良。为了确认异常情况是否对产品质量产生影响，最简单的方法可采用两种不同宽度的脉冲对持有怀疑的区域进行观察，如果损耗或可视增益形状随脉宽不同而变化，则属故障点应去分析找原因。如不发生上述变化，应确定是局部的衰减不均匀，这种并非制造工艺造成的少许指标超标，并不影响工程应用；若为光纤局部的衰减不均匀有必要在同一波长作双向测量，对取得衰减值进行平均，计算损耗（消除明显可视增益），以消除不均匀性两侧光纤段后向散射性能差异的影响。

 

4、曲线分析、

后向散射曲线可归纳为三种情况。

1、

典型反射曲线：这条曲线包括各种常见现象(见下图), 以下对图中各个区域作一简单描述：

a)  

区域（a）即在A点至B点区域内，曲线斜率恒定：表明光纤在该区域的散射均匀一致。因此可获得相应的常数。在这种情况下，测量仅从一端即可满足要求。

 

b)   区域（b）表示局部的损耗变化，这种变化可能，主要由外部原因（如光纤接头）和内部原因光纤本身引起的，在此情况下，进行两端测量，取平均值表示该接头损耗。

c)   区域（c）所示的不规则性由后向散射的剧烈增强所致，这种变化可能由外部测试原因二次反射余波（鬼影）产生能量叠加和内部原因光纤本身缺陷（小裂纹）造成的，先必须确认是何种原因，再采用两端测量来测定这种不规则对衰减的影响。

d)   区域（d）即后向散射曲线有时出现弓形弯曲。有内部因素，一般是吸收损耗变化导致衰减变化。对于外部因素，可能与光纤受力增加有关。如何确定是何种因素，可对光纤或兴缆施加外力或改变其温度，如特性不变，是内部因素，反之为外部因素

e)   区域（e）光纤的端点或任何的不连续点会产生菲涅尔反射或后向散射功率损耗（无菲涅尔反射）由此可测定这些端点或不连续点的位置。机械式接头界面往往产生这种反射。

 

2、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：

a)   曲线斜率不变，衰减不变，

 

b)   斜率变化，衰减线性增加，

 

c)  

整个长度呈弓形弯曲，各处斜率不同：衰减连续增加， 

d)  

沿长度斜率增加，有限区域衰减线性增加。           

 

e)   出现台阶，光纤局部压力上升：衰减局部增加，

3、波纹曲线图

指曲线有与脉冲频率相似的纹状态曲线。其产生原因有可能是受测光纤工作频率与带宽频率刚好相同,此情况下, 改变测试脉宽，同时应从受测光纤的两端进行测量.

 

 

2、     实际在测试中最常见的异常曲线、原理和对策

a、如图

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；

 

b、如图

现象：曲线成明显弓形，衰减严重偏大或偏小，无菲涅尔反射峰；

原因：量程设置错误（不足被测光纤长度2倍以上）；

对策：增大量程；

 

c、   

如图

 

现象：在曲线斜率恒定的曲线中间有一个“小山峰”（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；

对策：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“小山峰”消失则为原因2），如不消失则为原因1）；

 

d、   

如图

 

  现象：在光纤纤连接器、耦合器、熔接点处产生一个明显的增益；

  原因：模场直径不匹配造成的；

  对策：测试衰减和接头损耗必须双向测试，取平均值；

 

e、如图

 

现象：曲线斜率正常，光纤均匀性合格，但两端光纤衰减系数相差很大

原因：模场不均匀造成，一般为光纤拉丝引头和结尾部分；

对策：测试衰减必须双向测试，取平均值；

 

f、如图

 

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，无变化则剪掉；

 

g、如图

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；

 

h、如图

 

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1550nm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；

 

i、如图

现象：尾纤与过渡纤有部分曲线出现有规则的曲线不良，但被测光纤后半部分曲线正  常，整根被测光纤衰减指标基本正常；

原因：一般是由设备本身和测试方法综合造成的；

对策：关机，重新起动，对各个光纤接触部分进行清洁；

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