光時域反射計(OTDR)在光纖通信工程中的應用.doc

光時域反射計（OTDR）在光纖通信工程中的應用1 前言 近年來，光纖通信技術以其超高速、大容量、長距離的傳輸功能，在通信網(wǎng)絡中已得到廣泛使用。而光纖通信的可靠性和安全性則越來越受到人們的關注。作為光纖通信工程施工和維護工作的專用儀器光時域反射計（OTDR）是必不可少的測試儀器，它能將長100多公里光纖的完好情況和故障狀態(tài)，以一定斜率直線（曲線）的形式清晰的顯示在幾英寸的液晶屏上。根據(jù)事件表的數(shù)據(jù)，能迅速的查找確定故障點的位置和判斷障礙的性質及類別，對分析光纖的主要特性參數(shù)能提供準確的數(shù)據(jù)。OTDR主要是根據(jù)光學原理以及瑞利散射和菲涅爾反射理論制成的。儀表的激光源發(fā)出一定強度和波長的光束至被測光纖，由于光纖本身的缺陷，制作工藝和石英玻璃材料組分的不均勻性，使光在光纖中傳輸將產(chǎn)生瑞利散射；由于機械連接和斷裂等原因將造成光在光纖中產(chǎn)生菲涅爾反射，由光纖沿線各點反射回的微弱的光信號經(jīng)光定向耦合器到儀器的接收端，通過光電轉換器，低噪聲放大器，數(shù)字圖象信號處理等過程，實現(xiàn)圖表、曲線掃跡在屏幕上顯現(xiàn)。2 OTDR在光纖通信工程中的作用利用OTDR其強大的數(shù)據(jù)分析功能，在光纖通信工程的線路施工、維護測試及搶修過程中，可對光纖鏈路中的事件點及故障點精確定位，其最重要的特點是：單端無損測試，測試速度快，故障定位準確。目前，光時域反射計可使用850nm、1300nm（適用于多模光纖）、1310nm、1380nm、1480nm、1550nm及1625nm（適用于單模光纖）等波長進行光纖線路的測量，測量的重點在于驗證局端至分支器、分支器至各用戶端光纖的熔接、接頭與線路的損耗等，依次驗證各光纖距離與施工時相比是否正確，同時也可加快日后維修中于對光纖線路的品質確認及故障查找。OTDR給出的測試資料有兩種格式：數(shù)據(jù)表和后向散射波形圖。我們可以利用OTDR的RS232（串口）與計算機進行通信，并用計算機操作系統(tǒng)自帶的超級終端軟件訪問OTDR來獲取數(shù)據(jù)。這些測試數(shù)據(jù)既可用作光纖通信工程施工初始資料，也可為將來的竣工驗收建立完善的報告。2.1 OTDR在光纖通信工程線路施工、維護中的測試眾所周知，光纖由于重量輕、耐腐蝕、不受電磁干擾的影響，在環(huán)境適應性方面要比電纜強許多，那么光纖線路質量的好壞就取決于光纖質量及施工過程了。根據(jù)光纖的結構，只要在光纖施工的過程中，嚴格按照規(guī)范施工，則光纖受傷害的幾率很小。一旦光纖施工后，就必須借助OTDR才能了解光纖線路的狀況，通過人的眼睛是無法得知的，所以，在光纖線路的維護運營中，用OTDR測試光纖鏈路是非常重要和必需的。OTDR在光纖施工過程中一般要進行四次測試：來料測試、熔接前測試、熔接后測試及施工后的驗收測試。（1）光纖在布放前，對光纖中的每一根光纖都要先作測試，因為光纖從出廠運輸?shù)劫I方單位再轉運到工地，中間經(jīng)過了多次的上下裝貨、卸貨，難保光纖不受損傷。所以，布放前測試光纖的作用是為了劃清責任界限，即保證光纖在施工前是好的。從維護運營的角度看，測試有兩個目的：一是確保光纖沒有因施工而受損，二是確定光纖線長，以免長度不夠。（2）光纖布放后接續(xù)前也必須進行再測試，這是由于隨著科技的進步，光纖熔接機的熔接質量已大幅度提高，使得熔接點的損耗不再是光纖線路損耗的主要因素。由于熔接損耗小，光信號通過該點后，光功率的變化不明顯，用OTDR測試時，不容易判斷出來，而在光纖鏈路的測試曲線中也不易查找到熔接點，這就會在日后運營維護上產(chǎn)生諸多不便：一是進行線路維修時，因為不知到該段光纖到底有多長從而造成領料困難；二是線路改接不易，改接點一般都應選在接頭的位置，因曲線中熔接點不明顯，可能因找不到熔接點而無法進行改接。所以，接續(xù)前再次測試可防止這類問題的發(fā)生，同時，也能驗證光纖在布防時沒有對光纖造成損傷。接續(xù)前測試與一般OTDR的測試方式相同，只是在光纖還沒有接續(xù)前，先將測試的光纖長度及損耗數(shù)據(jù)儲存起來，建立線路段長度及損耗的數(shù)據(jù)庫，以作為將來線路維護的重要參考。（3）在光纖熔接后還需要再次用OTDR進行測試，此次測試有兩個作用：一是測試熔接點的熔接損耗有沒有超出規(guī)定的要求，一旦發(fā)現(xiàn)超標點，可及時再次重新熔接，二是借助測試并對照光纖的芯線，因為熔接數(shù)百芯的光纖難保不會接錯。光纖鏈路中有許多熔接點，對鏈路中個別超標的熔接點，一般來講，有兩個原因：一是光纖的原因，即接續(xù)點兩端的光纖數(shù)值孔徑差別過大，可能是因不同廠家造成的，不過，隨著光纖制造技術的進步，這方面的差別已越來越??；另一個是熔接的原因，由于人為疏忽或熔接機故障造成的。在用OTDR確定光纖鏈路中不合格熔接點時，一定要認真測試，仔細判定，對不合格點要認真對待，否則的話，這個點可能是造成整個光纖鏈路劣化特別快最直接的原因。（4）在光纖工程完工后，還要進行線路的最后測試，施工方測試主要是對光纖鏈路進行自測、自查 、自檢，測試數(shù)據(jù)可作為隨后驗收時的參考，驗收方測試主要是依據(jù)標準要求，對光纖鏈路的長度、鏈路損耗及接頭損耗等進行驗收測試，對測試數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫，作為日后運營維護的重要參考。最終測試也可借助光源、光功率計及OTDR三種儀器共同進行，前兩者是用來測試光信號在實際鏈路內傳輸時的損耗情況，而用OTDR是找出鏈路中不好的熔接點及地理位置。2.2 OTDR在光纖通信工程中對故障點查找和定位光纖通信網(wǎng)絡中的任何一次故障都可能是致命的，都能導致傳輸中斷，給用戶帶來巨大損失。所以一方面要盡量減少故障隱患，另一方面要有快速處理故障的能力。實際經(jīng)驗表明，利用OTDR對資料綜合分析能夠以最快的速度查找和定位故障點，為加快故障處理速度，確保網(wǎng)絡的正常傳輸提供了強有力的支持。為了能夠以最快速度找到故障點應該做到以下幾點：（1）光纖故障的原因往往不會象出現(xiàn)意外事故造成的斷纖那樣簡單，這就使得查找故障點變得相對困難。多數(shù)情況光纖的故障往往是多種因素造成的，如光纜受水浸，熱脹冷縮對光纖的影響，接續(xù)盒內保護槽的擠壓，光纖耦合器松動，光纖頭進灰、受潮腐蝕等造成的信號傳輸質量下降或信號中斷等。為了可以快速、準確的找到故障點，快速處理障礙，一定要先做到對波形圖進行綜合和對比分析，然后再完成障礙處理工作。（2）OTDR測試光纖時反應不出某段范圍內光纖損耗等測量情況是稱為盲區(qū)，主要是由于OTDR的光脈沖寬度及OTDR的輸出口與被測光纖的第一個活動連接器產(chǎn)生的菲涅爾反射造成的。當光脈沖寬度一定時，與被測光纖相連的第一個活動連接器就成了克服盲區(qū)的關鍵。在工程實踐中，我們采用在被測光纖和OTDR之間加入一根510米的測試光跳線的辦法來克服OTDR的盲區(qū)。這樣因為第一個連接器產(chǎn)生的菲涅洱反射恒定，不但能夠克服活動連接器產(chǎn)生的盲區(qū)，而且使第一個活動連接器產(chǎn)生獨立的另一個事件，可以更方便的進行自定義分析，使測試過程包含第一個活動連接器，對于故障點的定位提供了更加準確的數(shù)據(jù)。（3）OTDR同時提供自動測量、手動測量和光纖末端測量方法，在故障處理時應該采用多種測量方法并用的手段加以測試，自動測量可以對整個傳輸事件進行詳細分析，而末端測量可以略去傳輸事件的中間段，直接對光纖的兩端距離、損耗加以測量。相輔相成，對于故障點的定位大有幫助。2.3 利用OTDR輸出功能建立完善的初試資料及竣工報告光纖通信工程初始資料的準確、完善關系到整個工程的進程和發(fā)展，原有靜態(tài)的二維數(shù)表描繪路由長度和持續(xù)質量已經(jīng)無法應對日漸壯大的光纖通信網(wǎng)絡的發(fā)展需要。所以，第一，利用OTDR軟件的打印功能，以位圖格式把波形圖和數(shù)據(jù)表同時打印或保存于計算機中。第二，用OTDR軟件專有格式保存于計算機中，以“超鏈接”的方式和二維數(shù)據(jù)表格鏈接到一起，作為數(shù)據(jù)表的電子輔助，當處理故障時可以進行動態(tài)的對比分析。第三，利用OTDR測試獲得的精確數(shù)據(jù)結合施工圖紙描繪路由簡圖，要在簡圖中標明接續(xù)的實際位置，還要對OTDR測試出來的重要事件點加以標注，并且要對設計長度加以修正。光纖通信技術的不斷發(fā)展，使得數(shù)據(jù)回傳業(yè)務以及千兆位光纖以太網(wǎng)業(yè)務的需求逐漸增多。為有這樣需求的一方進行測試驗收，或者直接為其進行工程施工已經(jīng)早已在光纖通信行業(yè)中開展起來。利用OTDR的測試資料建立驗收或竣工報告，不但使得報告的數(shù)據(jù)更加準確、完整，同時也使報告更加權威，更加具有說服力，對發(fā)展光纖通信工程提供了強有力的支持。3 OTDR在光纖通信工程維護中的實例在對洋山深水港局域網(wǎng)進行維護時，用戶反映最近發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡速度很慢。于是用OTDR對光纜進行測試，先將一端的SC-ST光跳線從光電轉換器的端口拔下，將ST頭插入OTDR的測試端口，然后將連接另一臺光電轉換器的光跳線也拔下（注意在進行OTDR測試時，一定要使光纖跳線脫離光電轉換器的端口，否則會損傷OTDR的測試端口），開始對光纜進行測試，測試速度很快，大約10秒，結果出來了，顯示屏看到整條光纖鏈路長867米，兩段各有5米光纖跳線，中間的光纜長度為857米，兩端各有一光纖耦合器用于連接跳線和光纜。在1300nm波長上出現(xiàn)問題，5米左右的位置出現(xiàn)衰減，而且衰減值為-4.8dB,大大超過-2.0dB的極限值，問題終于找到了，但是到底是光纖跳線接頭的問題還是耦合器的問題呢？于是我將這端的ST-SC光纖跳線從耦合器上拔下，用光纖聽診器與ST接頭相連，屏幕上立即顯示出它的圖像，可以清楚地看到其中有很多顆粒狀斑點，這說明接頭表面有很多灰塵,，我又測了SC光纖接頭，發(fā)現(xiàn)沒有斑點,一切正常。所以問題很可能就出現(xiàn)在ST接頭，我用光纖清潔劑將光纖接頭清洗一遍，稍等幾分鐘，等完全干燥后將它重新插回耦合器