通信光纜工程(PPT)第6章

1、第6章 光 纜 的 測(cè) 試 6.1 光纜線(xiàn)路測(cè)試類(lèi)型及測(cè)試項(xiàng)目6.2 光纖衰減的測(cè)量6.3 光纖長(zhǎng)度的測(cè)量 6.4 光 纜 工 程 測(cè) 試6.1 光纜線(xiàn)路測(cè)試類(lèi)型及測(cè)試項(xiàng)目6.1.1 測(cè)試類(lèi)型1光纜線(xiàn)路工程測(cè)試光纜線(xiàn)路工程測(cè)試是指在工程建設(shè)階段，對(duì)單盤(pán)光纜和中繼段光纜進(jìn)行的性能指標(biāo)檢測(cè)。 （1）單盤(pán)測(cè)試單盤(pán)測(cè)試是單盤(pán)檢驗(yàn)的組成部分。單盤(pán)測(cè)試是對(duì)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的光纜傳輸、技術(shù)特性進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定運(yùn)輸?shù)椒滞忘c(diǎn)上的光纜是否達(dá)到設(shè)計(jì)文件的要求。 （2）竣工測(cè)試（中繼段測(cè)試）光纜線(xiàn)路工程竣工測(cè)試又稱(chēng)光纜的中繼段測(cè)試，這是光纜線(xiàn)路施工過(guò)程中較為關(guān)鍵的一項(xiàng)工序?？⒐y(cè)試是從光電特性方面全面地測(cè)量、檢查線(xiàn)路的傳輸

2、指標(biāo)。 竣工測(cè)試還應(yīng)包括光纜線(xiàn)路工程的竣工驗(yàn)收。 2光纜線(xiàn)路維護(hù)測(cè)試通過(guò)對(duì)光纜線(xiàn)路的光電特性測(cè)試，可以了解光纜的工作狀態(tài)，掌握光纜線(xiàn)路實(shí)際運(yùn)行狀況，正確判斷可能發(fā)生障礙的位置和時(shí)間，為光纜線(xiàn)路提供可靠的技術(shù)資料。6.1.2 測(cè)試項(xiàng)目1工程測(cè)試項(xiàng)目2維護(hù)測(cè)試項(xiàng)目6.2 光纖衰減的測(cè)量6.2.1 光纖衰減的概念衰減是光纖中光功率減少的一種度量，它取決于光纖的工作（波長(zhǎng)）類(lèi)型和長(zhǎng)度，并受測(cè)量條件的影響。在波長(zhǎng)l處，一段光纖上相距距離為L(zhǎng)的兩個(gè)橫截面1和2之間的衰減A(l)定義為通常，對(duì)于均勻光纖來(lái)說(shuō)，可用單位長(zhǎng)度的衰減，即衰減系數(shù)反映光纖衰減性能的好壞。衰減系數(shù)a(l)定義為a(l)A(l)/L (

3、dB/km) 6.2.2 光纖衰減的測(cè)量方法常用的光纖衰減測(cè)量方法有截?cái)喾?、后向散射法和插入損耗法。1截?cái)喾ǎ?）測(cè)量原理在不改變注入條件下，分別測(cè)出通過(guò)光纖兩個(gè)點(diǎn)的光功率P1和P2，再按定義計(jì)算出光纖的衰減系數(shù)a。 （2）測(cè)量裝置及各部分作用 圖6.1 截?cái)喾y(cè)量衰減的測(cè)量裝置 圖6.2 截?cái)喾y(cè)量衰減譜的測(cè)量裝置 光源 調(diào)制 濾模器 注入系統(tǒng)a單模光纖注入條件b多模光纖注入條件 濾模器 圖6.3 采用濾模器的衰減測(cè)量注入裝置 幾何光學(xué)注入 圖6.4 空間狀態(tài)限制衰減測(cè)量的幾何注入裝置 包層模剝除器。包層模剝除器促使包層轉(zhuǎn)換成輻射模，從而使包層模從光纖中被剝除。 光探測(cè)器。 （3）測(cè)量方法2

4、后向散射法（1）測(cè)量原理后向散射法是測(cè)量光纖衰減的第一替代法。它基于能從光纖中雙向后向散射光信號(hào)提取光纖衰減或衰減系數(shù)、光纖長(zhǎng)度、衰減均勻性、點(diǎn)不連續(xù)性、光學(xué)連續(xù)性、物理缺陷和接頭損耗等信息。 經(jīng)過(guò)往返兩次衰減的值，所以曲線(xiàn)斜率為常數(shù)的AB段光纖的衰減為 A(l)AB = 0.5(PAPB) (dB)a(l) = A(l)AB/LAB (dB/km) 圖6.5 后向散射法測(cè)得的衰減曲線(xiàn) AB間的長(zhǎng)度（距離）為（2）測(cè)量裝置及各部分作用后向散射法所用的裝置就是光時(shí)域反射計(jì)OTDR組成如圖6.6所示。 圖6.6 OTDR的組成方框圖 （3）測(cè)量方法圖6.7 OTDR衰減曲線(xiàn) 3插入損耗法（1）測(cè)量

5、原理測(cè)量原理類(lèi)似于截?cái)喾?，只不過(guò)插入損耗法用帶活接頭的連接軟線(xiàn)代替短光纖進(jìn)行參考測(cè)量，計(jì)算在預(yù)先相互連接的注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間（參考條件）因插入被測(cè)光纖引起的功率損耗。 插入損耗法有兩個(gè)可供選擇的參考條件下的測(cè)量原理方案，如圖6.8所示。 圖6.8 典型的插入損耗法測(cè)試裝置 （2）測(cè)量裝置及各部分的作用（3）測(cè)量方法 方案1：被測(cè)光纖段的總衰減可按下式計(jì)算。 式中：Cr，C1，C2分別是在參考條件下，被測(cè)光纖輸入端和輸出端連接器的標(biāo)稱(chēng)平均損耗（dB）。 - 方案2：被測(cè)光纖段的總衰減計(jì)算式如下。4.“4P”法測(cè)接頭損耗圖6.9 光纖連接損耗測(cè)量（“四功率值”法） 永久性連接的附加損耗為-6.

6、3 光纖長(zhǎng)度的測(cè)量 6.3.1 傳輸脈沖時(shí)延法設(shè)光脈沖經(jīng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)(m)，平均折射率為n的光纖傳輸后，其傳輸時(shí)延Dt為DtnL/c (s) 式中，c為真空中光速（3108m/s），此式可改寫(xiě)為L(zhǎng)cDt/n (m) 圖6.10 傳輸脈沖時(shí)延測(cè)量光纖長(zhǎng)度可見(jiàn)，只要測(cè)得Dt，便能求得已知n值的光纖的長(zhǎng)度，這就是傳輸脈沖時(shí)延法的原理。 6.3.2 反射脈沖時(shí)延法光纖長(zhǎng)度便可由下式求得Lc2t/2n 圖6.11 反射脈沖時(shí)延測(cè)量光纖長(zhǎng)度 6.4 光 纜 工 程 測(cè) 試6.4.1 中繼段測(cè)試（竣工測(cè)試）1光纜線(xiàn)路衰減測(cè)試（1）光纜線(xiàn)路衰減定義可將一個(gè)單元光纜段中的總衰減定義為式中：an為中繼段中第n根光纖的

7、衰減系數(shù)（dB/km）；Ln為中繼段中第n根光纖的長(zhǎng)度（km）；as為固定接頭的平均損耗（dB）；X為中繼段中固定接頭的數(shù)量；ac為連接器的平均插入損耗（dB）；Y為中繼段中連接器的數(shù)量（光發(fā)送機(jī)至光接收機(jī)數(shù)字配線(xiàn)架（ODF）間的活接頭）。 圖6.12 中繼段光纖線(xiàn)路損耗構(gòu)成示意圖 （2）測(cè)量方法有插入法和后向散射法。 插入法核心網(wǎng)光纜線(xiàn)路，應(yīng)采用插入法測(cè)量。從中繼段光纜線(xiàn)路衰減要求在帶已成端的連接插件狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量來(lái)說(shuō)，插入法是唯一能夠反映帶連接插件線(xiàn)路衰減的方法。插入法可以采用光纖衰減測(cè)試儀（分多模和單模），也可以用光源和功率計(jì)進(jìn)行測(cè)量。插入法的測(cè)量偏差，主要來(lái)自?xún)x表本身以及被測(cè)線(xiàn)路連接器

8、插件的質(zhì)量，如某個(gè)長(zhǎng)途光纜工程，據(jù)3個(gè)中繼段光纜線(xiàn)路的衰減測(cè)量統(tǒng)計(jì)，平均偏差為0.3dB。 后向散射法后向散射法雖然也可以測(cè)量帶連接插件的光纜線(xiàn)路衰減，但由于一般的OTDR儀都有盲區(qū)，使近端光纖連接器插入損耗、成端連接點(diǎn)接頭損耗無(wú)法反映在測(cè)量值中；同樣對(duì)成端的連接器尾纖的連接損耗由于離尾部太近也無(wú)法定量顯示。因此，用OTDR儀所得到的測(cè)量值實(shí)際上是未包括連接器在內(nèi)的光纜線(xiàn)路損耗。為了按光纜線(xiàn)路衰減的定義測(cè)量，可以通過(guò)假纖測(cè)量或采用對(duì)比性方法來(lái)檢查局內(nèi)成端質(zhì)量。（3）測(cè)量方法的選擇若偏差較大，則可用后向散射法作輔助測(cè)量。 2光纜線(xiàn)路衰減曲線(xiàn)測(cè)量（1）目的光纜線(xiàn)路衰減曲線(xiàn)測(cè)量指的是對(duì)光纜中光纖后向

9、散射曲線(xiàn)的測(cè)量。 （2）測(cè)量?jī)x器光纜線(xiàn)路衰減曲線(xiàn)測(cè)量?jī)x器采用的是光時(shí)域反向射儀，即OTDR儀。（3）衰減曲線(xiàn)要求 雙向測(cè)量 測(cè)量記錄 線(xiàn)路衰減測(cè)量結(jié)果的比較 光纜線(xiàn)路衰減的計(jì)算方法6.4.2 系統(tǒng)光性能參數(shù)測(cè)試1系統(tǒng)光性能參數(shù)主要是指光纜線(xiàn)路的衰減與色散、系統(tǒng)發(fā)送光功率、系統(tǒng)接收靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍及系統(tǒng)富裕度等。2中繼段衰減與色散的測(cè)試（1）色散的定義光纖中色散主要是指光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸后在光纖輸出端發(fā)生能量分散，導(dǎo)致傳輸信號(hào)畸變。 （2）色散的測(cè)量方法脈沖時(shí)延法 測(cè)量原理脈沖時(shí)延法是單模光纖色散測(cè)量的第二替代測(cè)量法。這種測(cè)量方法的測(cè)量原理是，使不同波長(zhǎng)的窄光脈沖分別通過(guò)已知長(zhǎng)度的受試光纖時(shí)，測(cè)

10、量不同波長(zhǎng)下產(chǎn)生的相對(duì)群時(shí)延，再由群時(shí)延差計(jì)算出被測(cè)光纖的色散系數(shù)。 測(cè)量裝置圖6.13 脈沖時(shí)延法的測(cè)量裝置 測(cè)試步驟a參考光纖的測(cè)量b被測(cè)光纖的測(cè)量單位長(zhǎng)度的群時(shí)延為T(mén) (l)Tout(li)Tin(li)/L （ps/km）式中：Tout(li)輸出脈沖時(shí)間差（ps）； Tin(li)輸入脈沖時(shí)間差（ps）； L減去參考光纖長(zhǎng)度后的被測(cè)光纖長(zhǎng)度（km）。（3）偏振模色散的定義偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，PMD）是指單模光纖中的兩個(gè)正交偏振模之間的差分群時(shí)延，它在數(shù)字系統(tǒng)中使脈沖展寬產(chǎn)生誤碼（尤其在WDM和DWDM系統(tǒng)中）。（4）PMD的測(cè)試方法干涉法 測(cè)量原理干涉法的測(cè)量原理是，當(dāng)光纖一端用寬帶光源照明時(shí)，在輸出端測(cè)量電磁場(chǎng)的自相關(guān)函數(shù)或互相關(guān)函數(shù)，從而確定PMD。 干涉法的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量速度非常快，測(cè)量設(shè)備體積小，特別適合于現(xiàn)場(chǎng)使用。 測(cè)量裝置圖6.14 光纖參考通道的Michelson干涉法的測(cè)量裝置 圖6.15 空氣參考通道的Michelson干涉儀法的測(cè)量裝置 圖6.16 空氣參考通道的Mach-Zehnder型干涉儀測(cè)量裝置 圖6.17是對(duì)弱偏振模耦合（上方）和強(qiáng)偏振模耦合（下方）光纖，分別用自相關(guān)型儀器（a，b）和互相關(guān)型儀器（c，d）測(cè)得的干涉條紋圖