光時域反射計規(guī)范

JJG959—20011光時域反射計檢定規(guī)程1范圍本規(guī)程適用于光時域反射計(OTDR)的首次檢定和后續(xù)檢定。2術語2.1中心波長(λ中心)用nm表示的光源加權平均真空波長。對連續(xù)光譜,中心波長定義為λdλλ中心=(1)λdλ對分離光譜λ中心=(2)式中:Pλ—光源的譜功率密度;λi—分立波長;Pi—波長為λi激光模的功率。2.2參考距離(Dref)借助于準確度比OTDR高的計量標準或測量儀器確定的光纖特征點之間的距離(m)。2.3距離標尺系數(shù)(SL)OTDR平均顯示距離除以相應的參考距離SL=<r式中:Dotdr—OTDR測量參考距離的顯示平均值。2.4參考位置(Lref)借助于準確度比OTDR高的計量標準或測量儀器確定的OTDR前面板到光纖一個特征點之間的距離(m)。2.5位置偏差ΔL0OTDR測量參考位置特征點的顯示值減去參考位置(m)(近似等于OTDR輸出接頭在OTDR距離標尺的顯示位置。對一個理想的OTDR,此項應為零)。JJG959—20012ΔL0=Lotdr-Lref(4)式中:Lotdr—OTDR測量參考位置的顯示值。2.6參考損耗(Aref)借助于不直接利用OTDR功率標尺的方法精確標定的一個光纖元件的損耗(dB)。2.7損耗標尺系數(shù)(SA)顯示損耗與參考損耗之比(dB/dB):SA=(5)式中:Aotdr—被測OTDR測量參考損耗的測量值。2.8損耗標尺偏差(ΔSA)被測OTDR測量參考損耗的顯示值Aotdr與參考損耗Aref之差除以參考損耗(dB/dB):ΔSA=(6)2.9背向散射單程動態(tài)范圍使得背向散射信號等于噪聲水平的衰減量。它可以用標準的IEC793-1B型光纖測試,用背向散射曲線外推與功率軸的交點與噪聲水平之間的功率差來代表(信噪比S/N=1)。2.10“衰減盲區(qū)”長度在一個反射或衰減事件之后的區(qū)域。這個區(qū)域的始端為事件前沿上升點,末端為OTDR顯示的軌跡偏離未被干擾的背景軌跡超過一個給定的縱坐標ΔF(dB),其在橫坐標(距離)上的投影長度即為“衰減盲區(qū)”長度。2.11“事件盲區(qū)”長度對于一個特定的反射回損,反射跡線上低于反射峰值點1.5dB的兩個點之間的距離為“事件盲區(qū)”。它在橫坐標(距離)上的投影為“事件盲區(qū)”長度。3概述光時域反射計(OpticalTimeDomainReflectometer)發(fā)出光脈沖單端注入被測光纖,通過接收光纖的瑞利背向散射光和菲涅爾反射光,以得到光纖的損耗和長度信息。光時域反射計是用于測量單?；蚨嗄９饫w的損耗、損耗分布情況及光纖長度和故障點位置的測量儀器(以下簡稱儀器)。儀器的工作原理如圖1所示。光時域反射計(OTDR)的光源(LD)發(fā)出光脈沖,經(jīng)耦合器注入被測光纖。光電接收器接收到的瑞利背向散射和菲涅爾反射信號是一列按時間順序分布的光強度信號,每個時刻的信號強度對應著相應的光纖位置的瑞利背向散射或菲涅爾反射強度。接收器將光信號轉換成電信號,交將其送到信號處理系統(tǒng)和計算機,進行處理和運算。顯示器顯示出沿光纖整個路段返回的光強度的分布。34計量性能要求4.1輸出光中心波長1310nm窗口：(1310±20)nm;1550nm窗口：(1550±20)nm;或按送檢儀器技術說明書要求。4.2距離測量擴展不確定度4.3損耗測量擴展不確定度4.4位置偏差4.5動態(tài)范圍4.6“衰減盲區(qū)”長度4.7“事件盲區(qū)”長度4.2～4.7按送檢儀器技術說明書要求。5通用技術要求受檢儀器應具有標牌，標明儀器的名稱、型號、制造廠名、出廠編號、MC標志及插件的序列號。5.2技術資料附有生產(chǎn)廠家提供的載有上述計量性能的技術說明書、產(chǎn)品合格證書及有關附件。JJG959—20014已檢儀器應附有上一次的檢定證書。5.3外觀受檢儀器外觀不能有影響工作性能的機械損傷。5.4功能鍵受檢儀器各種開關、按鍵的標志清楚。開關、按鍵等接觸良好,工作正常。屏幕顯示清晰。6計量器具控制6.1首次檢定和后續(xù)檢定首次檢定和后續(xù)檢定的計量性能和技術要求應符合本規(guī)程4.1~4.7和5.1~5.4的要求。6.2檢定條件6.2.1測量標準器6.2.1.1長度標準光纖光纖光學長度檢定擴展不確定度:U=(0.2+1.5×10-5L)m。6.2.1.2損耗標準光纖或模擬接頭光纖損耗檢定擴展不確定度:1310nmU=0.03dB/dB;1550nmU=0.03dB/dB。6.2.2檢定用其它設備6.2.2.1波長計或光譜分析儀中心波長測量擴展不確定度:1310nmU=2.0nm;1550nmU=2.0nm。波長分辨力:優(yōu)于0.5nm。6.2.2.2時間合成器合成時間范圍:0ns~3ms,可隨意調(diào)整,分辨力優(yōu)于100ps;輸出脈沖寬度:(1~10)μs,可調(diào)整;輸出脈沖幅度:50Ω阻抗,(0.5~5)V可調(diào)整,正負極性可選擇;抖動:不超過200psrms;時基擴展不確定度:優(yōu)于1×10-7t(t為選擇的合成時間);總擴展不確定度:優(yōu)于1.5ns加上時基擴展不確定度。6.2.2.3光衰減器可變衰減器:一臺,范圍60dB;已校準的高重復性衰減器:一臺,(1~4)dB,分辨力優(yōu)于0.001dB,重復性優(yōu)于JJG959—200150.01dB;波長范圍:1310nm和1550nm窗口;插入損耗:<2.5dB;后向反射損耗:>45dB;衰減擴展不確定度:優(yōu)于0.1dB;以上各項包含因子k=2;最大允許輸入光功率:>200mW。6.2.2.4光耦合器Y型50∶50耦合器兩只,Y型10∶90耦合器一只。波長范圍:1310nm和1550nm窗口;總插入損耗<0.3dB,單路插入損耗譜已知,后向反射損耗>50dB。6.2.2.5光電轉換器(O/E)波長范圍:1310nm和1550nm窗口。帶寬DC~200MHz或更高,變換增益及輸出阻抗應符合時間合成器對外觸發(fā)信號的要求。6.2.2.6電光轉換器(E/O)F-P型激光器,波長范圍(1310±10)nm;(1550±10)nm。帶寬DC~100MHz或更高。外調(diào)制后輸出光脈沖幅度變化標準偏差σ<0.04dB。6.3檢定項目和檢定方法6.3.1檢定項目一覽表(表1)表1序號檢定類別首次檢定后續(xù)檢定1外觀+ 2輸出光中心波長++3距離標尺系數(shù)++4位置偏差++5距離特性++6損耗標尺系數(shù)++6檢定項目首次檢定后續(xù)檢定7十十8單程背向散射動態(tài)范圍9“衰減盲區(qū)”長度“事件盲區(qū)”長度注：“+”表示應檢定項目；“—”表示任選檢定項目。6.3.2外觀用目力觀測，手感實驗，符合5.1,5.3和5.4的要求。6.3.3輸出光中心波長6.3.3.1檢定設備a)光譜分析儀或波長計b)可變衰減器6.3.3.2檢定方法a)按圖2連接檢定裝置。b)受檢儀器發(fā)出的光，經(jīng)過可變光衰減器，使光功率在光譜分析儀或波長計的測量范圍內(nèi)。讀出光脈沖中心波長值。c)將讀出的中心波長值填入表A.1,應符合4.1要求。6.3.4距離參數(shù)6.3.4.1距離標尺系數(shù)a)檢定設備經(jīng)過校準的標準光纖循環(huán)延遲線。包括3段光纖和一個高質(zhì)量寬波長范圍的2×27顯示功率耦合器，按圖3熔接制成。其中引導光纖(圖3)的長度L顯示功率長度La,Lb應進行校準，其擴展不確定度應優(yōu)于U=0.2(m)+1.5×10-5L(m),引導光纖長度L,1)按圖4將標準光纖循環(huán)延遲線接入受檢光時域反射計。2)循環(huán)延遲線產(chǎn)生一系列反射特征點，顯示在受檢光時域反射計的顯示屏上，即逐次的反射產(chǎn)生了如圖5所示的“梳狀”曲線。JJG959—20018圖5中,0號峰代表OTDR輸出接頭的反射。1號峰是光脈沖通過光纖1、耦合器和光纖2,并在光纖2遠端反射,再沿原路返回到OTDR。2號峰一部分是光脈沖通過一次環(huán)路,經(jīng)耦合器到光纖2遠端反射,再經(jīng)耦合器、光纖1回到OTDR;另一部分是光脈沖通過光纖1、耦合器和光纖2,并從光纖2遠端反射后,經(jīng)耦合器并通過環(huán)路一次,再經(jīng)耦合器、光纖1回到OTDR。這兩部分光雖然走過的路徑不同,但光程完全相等。其余的依此類推,只是光脈沖通過環(huán)路的次數(shù)不同。從1號峰起,每兩個相鄰的峰的間隔都是Lb/2,即環(huán)路的長度的一半。用數(shù)學表達式描述上述過程,即1號峰位置:Lotdr0=La;2號峰位置:Lotdr1=La+;3號峰位置:Lotdr2=La+Lb;i號峰位置:Lotdri=La+Lb。式中:La—光纖循環(huán)延遲線引導光纖段長度;Lb—光纖環(huán)長度。3)將儀器調(diào)整到正常測量狀態(tài)。設定被測OTDR群折射率nG=1.4600。4)根據(jù)標準光纖循環(huán)延線反射峰的位置和損耗,選擇OTDR的設置(如測量范圍/分辨率、脈沖寬度、平均時間、縮放功能等),以便最大程度發(fā)揮被檢OTDR檢定后的測量準確度。在受檢儀器的顯示屏上得到如圖5示的“梳狀”反射曲線。依次讀取第i個峰上升沿的位置并填入表A.2,每點測量次數(shù)不小于2次。直到在接近OTDR測量動態(tài)范圍的末端測得Ln,繼續(xù)測量時,由于信噪比(S/N)下降使得測量第L(n+1)個反射峰的定位重復性大于選取的相應讀數(shù)分辨率。根據(jù)式(3)和(4)得到Dotdri=SLDrefi+ΔL0(7)式中:ΔL0—位置偏差。利用(7)式對表A.2測量數(shù)據(jù)進行最小二乘法(LSA)擬合,得到SL。受檢儀器對距離的測量值應按下式進行修正:D=rc)檢定結果擴展不確定度UL=2(8)式中:us—標準光纖檢定的標準不確定度;ut—溫度引起標準光纖的長度變化的標準不確定度;uD—讀數(shù)誤差引起的標準不確定度;9uRL—OTDR測量標準光纖長度的重復性引起的標準不確定度。包含因子k=2。6.3.4.2位置偏差a)檢定設備位置標準光纖。標準光纖長1~3km?？梢杂?.3.4.1之a(chǎn))光纖循環(huán)延遲線的引導光纖La(圖3)作為位置標準光纖。標準光纖的長度值應進行校準。b)檢定方法1)將儀器調(diào)整到正常測量狀態(tài)。設定被測OTDR群折射率nG=1.4600。2)將標準光纖連接到被檢OTDR上。根據(jù)標準光纖遠端反射峰在被檢OTDR顯示上的位置和損耗,選擇OTDR的設置(如測量范圍/分辨力、脈沖寬度、平均時間、縮放功能等)以便最大程度發(fā)揮被檢OTDR檢定后的測量準確度。3)讀取標準光纖遠端反射峰上升沿的位置,測量次數(shù)不小于3次。4)計算測量平均值,代入(4)式得到位置偏差ΔL0。c)檢定結果擴展不確定度UL=2(9)式中:us—標準光纖檢定的標準不確定度;ut—溫度引起標準光纖的長度變化的標準不確定度;uD—讀數(shù)誤差引起的標準不確定度;uRL—OTDR測量標準光纖長度的重復性引起的標準不確定度。包含因子k=2。6.3.4.3距離特性a)檢定設備1)時間合成器(或數(shù)字延遲發(fā)生器)2)Y型1∶1光耦合器3)光電變換器(O/E)4)電光變換器(E/O)5)光衰減器b)檢定方法:外光源法1)按圖6連接檢定裝置。2)使時間合成器處于外觸發(fā)狀態(tài),并使其輸出寬度≥3μm的電脈沖,其幅度與極性滿足6.2.2.6的要求。3)選擇延遲時間值ti,使OTDR上出現(xiàn)的模擬反射光脈沖分別出現(xiàn)在量程的近端、中間和遠端,對應的標準距離值為:Lrefi=c(ti+t0)/2n(10)式中:ti—時間合成器的延遲時間;O/EE1時間合成器F4c——真空中光速；n——受檢OTDR設定的光纖群折射率值。本規(guī)程用1.4600(有特殊要求除外);t?——檢定裝置已檢定的固有插入延遲時間。4)記錄下模擬反射光脈沖在OTDR上出現(xiàn)的位置Loun,計算對應各點的示值誤差值，并填入表A.3?！鱈;=Lodr;—LrefLodr:——受檢光時域反射計對模擬標準光纖長度的測量值。5)選擇時間合成器的延遲時間值t;,使OTDR上模擬反射光脈沖在近端盲區(qū)之外至量程遠端均勻出現(xiàn)，且相鄰距離為隨機值(m≥25),用最小二乘法擬合出OTDR的零點定位誤差和距離刻度誤差?！鱈?=Lodr—Lrefc)檢定結果的擴展不確定度OTDR位置檢定擴展不確定度為式中：u(t)——延遲時間t標準不確定度；u(t?)——系統(tǒng)插入延遲測量標準不確定度；ugi(L)——OTDR分辨力引入的標準不確定度。包含因子k=2。6.3.5損耗參數(shù)6.3.5.1損耗標尺系數(shù)a)檢定設備1)損耗標準光纖或模擬損耗接頭。標準光纖的長度應大于8km。標準光纖或模擬接頭損耗值應進行校準，其擴展不確定度應優(yōu)于U=0.03dB/dB,包含因子k=2。2)引導光纖3)可變衰減器b)檢定方法1)按圖7連接檢定裝置。損耗標準光纖或模擬損耗接頭的損耗檢定值是已知的。調(diào)節(jié)可變衰減器，以模擬不同的功率電平。對應于不同的功率電平，用受檢光時域反射計測出相應的損耗值，由公式(5)計算得到損耗標尺系數(shù)。2)將儀器調(diào)整到正常測量狀態(tài)，設定被測OTDR群折射率nc=1.4600。設置衰減器衰減量為0dB。3)根據(jù)標準光纖測量段或模擬接頭的損耗量值和位置，選取被測OTDR的設置(如測量范圍、脈沖寬度、平均時間、LSA等)以便最大程度地發(fā)揮被測OTDR經(jīng)檢定后的測量準確度。4)用跳線連接被測OTDR的光輸出端和標準光纖或模擬接頭的指定輸入端。對標準光纖法：移動OTDR的光標A,使A遠離標準光纖前端菲涅爾反射產(chǎn)生的反射峰(使得實際背向散射曲線和背向散射曲線的直線部分向前方向的直線外延線之間的差足夠小);移動光標B,使AB之間光纖的損耗約等于0.5～1dB。在被測OTDR上讀取A,B間光纖段的衰減Ao?(dB/km)。對模擬接頭法：利用被測OTDR測量模擬接頭損耗A??(dB/km)。調(diào)整衰減器，使測量功率水平下降△S=1～1.5dB,重復上述測量。5)對應于每一個功率電平，測量損耗標準光纖或模擬損耗接頭的損耗值，并將測量結果填入表A.4。直到衰減器引入損耗n△S,使得OTDR顯示的標準光纖段或模擬接頭背向散射曲線的噪聲大于OTDR測量損耗的分辨力(此時OTDR測量損耗/衰減的重復性明顯下降)。將表A.4中每個功率電平下對損耗標準光纖或模擬損耗接頭的測量平均值代入公式(5),即可以得到相應的損耗標尺系數(shù)。受檢儀器對損耗的測量值應按下式進行修正：c)檢定結果擴展不確定度U?=2√uG+uó+udn+u式中：us——損耗標準光纖或模擬損耗接頭檢定的標準不確定度ux——溫度引起的損耗標準光纖或模擬接頭損耗變化帶來的標準不確定度；u?g—OTDR測量損耗標準光纖或模擬損耗接頭損耗值的重復性引起的標準不確定度；ux——OTDR光波長誤差引入的標準不確定度。包含因子k=2。6.3.5.2損耗特性a)檢定設備同6.3.4.3a),另增加一臺已檢定過衰減值(1～4)dB的標準光衰減器。b)檢定方法用外光源法檢定損耗特性。通過對受檢光時域反射計的檢定，可以得OTDR損耗標尺偏差。1)按圖8連接檢定裝置。2)衰減器1為某一衰減值(1～4)dB已檢定的標準衰減器，用來模擬一固定標準衰減值。3)設置時間合成器使其輸出極性、幅度適當、寬度為(5～10)μs的脈沖信號。調(diào)整衰減器2的衰減值及時間合成器的延遲時間，在用戶常用的功率與位置區(qū)域進行測量。4)把衰減器1置于0dB擋，OTDR平均足夠長時間，獲得滿意的信噪比之后，讀出此時OTDR上模擬背向散射信號的相對功率電平。再把標準衰減器置于已檢定的衰減值Af,讀出此時模擬背向散射信號的相對功率電平，計算OTDR在當前狀態(tài)下的損耗顯示值Aodrc5)改變衰減器2的衰減值，以(1～2)dB步進。重復上述測量步驟。此項檢定在OTDR的線性區(qū)內(nèi)進行。利用(6)式進行計算并將測量結果填入表A.5。c)檢定擴展不確定度式中：u(A?)——標準衰減器檢定的標準擴展不確定度；u(A)——衰減測量標準擴展不確定度；ugt(A)——OTDR分辨力引入的標準擴展不確定度。包含因子k=2。6.3.6單程背向散射動態(tài)范圍的檢定6.3.6.1檢定設備b)可變衰減器6.3.6.2檢定方法a)按圖9連接檢定裝置。b)打開受檢儀器，使其正常工作。測量光纖鏈(光纖1,可變衰減器和光纖2)的回波曲線。c)設定好平均次數(shù)或平均時間。d)改變可變衰減器衰減量，使光纖鏈尾端背向散射電平等于噪聲峰值電平。如圖10所示。根據(jù)定義，動態(tài)范圍是指使背向散射信號等于噪聲水平的衰減量。將背向散射信號曲線外推與功率軸相交，交點為A。噪聲水平與功率軸交于點A'。則A點與A'點的功率差值即為單程背向散射動態(tài)范圍。(S/N=1)。e)改變輸出光脈沖寬度，可以得到不同脈沖寬度時的單程背向散射動態(tài)范圍，將測量結果填入表A.6。應符合4.5條的要求。6.3.7“衰減盲區(qū)”長度6.3.7.1檢定設備b)Y型耦合器：1:1c)可變衰減器位置L(km)6.3.7.2檢定方法a)按圖11連接檢定裝置。OTDR發(fā)出的光脈沖通過耦合器后分成兩路，一路是沿光纖傳輸?shù)墓猱a(chǎn)生的背向散射信號，另一路通過可變衰減器，其衰減值模擬了回損特性。兩路光通過耦合器返回光時域反射計，形成了一個仿真反射事件。如果整個光纖環(huán)路的長度為L,則仿真事件出現(xiàn)在,在此點沒有任何附加損耗(如圖12所示)。根據(jù)定義，從圖12就能得出“衰減盲區(qū)”長度。b)將儀器調(diào)整到正常測量狀態(tài)，獲得平滑的跡線。根據(jù)定義，“衰減盲區(qū)”是一個反射或衰減事件之后的區(qū)域，在此區(qū)域中，OTDR顯示的軌跡偏差離未被干擾的背景軌跡超過一個給定的縱坐標距離△F(見圖12)。在圖12的跡線上找出△F值，即可得到長度(AB)?！鱂=0.5dB。c)改變輸出光脈沖寬度，可以得到不同光脈沖寬度下的“衰減盲區(qū)”長度值，將其值填入表A.7。應符合4.6要求。a)按圖11連接檢定裝置如前所述，受檢光時域反射計發(fā)出的光脈沖經(jīng)圖11所示檢定裝置形成了一個仿真反射事件，如圖13所示。根據(jù)定義可以從圖13得到“事件盲區(qū)”長度。b)將儀器調(diào)整到正常測量狀態(tài)，獲得平滑的軌跡線。JJG959—200116c)根據(jù)定義,“事件盲區(qū)”是對于一個特定的反射回損,反射信號跡線上低于反射峰值點1.5dB的兩個點之間的距離。在圖13的反射信號跡線上找出低于反射峰值1.5dB的兩個點C、D,C、D兩點對應的位置距離C′D′即是“事件盲區(qū)”長度。d)改變輸出光脈沖寬度,可以得到不同光脈沖寬度下的“事件盲區(qū)”長度,將其值填入表A.7。應符合4.7要求。6.4檢定結果的處理檢定合格的光時域反射計(OTDR),發(fā)給檢定證書。檢定不合格的光時反射計(OTDR),發(fā)給“檢定結果通知書”,并注明不合格項目和內(nèi)容