干货丨OTDR使用全攻略/大全

经典干货，不容错过...

1 光纤的基本知识

1.1 光纤的结构

光纤由纤芯和包层组成。

纤芯的折射率高于包层的折射率(通过对光纤掺杂杂质，光纤的折射率改变了) 。

1.2 光纤的类型

1.3 玻璃的分子结构

纯净玻璃 = Si O2

不纯玻璃不完整的分子结构, 掺杂有杂质, 有氢氧根结合等.

1.4 光纤材料的纯度如何？

如果使光衰减50％，不同的玻璃对比如下：

1.5 发光功率、损耗及衰减对比

1.6 衰减增益

1.7 光纤耦合: 光纤连接及光纤熔接

1.8 光纤耦合: 连接损伤

2 OTDR基本原理

OTDR全称为光时域反射仪(Optical Time Domain Reflectometer)，将窄的光脉冲注入光纤端面作为探测信号。在光脉冲沿着光纤传播时，各处瑞利散射的背向散射部分将不断返回光纤入射端，当光信号遇到裂纹时，就会产生菲涅尔反射，其背向反射光也会返回光纤入射端。

基本动态原理图如下：



光在光纤中传播时会发生瑞利散射（Rayleigh backscattering）以及菲涅尔反射（Fresnel reflection），OTDR就是利用了光这一特点，采集光脉冲的在通路中的背向散射及反射而制成的高科技、高精密的光电一体化仪表。

OTDR工作原理框图：



通过合适的光耦合和高速响应的光电检测器检测到输入端的背向光的大小和到达时间，就能定量的测量出光纤的传输特性、长度及故障点等。



在OTDR光纤测试中经常用到的几个基本术语为背向散射、非反射事件、反射事件和光纤尾端。



（1）背向散射（Backscatter）





光纤中的光功率绝大部分为前向传播,但有很少部分朝发光器背向散射。

（2）非反射事件

光纤中的熔接头和微弯都会带来损耗，但不会引起反射。由于它们的反射较小，我们称之为非反射事件。

（3）反射事件

活动连接器、机械接头和光纤中的断裂点都会引起损耗和反射，我们把这种反射幅度较大的事件称之为反射事件。

（4）光纤末端

第一种情况为一个反射幅度较高的菲涅尔反射。

第二种情况光纤末端显示的曲线从背向反射电平简单地降到OTDR噪声电平以下。

3 OTDR用途

●测试光纤曲线及损耗分布

●测试光纤长度

●测试光纤平均衰减

●测试接头损耗

●测试光纤故障点

OTDR测试方法



光纤长度测量



光纤衰减测量





衰减＝链路损耗/长度 dB/km

两种评价方法：

两点衰减：即为《两点损耗/长度》；（A－B）

两点LSA衰减：为降低曲线波动性影响，而采取的数学分析方法。在两点间取一条近似逼近直线。（A’－B’）

插入损耗测量





连接点的损耗值，对应熔接点即为熔接损耗。

连接器反射测量

评价连接器的连接质量



故障位置查找

4 OTDR参数设置

用OTDR进行光纤测量可分为三步：参数设置、数据获取和曲线分析。

OTDR的性能参数一般包括：动态范围，盲区，距离精确度，回波损耗，反射损耗。

人工设置测量参数包括：

(1)波长选择(λ)：

因不同的波长对应不同的光线特性(包括衰减、微弯等)，测试波长一般遵循与系统传输通信波长相对应的原则，即系统开放1550波长，则测试波长为1550nm。

(2)脉宽(Pulse Width)： 

脉宽越长，动态测量范围越大，测量距离更长，但在OTDR曲线波形中产生盲区更大；短脉冲注入光平低，但可减小盲区。脉宽周期通常以ns来表示。

(3)测量范围(Range)： 

OTDR测量范围是指OTDR获取数据取样的最大距离，此参数的选择决定了取样分辨率的大小。最佳测量范围为待测光纤长度1.5～2倍距离之间。

(4)平均时间： 

由于后向散射光信号极其微弱，一般采用统计平均的方法来提高信噪比，平均时间越长，信噪比越高。例如，3min的获得取将比1min的获得取提高0.8dB的动态。但超过10min的获得取时间对信噪比的改善并不大。一般平均时间不超过3min。

(5)光纤参数： 

光纤参数的设置包括折射率n和后向散射系数n和后向散射系数η的设置。折射率参数与距离测量有关，后向散射系数则影响反射与回波损耗的测量结果。这两个参数通常由光纤生产厂家给出。

参数设置好后，OTDR即可发送光脉冲并接收由光纤链路散射和反射回来的光，对光电探测器的输出取样，得到OTDR曲线，对曲线进行分析即可了解光纤质量。

动态范围

① 定义：把初始背向散射电平与噪声电平的差值（dB）定义为动态范围。

② 动态范围的作用：动态范围可决定最大测量长度 。

③ 动态范围的表示方法：有峰-峰值（又称峰值动态范围）和信噪比（SNR＝1）两种表示方法。



④ 动态范围的应用

动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度。



⑤ 测量范围与动态范围的关系

初始背向散射电平与一定测量精度下的可识别事件点电平的最大衰减差值被定义为测量范围 。



盲区

① 定义

由活动连接器和机械接头等特征点产生反射（菲涅尔反射）后，引起OTDR接收端饱和而带来的一系列“盲点”称为盲区。

② 衰减盲区

衰减盲区是Fresnel反射之后，OTDR能在其中精确测量连续事件损耗的最小距离。所需的最小距离是从发生反射事件时开始，直到反射降低到光纤的背向散射级别的0.5dB

③ 事件盲区

事件盲区是Fresnel反射后OTDR可在其中检测到另一个事件的最小距离。换而言之，是两个反射事件之间所需的最小光纤长度。为了建立规格，最通用的业界方法是测量反射峰的每一侧-1.5dB处之间的距离



什么影响动态范围和盲区

动态范围取决于脉冲宽度和平均时间。

盲区取决于脉冲宽度和反射大小。

脉宽越大，动态范围越大，盲区也越大！

平均时间越长，动态范围越大，达到一定程度就无法再有改善。

反射越大，需要恢复的时间越长，因此盲区越大。

平均时间参数影响动态范围



脉宽怎样影响动态范围和盲区？





盲区和动态范围间的关系

盲区：决定OTDR横轴上事件的精确程度。

动态范围：决定OTDR纵轴上事件的损耗情况和可测光纤的最大距离。

影响动态范围和盲区的因素：

a．脉宽的影响

b．平均时间对动态范围的影响

c．反射对盲区的影响





距离精度

距离精度是指测试长度时仪表的准确度（又叫一点分辨率）。

OTDR的距离精度与仪表的采样间隔、时钟精度、光纤折射率、光缆的成缆因素和仪表的测试误差有关。

影响距离精度的因素

抽样间隔：间隔越大，影响越大。因此要求最小抽样间隔越小越好。

折射率：是工厂应该出具的固定参数。

绞缩率：光纤长度与光缆长度的比例。有助于实地勘查故障位置。经验为两者相差5％～10％左右。

5 经验与技巧 

(1)光纤质量的简单判别： 

正常情况下，OTDR测试的光线曲线主体(单盘或几盘光缆)斜率基本一致，若某一段斜率较大，则表明此段衰减较大；若曲线主体为不规则形状，斜率起伏较大，弯曲或呈弧状，则表明光纤质量严重劣化，不符合通信要求。

(2)波长的选择和单双向测试： 

1550波长测试距离更远，1550nm比1310nm光纤对弯曲更敏感，1550nm比1310nm单位长度衰减更小、1310nm比1550nm测的熔接或连接器损耗更高。在实际的光缆维护工作中一般对两种波长都进行测试、比较。对于正增益现象和超过距离线路均须进行双向测试分析计算，才能获得良好的测试结论。

(3)接头清洁：

光纤活接头接入OTDR前，必须认真清洗，包括OTDR的输出接头和被测活接头，否则插入损耗太大、测量不可靠、曲线多噪音甚至使测量不能进行，它还可能损坏OTDR。避免用酒精以外的其它清洗剂或折射率匹配液，因为它们可使光纤连接器内粘合剂溶解。

(4)折射率与散射系数的校正：

就光纤长度测量而言，折射系数每0.01的偏差会引起7m/km之多的误差，对于较长的光线段，应采用光缆制造商提供的折射率值。

(5)鬼影的识别与处理： 

在OTDR曲线上的尖峰有时是由于离入射端较近且强的反射引起的回音，这种尖峰被称之为鬼影。 识别鬼影：曲线上鬼影处未引起明显损耗；沿曲线鬼影与始端的距离是强反射事件与始端距离的倍数，成对称状。消除鬼影：选择短脉冲宽度、在强反射前端(如OTDR输出端)中增加衰减。若引起鬼影的事件位于光纤终结，可"打小弯"以衰减反射回始端的光。

(6)正增益现象处理：

在OTDR曲线上可能会产生正增益现象。正增益是由于在熔接点之后的光纤比熔接点之前的光纤产生更多的后向散光而形成的。事实上，光纤在这一熔接点上是熔接损耗的。常出现在不同模场直径或不同后向散射系数的光纤的熔接过程中，因此，需要在两个方向测量并对结果取平均作为该熔接损耗。在实际的光缆维护中，也可采用≤0.08dB即为合格的简单原则。

(7)附加光纤的使用： 

附加光纤是一段用于连接OTDR与待测光纤、长300～2000m的光纤，其主要作用为：前端盲区处理和终端连接器插入测量。

一般来说，OTDR与待测光纤间的连接器引起的盲区最大。在光纤实际测量中，在OTDR与待测光纤间加接一段过渡光纤，使前端盲区落在过渡光纤内，而待测光纤始端落在OTDR曲线的线性稳定区。光纤系统始端连接器插入损耗可通过OTDR加一段过渡光纤来测量。如要测量首、尾两端连接器的插入损耗，可在每端都加一过渡光纤。

6 事件与常见现象分析

事件：非反射事件



事件：反射事件



事件：光纤尾端



常见现象分析——伪增益



常见现象分析——鬼影现象



●通常在短链路测量时出现较多。

●所谓鬼影就是与事实不符的影像。有时原因较为复杂。

●常见的鬼影是由于连接器连续反射造成。

a＝b＝c，由于反射脉冲在首个连接器再次发生反射，对光纤进行了第二次探测，扫描的距离是原来的两倍





鬼影造成的另一个最大的障碍-无法找到结束点。

需要通过分析，手动判断结束点位置。

7 测试误差的主要因素

1)OTDR测试仪表存在的固有偏差

由OTDR的测试原理可知，它是按一定的周期向被测光纤发送光脉冲，再按一定的速率将来自光纤的背向散射信号抽样、量化、编码后，存储并显示出来。OTDR仪表本身由于抽样间隔而存在误差，这种固有偏差主要反映在距离分辩率上。OTDR的距离分辩率正比于抽样频率。

2)测试仪表操作不当产生的误差

在光缆故障定位测试时，OTDR仪表使用的正确性与障碍测试的准确性直接相关，仪表参数设定和准确性、仪表量程范围的选择不当或光标设置不准等都将导致测试结果的误差。

（1） 设定仪表的折射率偏差产生的误差

不同类型和厂家的光纤的折射率是不同的。使用OTDR测试光纤长度时，必须先进行仪表参数设定，折射率的设定就是其中之一。当几段光缆的折射率不同时可采用分段设置的方法，以减少因折射率设置误差而造成的测试误差。

（2） 量程范围选择不当

OTDR仪表测试距离分辩率为1米时，它是指图形放大到水平刻度为25米/格时才能实现。仪表设计是以光标每移动25步为1满格。在这种情况下，光标每移动一步，即表示移动1米的距离，所以读出分辩率为1米。如果水平刻度选择2公里/每格，则光标每移动一步，距离就会偏移80米。由此可见，测试时选择的量程范围越大，测试结果的偏差就越大。

（3） 脉冲宽度选择不当

在脉冲幅度相同的条件下，脉冲宽度越大，脉冲能量就越大，此时OTDR的动态范围也越大，相应盲区也就大。

（4） 平均化处理时间选择不当

OTDR测试曲线是将每次输出脉冲后的反射信号采样，并把多次采样做平均处理以消除一些随机事件，平均化时间越长，噪声电平越接近最小值，动态范围就越大。平均化时间越长，测试精度越高，但达到一定程度时精度不再提高。为了提高测试速度，缩短整体测试时间，一般测试时间可在0.5~3分钟内选择。

（5） 光标位置放置不当

光纤活动连接器、机械接头和光纤中的断裂都会引起损耗和反射，光纤末端的破裂端面由于末端端面的不规则性会产生各种菲涅尔反射峰或者不产生菲涅尔反射。如果光标设置不够准确，也会产生一定误差。

8 接头损耗的标准数值

光纤接续标准多年来一直是一个有争议的问题，部颁YDJ44-89《电信网光纤数字传输系统施工及验收暂行规定》简称《暂规》，对光纤接续损耗的测量方法做了规定，但没有规定明确的标准。原信产部郑州设计院在中国电信南九试验段以后的工程中提出了中继段单纤平均接续损耗0.08dB/个的设计标准，以后的干线工程均沿用。

ITU有关接续介入损耗的原文如下。"

本试验使用于一个竣工的光纤接头， 用以度量接头质量。

应按照IEC 1073-1进行试验。测量可在实验室或现场进行。实验室用剪回法较好，现场可用双向OTDR法。介入损耗的典型值可能随应用场合和（或）所用方法而变化。最小的接头损耗典型值≤0.1dB。在某些场合中，介入损耗典型值≤0.5dB是可能接受的。有许多熔接机和机械接续装置在制作接头后可以估算接头损耗值。 某些主管部门和私营运行机构在现场接续安装时采用这些估算值，并且在全部线路施工完成后，再用OTDR对线路全程进行复测。在现场安装时，也可用其它一些方法来估算接头损耗值， 例如采用夹上去的功率计和本地注入检测的方法。

（1）该建议是基于单纤接头损耗的可接受值≤0.5dB，平均值没有规定的情况下而言的。

从目前的熔接机情况看， 熔接机所显示的数据配合观察光纤接头断面情况， 能够粗略估计光纤接续点损耗的状况， 但不能精确到目前我国所要求的光纤接续损耗指标的数量级。我们认为，这些熔接机的设计目的和依据是基于ITU建议的。

（2）目前的熔接机接续是通过对光纤X轴和Y轴方向的错位调整，在轴心错位最小时进行熔接的，这种能调整轴心的方法称为纤芯直视法， 这种方法不同于功率检测法，现场是无法知道接头损耗确切数值的。但是在整个调整轴心和熔接接续过程中， 通过摄像机把探测到所熔接纤芯状态的信息送到熔接机的专用程序中，可以计算出接续后的损耗值。 但它只能说明光纤轴心对准的程度，并不含有光纤本身的固有特性所影响的损耗。而OTDR的测试方法是后向散射法，它包含有光纤参数的不同形成反射的损耗。

比较上述两种测试原理，两者有很大区别。通过实践证明，两种方法测出数据一致性也较差，通过最近几年对干线工程接续测试发现，很多情况下熔接机显示损耗很小（小于0.05dB）甚至为零，但OTDR测试则大于0.08dB，且没发现有对应的规律。

日本的接头损耗标准（NTT光缆施工验收规程）最小值小于0.9dB，无平均值要求，只有中继段总衰减要求，只要满足，就能开通设计要求的或将来要增加的设备，在接续操作方面则与ITU建议一致。美国、欧洲诸国也都采取了大致与ITU建议一致的做法。

事实上，影响光缆安全的主要是机械损伤，光纤接续损耗大一点并不会影响接续强度，因此我们时候在验收测试中发现,有些点数值确实偏大,大约有1%左右的接头回超标准,并且在多次接续后仍无法降低.在这种情况下,也是可以判断合格的.有的时候会按照中级段总衰减来要求,从而验收合格。

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