施建平

（南寧鐵路局南寧通信段，高級(jí)工程師，廣西 南寧 530003）

光纖通信由于傳輸距離遠(yuǎn)、信息容量大且通信質(zhì)量高等特點(diǎn)而成為當(dāng)今信息傳輸?shù)闹饕侄?，是“信息高速公路”的基石。鐵路通信小到以站場(chǎng)或鐵路地區(qū)為單位的地區(qū)，大到覆蓋全國(guó)鐵路干線已大量依賴以光纖作為傳輸媒介而組成的通信網(wǎng)?；诠饫w的鐵路通信涵蓋于鐵路公務(wù)通信、鐵路專用通信、行車(chē)調(diào)度通信以及鐵路運(yùn)輸信息等，其重要性、安全性日益凸顯。光纖的運(yùn)用質(zhì)量及安全，以及一旦發(fā)生通信光纖因故障中斷如何迅速、準(zhǔn)確查找到故障點(diǎn)，搶修恢復(fù)通信，對(duì)于以光纖作為傳輸媒介而組成的鐵路通信網(wǎng)至關(guān)重要。

光纖測(cè)試技術(shù)是光纖應(yīng)用領(lǐng)域中最廣泛、最基本的一項(xiàng)專門(mén)技術(shù)。OTDR（光時(shí)域反射儀）是光纖測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中的主要儀表，基于OTDR的光纖測(cè)試具有時(shí)間短、速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛運(yùn)用于鐵路光纖通信故障測(cè)試、光纜線路的維護(hù)和施工中。為此，對(duì)OTDR用于鐵路光纖通信的測(cè)試進(jìn)行探討顯得十分必要。

1 OTDR的基本工作原理

OTDR是利用光脈沖在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射，而研制的高科技、高精密的光電一體化智能儀表。光源（LED或LD）在驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制下輸出光脈沖，經(jīng)過(guò)定向光耦合器和活動(dòng)連接器注入被測(cè)光纖，成為入射光脈沖。入射光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瑞利散射光和菲涅爾反射光，大部分瑞利散射光將折射入包層后衰減，其中與光脈沖傳播方向相反的背向瑞利散射光將會(huì)沿著光纖傳輸?shù)骄€路的進(jìn)光端口，經(jīng)定向耦合分路射向光電探測(cè)器，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)低噪聲放大和數(shù)字平均化處理，將處理過(guò)的電信號(hào)與從光源背面發(fā)射提取的觸發(fā)信號(hào)，同步掃描在顯示器上成為反射光脈沖，返回的有用信息由OTDR的探測(cè)器來(lái)測(cè)量及軟件處理。根據(jù)發(fā)射信號(hào)到返回信號(hào)所用的時(shí)間，再確定光在石英物質(zhì)中的速度，在相應(yīng)軟件支持下，就可以計(jì)算出距離（光纖長(zhǎng)度）L、衰減、接頭損耗等。

2 OTDR的測(cè)試參數(shù)選擇

利用OTDR進(jìn)行光纖線路的測(cè)試，一般有自動(dòng)和手動(dòng)2種方式。當(dāng)需要概覽整條線路的狀況時(shí)，采用自動(dòng)方式，只需要設(shè)置折射率、波長(zhǎng)最基本的參數(shù)，其他由儀表在測(cè)試中自動(dòng)設(shè)定。選擇自動(dòng)測(cè)試，整條曲線和事件表都會(huì)被顯示，測(cè)試時(shí)間短，速度快，操作簡(jiǎn)單，宜在查找故障的段落和部位時(shí)使用。手動(dòng)方式主要用于對(duì)測(cè)試曲線上的事件進(jìn)行詳細(xì)分析及故障準(zhǔn)確定位。一般通過(guò)變換、移動(dòng)游標(biāo)，放大曲線的某一段落等功能，提高測(cè)試的分辨率，增加測(cè)試的精度，對(duì)事件或故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，在光纖線路的實(shí)際測(cè)試中常被采用。因此，需要對(duì)5個(gè)主要的參數(shù)進(jìn)行正確選擇設(shè)置。

2.1 測(cè)試波長(zhǎng)選擇 在進(jìn)行光纖測(cè)試前，應(yīng)根據(jù)測(cè)試需要選擇測(cè)試波長(zhǎng)。單模光纖只選擇1 310 nm或1 550 nm。由于1 550 nm波長(zhǎng)對(duì)光纖彎曲損耗的影響比1 310 nm波長(zhǎng)敏感得多，因此不管是光纜線路施工還是光纜線路維護(hù)，使用OTDR對(duì)某條光纜或某光纖傳輸鏈路進(jìn)行全程光纖背向散射信號(hào)曲線測(cè)試，一般多選用1 550 nm波長(zhǎng)，更能反映光纜施工中的質(zhì)量（如有無(wú)盤(pán)留直徑過(guò)小、彎曲過(guò)度、外力擠壓、接頭熔接質(zhì)量等）。1 310 nm和1 550 nm波長(zhǎng)的測(cè)試曲線形狀是一樣的，測(cè)得的光纖接頭損耗值也基本一致。若在1 550 nm波長(zhǎng)測(cè)試沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，那么1 310 nm波長(zhǎng)測(cè)試也肯定沒(méi)問(wèn)題。選擇1 550 nm波長(zhǎng)測(cè)試，可以很容易發(fā)現(xiàn)光纖全程是否存在彎曲過(guò)度的情況。若發(fā)現(xiàn)曲線上某處有較大的損耗臺(tái)階，再用1 310 nm波長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。若在1 310 nm波長(zhǎng)下?lián)p耗臺(tái)階消失，說(shuō)明該處的確存在彎曲過(guò)度情況，需要進(jìn)一步查找并排除；若在1 310 nm波長(zhǎng)下?lián)p耗臺(tái)階同樣大，則在該處光纖可能還存在其他問(wèn)題，還需要查找排除。在單模光纖線路測(cè)試中，應(yīng)盡量選用1 550 nm波長(zhǎng)，這樣測(cè)試效果會(huì)更好。

2.2 光纖折射率選擇 現(xiàn)在使用的單模光纖的折射率基本在1.460 0～1.480 0范圍內(nèi)，要根據(jù)光纜或光纖生產(chǎn)廠家提供的實(shí)際值來(lái)精確選擇。對(duì)于G.652單模光纖，在實(shí)際測(cè)試時(shí)若用1 310 nm波長(zhǎng)，折射率一般選擇在1.468 0；若用1 550 nm波長(zhǎng)，折射率一般選擇在1.468 5。對(duì)于其他型號(hào)光纜（如G.655單模光纖等）也應(yīng)根據(jù)光纜或光纖生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)選擇折射率。折射率選擇不準(zhǔn)，將影響測(cè)試精度，造成測(cè)試光纜長(zhǎng)度及故障距離的誤差。折射率若誤差0.001，則在50 000m的中繼段會(huì)產(chǎn)生約35 m的誤差。在光纜維護(hù)和故障排查時(shí)，因折射率選擇不正確的小失誤便會(huì)帶來(lái)明顯的誤差，因而在測(cè)試時(shí)一定要引起足夠的重視。

2.3 測(cè)試脈沖寬度選擇 測(cè)試脈沖寬度的設(shè)定合適與否，直接影響測(cè)試的準(zhǔn)確性。設(shè)置的光脈沖寬度過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的菲涅爾反射，使盲區(qū)加大，這將掩蓋近距離的故障，而造成誤判、錯(cuò)判。較窄的測(cè)試光脈沖雖然有較小的盲區(qū)，但是測(cè)試光脈沖過(guò)窄時(shí)光功率過(guò)弱，相應(yīng)的背向散射信號(hào)也弱，背向散射信號(hào)曲線會(huì)起伏不平，測(cè)試誤差大。設(shè)置的光脈沖寬度既要能保證沒(méi)有過(guò)強(qiáng)的盲區(qū)效應(yīng)，又要能保證背向散射信號(hào)曲線有足夠的分辨率，能看清光纖沿線上每一點(diǎn)的情況。一般是根據(jù)被測(cè)光纖長(zhǎng)度，先選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)臏y(cè)試脈寬，預(yù)測(cè)試1～2次后，從中確定一個(gè)最佳值。被測(cè)光纖的距離較短（小于5 000m）時(shí)，盲區(qū)可以在10m以下；被測(cè)光纖的距離較長(zhǎng)（小于50 000m）時(shí)，盲區(qū)可以在200 m以下；被測(cè)光纖的距離很長(zhǎng)時(shí)，盲區(qū)可高達(dá)2 000m以上。通過(guò)雙向測(cè)試或多次測(cè)試取平均值，盲區(qū)產(chǎn)生的影響會(huì)更小。

2.4 測(cè)試量程選擇 OTDR的量程是指OTDR的橫坐標(biāo)能達(dá)到的最大距離。測(cè)試時(shí)應(yīng)根據(jù)被測(cè)光纖的長(zhǎng)度選擇量程，量程是被測(cè)光纖長(zhǎng)度的1.5倍比較好，或者說(shuō)光纖光纜長(zhǎng)度為OTDR顯示屏顯示范圍的2/3為好。量程選擇過(guò)小時(shí)，OTDR的顯示屏上看不全面；量程選擇過(guò)大時(shí)，OTDR的顯示屏上橫坐標(biāo)壓縮看不清楚。根據(jù)實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，測(cè)試量程選擇能使背向散射曲線大約占到OTDR顯示屏的70%時(shí)，不管是長(zhǎng)度測(cè)試還是損耗測(cè)試，都能得到比較好的直視效果和準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。在鐵路光纖通信系統(tǒng)中，光纖光纜長(zhǎng)度從幾十、幾百米（站場(chǎng)或鐵路地區(qū)）到幾十、上百公里（干線光纖光纜中繼段長(zhǎng)度），正確選擇OTDR的量程可以得到良好的測(cè)試效果。

2.5 平均化時(shí)間選擇 由于背向散射光信號(hào)極其微弱，一般采用多次統(tǒng)計(jì)平均化處理的方法來(lái)提高信噪比。OTDR測(cè)試曲線是將輸出脈沖的反射信號(hào)經(jīng)過(guò)多達(dá)上萬(wàn)次采樣，并做平均化處理以消除隨機(jī)事件。平均化時(shí)間越長(zhǎng)，噪聲電平越接近最小值，動(dòng)態(tài)范圍就越大。平均化時(shí)間為3 m in獲得的動(dòng)態(tài)范圍，比平均化時(shí)間為1 m in獲得的動(dòng)態(tài)范圍提高0.8 dB。一般來(lái)說(shuō)平均化時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)試精度越高。為了提高測(cè)試速度，可根據(jù)被測(cè)光纖光纜的長(zhǎng)度選擇測(cè)試時(shí)間，一般在0.5～3 m in內(nèi)選擇。在光纖通信接續(xù)測(cè)試中，選擇運(yùn)用平均化處理和刷新處理相結(jié)合的方法可獲得良好的效果。

3 OTDR用于鐵路通信光纖故障的測(cè)試

OTDR不僅在光纜和光纖使用前的單盤(pán)特性測(cè)試，光纜和光纖的施工測(cè)試，光纜和光纖的日常維護(hù)測(cè)試以及定期測(cè)試得到廣泛運(yùn)用，而且是光纜和光纖故障斷點(diǎn)測(cè)試和查找的主要儀表。鐵路光纖通信的組網(wǎng)有別于其他系統(tǒng)的通信組網(wǎng)，光纖光纜基本沿鐵路線路敷設(shè)，且又分為長(zhǎng)途通信（光中繼段通常幾十公里上百公里）和區(qū)段通信（沿線車(chē)站）。光纜的敷設(shè)在建設(shè)時(shí)考慮以后的維護(hù)，均留有余長(zhǎng)，因而產(chǎn)生光纜的長(zhǎng)度公里數(shù)與鐵路線路實(shí)際公里數(shù)不符的現(xiàn)象，這對(duì)測(cè)試光纜故障點(diǎn)時(shí)，OTDR儀表顯示的故障點(diǎn)公里數(shù)與鐵路線路實(shí)際公里數(shù)產(chǎn)生誤差。誤差大對(duì)搶修開(kāi)挖光纜費(fèi)工費(fèi)時(shí)，延長(zhǎng)故障時(shí)間，造成損失加大。因而，在正確選擇設(shè)置測(cè)試參數(shù)的同時(shí)，還需針對(duì)鐵路通信光纜徑路特點(diǎn)的情況，在測(cè)試方法、判斷故障方法上進(jìn)行探討。

3.1 測(cè)試數(shù)據(jù)與鐵路線路實(shí)際公里數(shù)的修正 鑒于通信光纜敷設(shè)長(zhǎng)度與鐵路線路長(zhǎng)度的不一致性，使用OTDR測(cè)試的光纜公里數(shù)據(jù)與鐵路線路公里數(shù)據(jù)要進(jìn)行修正?；趨^(qū)段光纖的數(shù)據(jù)修正，能更加縮小測(cè)試故障點(diǎn)的誤差。

3.2 接頭盒公里數(shù)與鐵路線路公里數(shù)的關(guān)系 建立光纖光纜接頭盒公里數(shù)與鐵路線路公里數(shù)的對(duì)應(yīng)表，可用OTDR背向散射曲線的事件表進(jìn)行標(biāo)示，在發(fā)生光纖光纜中斷故障時(shí)（通常中斷發(fā)生在2個(gè)接頭盒之間），可在測(cè)試時(shí)利用OTDR顯示的光纜接頭盒事件標(biāo)示的距離為基準(zhǔn)，計(jì)算到故障點(diǎn)的距離。這樣測(cè)試誤差可縮小到數(shù)米。

3.3 正確使用測(cè)試尾纖 OTDR在用于中繼段光纖測(cè)試時(shí)，需在被測(cè)光纜與OTDR間加入適當(dāng)長(zhǎng)度測(cè)試尾纖，消除被測(cè)光纜始端測(cè)試盲區(qū)。這樣顯示屏上能很清楚地看到入射光脈沖、反射光脈沖、接頭點(diǎn)、斷裂點(diǎn)、故障點(diǎn)以及衰減分布曲線，可防止測(cè)試故障誤判。

4 結(jié)束語(yǔ)

OTDR作為光纖通信的主要測(cè)試儀表，在施工、維護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。就目前而言，OTDR不論是進(jìn)口設(shè)備還是國(guó)產(chǎn)設(shè)備，對(duì)測(cè)試精度和盲區(qū)2個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，都會(huì)因?yàn)闇y(cè)試者的技術(shù)發(fā)揮有一定的差異。準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合是快速準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)的最好辦法。OTDR測(cè)試技能是理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，在實(shí)際的測(cè)試工作中，要善于思考和不斷的總結(jié)，多分析測(cè)試實(shí)例找出產(chǎn)生誤差的根源，不斷提高測(cè)試精度，使對(duì)故障點(diǎn)的判斷和定位更加精細(xì)準(zhǔn)確，縮短搶修的時(shí)間，減少因誤測(cè)誤判造成的不必要的人力和財(cái)物的浪費(fèi)。