李　力

（武漢貝斯特通信集團(tuán)股份有限公司，湖北　武漢　430000）

光纜施工在OTDR光纖測試法中的應(yīng)用探討

李力

（武漢貝斯特通信集團(tuán)股份有限公司，湖北武漢430000）

作為以光纖為傳輸媒介的通信方式，其具有傳輸距離遠(yuǎn)、信息容量大、傳輸質(zhì)量高等優(yōu)勢，因而在信息傳輸中的應(yīng)用越來越廣泛。光時域反射儀（Optical Time Domain Refectometer，OTDR）在光纖測試中是非常重要的設(shè)備儀表，在光纜線路的維護(hù)、施工中的應(yīng)用非常普遍。文章對OTDR技術(shù)原理進(jìn)行了闡述，并對OTDR技術(shù)的精度保障進(jìn)行分析，重點(diǎn)對光纜施工中OTDR光纖測試法的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)探討。

OTDR；光纜施工；光纖通信

1　OTDR技術(shù)原理

OTDR，即Optical Time Domain Reflectometer，被叫作光時域反射儀。其是通過光脈沖在傳輸過程中由瑞麗散射與菲涅爾反射產(chǎn)生的背向散射構(gòu)成的一種光電一體化的儀表，屬于高精密儀器［1］。在驅(qū)動電路調(diào)制下，半導(dǎo)體光源（LD或者LED）輸出光脈沖，通過定向的光耦合其以及活動連接器注入被測光纜線路，使其變成入射光脈沖。OTDR作為主要儀表，其優(yōu)點(diǎn)是測試精度高、測試速度快、測試時間較短，因此，在維護(hù)光纜線路、光纜線路施工中的應(yīng)用非常廣泛，被用于測量光纖長度、故障定位、光纖傳輸衰減等。

在線路傳輸中，入射光脈沖會沿途產(chǎn)生菲涅爾反射光與瑞利反射光，大多數(shù)的瑞利散射光折射入包層之后衰減，瑞利散射光和光脈沖傳播的方向相反，沿著光纖向線路的進(jìn)光端口傳輸，通過定向的耦合分路向光電探測器射出，從而向電信號轉(zhuǎn)變，通過低噪聲放大與數(shù)字平均化的處理，把處理以后的電信號和光源的背面發(fā)射提取的觸發(fā)信號向示波器進(jìn)行掃描，從而使其成為反射光脈沖［2］。通過OTDR探測器測量返回的有用信息，將其當(dāng)作被測光纖中不同位置的時間以及曲線的片斷?；诎l(fā)射信號與返回信號之間的時間，對光在石英物質(zhì)中的速度L進(jìn)行確定，從而對距離進(jìn)行計算。

L=c·△t/2n=3×108×△t/2n

其中，平均折射率用n表示，傳輸?shù)臅r延用△t表示。

通過入射光脈沖與反射光脈沖對應(yīng)的功率的電平和被測光纖長度，對衰減α進(jìn)行計算。

2　OTDR精度的保障

2.1選擇測試波長

因?yàn)镺TDR服務(wù)于光纖通信，所以，測試光纖前需要對測試波長進(jìn)行選擇。通常為單模光纖，選擇1310nm或是1550nm。因?yàn)閷饫w彎曲損害的影響而言，1550nm的影響要大于1310nm的影響，所以，無論是光纜線路施工以及維護(hù)光纜線路時，通常選擇1550nm波長作為OTDR測試光纜信號的波長。1550nm波長與1310nm波長具有相近的測試曲線形狀，同時，具有基本一致的光纖接頭損耗值。利用1550nm的波長能夠發(fā)現(xiàn)光纖全程存在的彎曲過度的問題。通過1310nm波長復(fù)測曲線上存在較大損耗臺階的問題，利用1310nm波長進(jìn)行復(fù)測時，當(dāng)損耗消失，表明此處彎曲過度的情況存在，應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步故障查詢［3］。通常情況下，測試單模光纖線路，利用1550nm波長具有更好的測試效果。

2.2選擇光纖折射率

當(dāng)前單模光纖折射率范圍大約為1.460～1.480，選擇折射率是基于光纜或者光纖廠家的數(shù)據(jù)進(jìn)行的。如單模關(guān)系，如果其實(shí)測波長是1550nm，那么選擇1.4685的折射率，如果實(shí)測波長是1310nm，那么選擇1.4680的折射率。測試長度受折射率的直接影響。維護(hù)光纜與排查故障時，非常小的失誤會造成比較大的誤差，因此，需要給予重視。

2.3選擇測試脈沖的寬度

光脈沖寬度設(shè)置過大，使得菲涅爾反射加強(qiáng)，從而增加盲區(qū)。盡管測試光脈沖較窄時期盲區(qū)比較小，然而，過窄的測試光脈沖造成較弱的光功率，因此，減弱背向散射信號，造成背向散射信號曲線出現(xiàn)起伏的問題，造成較大的測試誤差。因此，光脈沖信號寬度設(shè)置時，一方面應(yīng)確保盲區(qū)效應(yīng)比較小，同時確保背向散射信號曲線的分辨率足夠。通?；诒粶y光纖長度，對合適的測試脈寬進(jìn)行選擇，進(jìn)行預(yù)測試之后，對最佳值進(jìn)行確定。

2.4選擇測試量程

OTDR的量程指的是OTDR橫坐標(biāo)中可以達(dá)到的最大距離。測試過程中基于被測光纖的長度對量程進(jìn)行選擇，一般情況下最好選擇量程等于1.5倍的被測光纖的長度。選擇過小的量程，不能全面看到光時域反射儀顯示屏；選擇過大的量程，由于壓縮光時域反射儀顯示屏的橫坐標(biāo)，同樣會造成不清晰。一般而言，選擇測試量程能夠使得背向散射曲線大約占70%的OTDR顯示屏，此時，無論是測試長度還是測試損耗其測試結(jié)果以及直觀顯示效果都比較良好。

2.5選擇平均化時間

因?yàn)楸诚蛏⑸涔饩哂蟹浅Ｎ⑷醯墓庑盘?，因此，通常通過多次統(tǒng)計平均值的方式使得信噪比提高。OTDR測試曲線把輸出脈沖之后的反射信號的采樣進(jìn)行平均化處理，使得隨機(jī)事件消除，噪聲電平隨著平均化時間的增加，而不斷和最小值接近，并且增加平均化的時間，也會增大動態(tài)范圍，其測試精度也不斷提升。為了提高測試速度，將整體的測試時間縮短，通常選擇0.5～3min的測試時間。

3　光纜施工中OTDR光纖測試法的應(yīng)用

利用OTDR光纖測試法測試光纜施工中的光纖，主要是測試到貨后光纜的單盤測試、測試光纖接續(xù)、測試光纖中繼段、測試光纖故障點(diǎn)。

進(jìn)行測試的流程為：OTDR→過渡光纖→關(guān)系連接器→第一盤光纜→第二盤...第n盤光纜。終端不與任何設(shè)備進(jìn)行連接［4］。

3.1單盤測試

對到貨的電纜進(jìn)行單盤測試，通過OTDR對光纖平均損耗與光纖長度進(jìn)行測量，同時，基于分析光纖OTDR測試曲線，對光纜質(zhì)量是否合格進(jìn)行確認(rèn)。

3.2測試光纖接續(xù)

通過光纖熔接機(jī)對光纖進(jìn)行接續(xù)的過程中，通常在熔接完一根纖芯之后，給出熔接機(jī)對節(jié)點(diǎn)估算的衰耗值，然而，為了使得光纖接續(xù)損耗能夠滿足要求，需要利用光時域反射儀進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。因?yàn)闇y試原理以及光纖結(jié)構(gòu)等因素，造成了在OTDR單向監(jiān)測過程中，虛假增益問題的發(fā)生，從而使得虛假大衰耗的問題出現(xiàn)。就一個光纖接頭來說，利用兩個方向的衰減的值的數(shù)學(xué)平均值對其真實(shí)的衰耗值進(jìn)行反映。例如當(dāng)從A到B一個接頭的測衰耗是0.18dB，從B到A測的衰耗是-0.14dB，那么，事實(shí)上，這個接頭的衰耗等于（0.18+（-0.14））/2=0.02dB。光纜施工過程中在OTDR現(xiàn)場監(jiān)測的方式主要包括：

①OTDR后向測試法。在光纖的接續(xù)方向后端測試時，需要維持OTDR不動。通過上述方法監(jiān)測光纜接續(xù)。通過配備的專用光纖熔接機(jī)以及光時域反射儀進(jìn)行光纜接續(xù)。利用上述方法測試的優(yōu)勢在于：第一，固定OTDR不動，使得轉(zhuǎn)移儀表需要的人力、物力、車輛等資源得到減少；第二，在有市電的區(qū)域選擇測試點(diǎn)，不需要對汽油發(fā)電機(jī)進(jìn)行配備；第三，固定測試點(diǎn)，使得剝開光纜減少。當(dāng)然，使用該方法存在的不足是一方面由于距離以及地形的制約，不能保障聯(lián)絡(luò)暢通，另外一方面，增加接續(xù)距離，會使OTDR精度受到影響。為了使上述問題得到有效解決，可以采用如下措施：一是通過移動電話隨時保持測試人員與接續(xù)人員的聯(lián)系，從而能夠方便協(xié)調(diào)，使得工作效率提高；二是通過光電話進(jìn)行聯(lián)系。通過一根確定好的光纖與光電話的連接進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。需要注意的是，被用于聯(lián)絡(luò)的光纖在熔接時不可以進(jìn)行監(jiān)測。三是如果光纜接續(xù)達(dá)到中繼距離，向前移動OTDR。

②OTDR向前單程測試法。OTDR對于光纖的接續(xù)方向，向前一個接頭點(diǎn)測試。通過施工車輛把測試的儀表以及測試人員進(jìn)行超前轉(zhuǎn)移，利用該方法監(jiān)測，使得測試點(diǎn)和接續(xù)點(diǎn)能夠始終存在于一盤光纜長度，通信聯(lián)絡(luò)方便，并且對接頭的損耗進(jìn)行測試具有較高的準(zhǔn)確性。通常一盤光纜大約2～3km的長度，通過對講機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)一般地形下的通信。當(dāng)光纜存在皺紋鋼保護(hù)層時，通信聯(lián)絡(luò)可以通過磁石電話實(shí)現(xiàn)。

③OTDR前向雙程測試法。和前向單程監(jiān)測具有相同的OTDR位置，然而，接線方向的始端通過兩根光纖進(jìn)行短接，從而構(gòu)成回路。這種測試方法一方面能夠使中繼段光纖測試得到滿足，同時也可以監(jiān)測光纖接續(xù)。測試中繼段能夠在光時域反射儀顯示屏對入射光脈沖進(jìn)行清晰體現(xiàn)，同時能夠清晰地顯示出反射光脈沖、接頭點(diǎn)、斷裂點(diǎn)、故障點(diǎn)等。通過監(jiān)測光纖接續(xù)，使得環(huán)回點(diǎn)增加，因此，可以在OTDR上對接續(xù)衰耗雙向值進(jìn)行測量。其優(yōu)勢在于，能夠?qū)宇^的好壞進(jìn)行準(zhǔn)確評估。

3.3測試中繼段

測試中繼段可以基于OTDR對中繼段光纖總損耗、光纖長度、回波損耗、平均損耗等進(jìn)行測試，同時基于分析光纖OTDR測試曲線，對中繼段整體光纖的質(zhì)量進(jìn)行明確。然而，測試OTDR中有近端盲區(qū)的存在。因此，因?yàn)閾p耗使得測試的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，通常通過測試穩(wěn)定光源與光功率對光纖中繼段的損耗進(jìn)行測試，同時，通過OTDR分析測試曲線。

3.4測試故障點(diǎn)

通過OTDR測試，能夠?qū)y試的與故障點(diǎn)之間的距離進(jìn)行較為準(zhǔn)確的測量。為了使得測試的精度提高，應(yīng)該在距離故障點(diǎn)比較近的光纖接頭的位置進(jìn)行測試。

4　結(jié)語

作為光纖通信的重要設(shè)備，OTDR在電纜施工、維護(hù)等方面的作用非常大。當(dāng)前，OTDR儀表在應(yīng)用的過程中，其測試的精度以及測試的盲區(qū)等關(guān)鍵技術(shù)都會由于測試者水平不同而不同。當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，OTDR技術(shù)也在不斷發(fā)展中，在電纜施工在OTDR全智能技術(shù)將會得到應(yīng)用，其前景無疑非常廣闊。

［1］趙宏波，趙子巖，丁健.基于雙向OTDR測試的長距離光纜線路的測量［J］.光通信研究，2011（1）：26-28.

［2］田國棟.基于OTDR技術(shù)的光纖測試方法探討［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2009（19）：99-101.

［3］田國棟.光纖通信技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

［4］肖平平，袁睿.OTDR波形分析及在光纖測量中的應(yīng)用［J］.光通信技術(shù)，2010（4）：42-44.

Discussion on the application of optical fber cable construction
in OTDR optical fber test method

Li Li
（Wuhan Bester Group， Wuhan 430000， China）

As an communication method taking optical fber as a mean of transmission medium， which has the advantages of far transmission distance，large capacity of information and high quality of transmission， therefore， it is more and more widely used in the transmission of information. OTDR（Optical Time Domain Refectometer）is a kind of important instrument in the optical fber test， and it enjoys wide application in optical cable road maintenance and construction. This paper carries on the elaboration on the principle of OTDR technology， analyzes the accuracy guarantee of OTDR technology， and application of OTDR fber-optical test methods in optical cable construction is discussed in detail.

OTDR； optical cable construction； optical fber communication

李力（1986— ），男，湖北武漢，大專，助理工程師；研究方向：通信。