利用OTDR測試光纜線路應注意的幾個問題

【摘要】 本文介紹了光時域反射儀（OTDR）工作原理和用途，詳細地闡述了OTDR儀表參數設置、動態范圍與測試距離、光脈沖寬度與測試距離、光脈沖寬度測試距離與測試精度的關系以及光纖接頭損耗的雙向性問題，在工程施工和維護中進行光纜線路測試時應引起高度重視。

【關鍵詞】 OTDR設置 動態范圍 光脈沖寬度 接頭雙向性

一、光時域反射儀（OTDR）工作原理及用途

OTDR將一光脈沖反射到待測光纖中并測量其反射信號，光纖上的任何變化均導致一部分脈沖能量反射回來，所謂變化是指光纖連接點、熔接點以及由于折射率的正常變化而引起的背向散射。OTDR接收這些反射信號并把它們與距離的函數關系顯示在顯示屏上。OTDR是從事件的反射信號返回接收端的時間來計算其距離的事件，離接收端越遠，其反射信號返回的時間就越長。通過分析反射信號的軌跡，就可了解光纖連接點、熔接點及其它部分的狀況。如圖1所示。

OTDR具有廣泛的用途，主要用來測量光纖長度、光纖故障點、光纖衰耗以及接頭損耗，它是一種非破壞性的測試方法，測試只需在光纖的一端進行，而且一般有較好的重復性，是施工、維護不可缺少的重要儀器。

二、準確設置OTDR儀表的參數

使用OTDR儀表測試時，必須先進行儀表參數設置，最基本的設置參數為：距離量程（根據光纜線長度選擇具體量程）、脈沖寬度（根據光纖長度選擇）、折射率及波長（根據光纜廠家提供測試記錄選擇）、測試模式（根據具體測試內容選擇兩點法、接續損耗、鏈路回損等）、平均化次數（根據光纖長短選擇時間或次數），其中最主要的參數設置是測試光纖的折射率和測試波長的設置。因為每一個生產廠家的光纖及同一個生產廠家不是同一批生產的光纖折射率是不同的，要使測試光纖的長度準確，必須正確設定光纖的折射率（n1）。

因此，折射率的設置關系到測試光纖長度的準確，當我們的施工和維護人員不清楚被測光纖的折射率和波長時，不要盲目設置，應查出廠單盤測試記錄。只有準確的設置測試儀表參數，才能為準確的測試創造條件。關于一個光中繼段采用了幾個不同廠家光纜長度測試的問題，要務必根據幾家生產廠家提供的正確光纖折射率分段進行長度測試，否則將影響光纖長度的準確性，造成測量誤差。

三、OTDR動態范圍與測試距離的關系

用OTDR測試光纖時，當被測光纖過長時，測試曲線就會出現如下圖2所示的情況。

由圖中可以看出：OTDR儀表實際可以測量的光纖最大長度和下面的公式有關：

在此公式中：D稱為OTDR的動態范圍，即：初始背向散射電平與噪聲電平的差值（dB）定義為動態范圍，a為光纖的衰減常數。

由上述可知：OTDR的動態范圍是指（單程）后向散射光所測定的最大范圍。無論是哪個國家，哪一個生產廠家的哪一種光時域反射儀（OTDR）都有一個確定的動態范圍。由分析可知：對衰減一定的光纖，儀表的動態范圍越大，可測量光纖長度越長，反之越短；對同一動態范圍的儀表，光纖衰減越小，可測長度越長，反之越短。

動態范圍的確定，也就是確定了儀表的最大測試距離是多少。例如：日本安立公司生產的MW9076B1的OTDR動態范圍是：38dB/36dB（1310nm/1550nm），對于波長是1310nm每公里損耗0.35dB的單模光纖來說最大可測試距離為：38dB÷0.35dB=108公里，對于波長是1550nm每公里損耗0.25dB的單模光纖來說最大可測試距離為：36dB÷0.25dB=144公里。因此工程部門和維護部門利用OTDR進行光纜線路測試時，要首先了解儀表的動態范圍，然后大致估算一下被測光纜線路的最大測試距離和光纜線路每公里的損耗值，才能確定這塊OTDR儀表是否能勝任。

四、OTDR的光脈沖寬度與測試距離的關系

光脈沖的能量與脈沖寬度有關，脈沖寬度決定了OTDR所發出的光功率的大小。脈沖寬度選擇的越寬，OTDR所發出的光功率越大，測試的距離也就越遠。反之，脈沖寬度越窄，OTDR發出的光功率也就越低，測試的距離也就越近。從OTDR的基本原理知道，如果反射脈沖光及后向散射光返回到入射側時，因信號能量太弱而檢測不準確，則測試的結果也必將是不準確的。目前我們見到的OTDR儀表，脈沖寬度設置范圍從10ns至20μs不等，各OTDR生產廠家提供的脈沖寬度設置范圍也不同，因此在進行光纜線路測試時，要根據不同廠家OTDR儀表提供的脈沖寬度范圍、測試距離，選用不同的脈沖寬度。例如：CMA4000/8800 OTDR脈沖寬度設置見表二。

五、光脈沖寬度測試距離與測試精度的關系

在OTDR的顯示屏上，水平軸顯示測試距離，垂直軸顯示測試損耗值，實際使用中是光纜始端發送的光脈沖，隨著測試距離的增加，光脈沖產生展寬畸變，測試精度也隨之變化而降低。例如在一條40公里的光纜線路上其中：

A-線路始端測試點。

B-線路終端。

C-距線路始端4公里處光纜接續點。

D-距線路始端38公里處光纜接續點。

E-距線路始端25公里處光纜接續點。

在自動光纖熔接機上反映C、D、E三個光纖接頭的連接損耗是一樣的（0.03dB），但是當我們在A點始端用OTDR來測試光纖接頭的連接損耗時，會發現C、D、E三點的測試值與自動光纖熔接機上反映的讀數值不同。C點的損耗值用兩種方法測試的結果可能差不多，但是E點和D點的損耗值用兩種方法測試的結果相差較大，這是因為從A點發出的光脈沖經過25公里或38公里的傳輸損耗之后，脈沖展寬產生畸變造成的測試精度不同而造成的。根據OTDR儀表生產廠家的介紹，測試精度與測試距離是成線性關系的，這一點是在施工和維護中應該重視的一個問題。

六、光纖接頭連接損耗的雙向性問題

在用OTDR儀表來測試光纖接頭的連接損耗時，由于測試方向不同，所得到的測試損耗值也不同，這是由下列原因造成的：

1、由于測試的方向不同，從測試端到該接頭的距離不同，因此對于該接頭點來說，兩個方向來的光脈沖在該點的入射條件不同，反射面也不相同，反射光脈沖返回到測試點的條件也不同。所以得出的測試結果必然不同。

2、光纖的連接是采用電弧熔接法，兩根光纖在熔接過程中，光纖的本身結構會受到一定程度的變形，兩根光纖的變形也不會一致的，所以對兩個方向來的光脈沖來講形成的反射條件也是不一樣的。

3、光脈沖從兩個方向傳送到光纖連接點時，由于傳輸的途程距離不同，光脈沖到達該點時的能量也就不同，反射回到測試點后反射出來的測試精度也就不同，所以必須進行兩個方向（A-B、B-A）的測試，然后取平均值，這樣測得的結果與接頭的實際損耗很接近。

還需要指出的是：在測試接頭損耗時，有個別接頭某一個方向出現負值，也就是負增益。這主要是這兩根光纖的芯徑出現偏差造成的，仍按照測出兩個方向的損耗值再進行平均。例如：

A-B=-0.2dB；B-A=+0.08dB；（-0.2+0.08）/2=-0.06dB

在工程施工和維護中我們還發現采用OTDR測試出來的光纖接頭損耗值，一般要比自動光纖熔接機顯示的接頭損耗值要大，其原因是自動光纖熔接機只是根據兩根光纖對接時幾何位置的偏差來估算的一個理論值，而沒有考慮到光學特性和其他因素，以OTDR測試值為準，在實際操作中應予注意。

七、結束語

綜上所述的幾個問題，施工單位和維護部門技術人員在使用光時域反射儀（OTDR）進行光纜線路測試時，應引起足夠重視。此外，測試假纖與被測光纖之間的連接損耗也要盡可能的小，尤其是測試長距離的光纖時更是如此，否則將減少測試儀表的有效動態范圍，直接影響測量距離和測試精度。

當中繼段線路較長時，測試距離超過有效動態范圍所顯示的距離時，可采取分段方式進行測試，之后將其合為一體即為整個中繼段的接續損耗值。在對光纖長度、兩點間損耗、接續損耗測試時，還應注意測試光標在反射波形的前、后邊沿的定位要準確，否則也會造成測量誤差。