OTDR使用經驗與技巧

網優僱傭軍2017-04-11 05:02:10


1 OTDR的使用 


用OTDR進行測量可分為三步:參數設置、數據獲取和分析。

人工設置測量參數包括:

 

(1)波長選擇(λ): 


因不同的波長對應不同的光線特性(包括衰減、微彎等),波長一般遵循與系統傳輸通信波長相對應的原則,即系統開放1550波長,則測試波長為1550nm。 

 

      



(2)脈寬(Pulse Width): 

         


脈寬越長,動態測量範圍越大,測量距離更長,但在OTDR曲線波形中產生盲區更大;短脈衝注入光平低,但可減小盲區。脈寬週期通常以ns來表示。 


(3)測量範圍(Range):


OTDR測量範圍是指OTDR獲取數據取樣的最大距離,此參數的選擇決定了取樣分辨率的大小。最佳測量範圍為待測光纖長度1.5~2倍距離之間。


(4)平均時間: 



由於後向散射光信號極其微弱,一般採用統計平均的方法來提高信噪比,平均時間越長,信噪比越高。例如,3min的獲得取將比1min的獲得取提高0.8dB的動態。但超過10min的獲得取時間對信噪比的改善並不大。一般平均時間不超過3min。


(5)光纖參數: 


光纖參數的設置包括折射率n和後向散射係數n和後向散射係數η的設置。折射率參數與距離測量有關,後向散射係數則影響反射與回波損耗的測量結果。這兩個參數通常由光纖生產廠家給出。 


參數設置好後,OTDR即可發送光脈衝並接收由光纖鏈路散射和反射回來的光,對光電探測器的輸出取樣,得到OTDR曲線,對曲線進行分析即可瞭解光纖質量。 


2 經驗與技巧


(1)光纖質量的簡單判別:


正常情況下,OTDR測試的光線曲線主體(單盤或幾盤光纜)斜率基本一致,若某一段斜率較大,則表明此段衰減較大;若曲線主體為不規則形狀,斜率起伏較大,彎曲或呈弧狀,則表明光纖質量嚴重劣化,不符合通信要求。


(2)波長的選擇和單雙向測試: 


1550波長測試距離更遠,1550nm比1310nm光纖對彎曲更敏感,1550nm比1310nm單位長度衰減更小、1310nm比1550nm測的熔接或連接器損耗更高。在實際的光纜維護工作中一般對兩種波長都進行測試、比較。對於正增益現象和超過距離線路均須進行雙向測試分析計算,才能獲得良好的測試結論。 


(3)接頭清潔:


光纖活接頭接入OTDR前,必須認真清洗,包括OTDR的輸出接頭和被測活接頭,否則插入損耗太大、測量不可靠、曲線多噪音甚至使測量不能進行,它還可能損壞OTDR。避免用酒精以外的其它清洗劑或折射率匹配液,因為它們可使光纖連接器內粘合劑溶解。


(4)折射率與散射係數的校正:就光纖長度測量而言,折射係數每0.01的偏差會引起7m/km之多的誤差,對於較長的光線段,應採用光纜製造商提供的折射率值。


(5)鬼影的識別與處理: 




在OTDR曲線上的尖峯有時是由於離入射端較近且強的反射引起的迴音,這種尖峯被稱之為鬼影。 識別鬼影:曲線上鬼影處未引起明顯損耗;沿曲線鬼影與始端的距離是強反射事件與始端距離的倍數,成對稱狀。消除鬼影:選擇短脈衝寬度、在強反射前端(如OTDR輸出端)中增加衰減。若引起鬼影的事件位於光纖終結,可"打小彎"以衰減反射回始端的光。 


(6)正增益現象處理: 


在OTDR曲線上可能會產生正增益現象。正增益是由於在熔接點之後的光纖比熔接點之前的光纖產生更多的後向散光而形成的。事實上,光纖在這一熔接點上是熔接損耗的。常出現在不同模場直徑或不同後向散射係數的光纖的熔接過程中,因此,需要在兩個方向測量並對結果取平均作為該熔接損耗。在實際的光纜維護中,也可採用≤0.08dB即為合格的簡單原則。


(7)附加光纖的使用:


附加光纖是一段用於連接OTDR與待測光纖、長300~2000m的光纖,其主要作用為:前端盲區處理和終端連接器插入測量。 


一般來説,OTDR與待測光纖間的連接器引起的盲區最大。在光纖實際測量中,在OTDR與待測光纖間加接一段過渡光纖,使前端盲區落在過渡光纖內,而待測光纖始端落在OTDR曲線的線性穩定區。光纖系統始端連接器插入損耗可通過OTDR加一段過渡光纖來測量。如要測量首、尾兩端連接器的插入損耗,可在每端都加一過渡光纖。 


3 測試誤差的主要因素


1)OTDR測試儀表存在的固有偏差


由OTDR的測試原理可知,它是按一定的週期向被測光纖發送光脈衝,再按一定的速率將來自光纖的背向散射信號抽樣、量化、編碼後,存儲並顯示出來。OTDR儀表本身由於抽樣間隔而存在誤差,這種固有偏差主要反映在距離分辯率上。OTDR的距離分辯率正比於抽樣頻率。

   

 2)測試儀表操作不當產生的誤差


在光纜故障定位測試時,OTDR儀表使用的正確性與障礙測試的準確性直接相關,儀表參數設定和準確性、儀表量程範圍的選擇不當或光標設置不準等都將導致測試結果的誤差。


(1)設定儀表的折射率偏差產生的誤差

不同類型和廠家的光纖的折射率是不同的。使用OTDR測試光纖長度時,必須先進行儀表參數設定,折射率的設定就是其中之一。當幾段光纜的折射率不同時可採用分段設置的方法,以減少因折射率設置誤差而造成的測試誤差。


(2)量程範圍選擇不當

OTDR儀表測試距離分辯率為1米時,它是指圖形放大到水平刻度為25米/格時才能實現。儀表設計是以光標每移動25步為1滿格。在這種情況下,光標每移動一步,即表示移動1米的距離,所以讀出分辯率為1米。如果水平刻度選擇2公里/每格,則光標每移動一步,距離就會偏移80米。由此可見,測試時選擇的量程範圍越大,測試結果的偏差就越大。

    

(3)脈衝寬度選擇不當

在脈衝幅度相同的條件下,脈衝寬度越大,脈衝能量就越大,此時OTDR的動態範圍也越大,相應盲區也就大。


(4)平均化處理時間選擇不當

OTDR測試曲線是將每次輸出脈衝後的反射信號採樣,並把多次採樣做平均處理以消除一些隨機事件,平均化時間越長,噪聲電平越接近最小值,動態範圍就越大。平均化時間越長,測試精度越高,但達到一定程度時精度不再提高。為了提高測試速度,縮短整體測試時間,一般測試時間可在0.5~3分鐘內選擇。


(5)光標位置放置不當 

光纖活動連接器、機械接頭和光纖中的斷裂都會引起損耗和反射,光纖末端的破裂端面由於末端端面的不規則性會產生各種菲涅爾反射峯或者不產生菲涅爾反射。如果光標設置不夠準確,也會產生一定誤差。


4 接頭損耗的標準數值


光纖接續標準多年來一直是一個有爭議的問題,部頒YDJ44-89《電信網光纖數字傳輸系統施工及驗收暫行規定》簡稱《暫規》,對光纖接續損耗的測量方法做了規定,但沒有規定明確的標準。原信產部鄭州設計院在中國電信南九試驗段以後的工程中提出了中繼段單纖平均接續損耗0.08dB/個的設計標準,以後的幹線工程均沿用。

ITU有關接續介入損耗的原文如下。


"

本試驗使用於一個竣工的光纖接頭, 用以度量接頭質量。

應按照IEC 1073-1進行試驗。測量可在實驗室或現場進行。實驗室用剪回法較好,現場可用雙向OTDR法。介入損耗的典型值可能隨應用場合和(或)所用方法而變化。最小的接頭損耗典型值≤0.1dB。在某些場合中,介入損耗典型值≤0.5dB是可能接受的。有許多和機械接續裝置在製作接頭後可以估算接頭損耗值。 某些主管部門和私營運行機構在現場接續安裝時採用這些估算值,並且在全部線路施工完成後,再用OTDR對線路全程進行復測。在現場安裝時,也可用其它一些方法來估算接頭損耗值, 例如採用夾上去的功率計和本地注入檢測的方法。

  

(1)該建議是基於單纖接頭損耗的可接受值≤0.5dB,平均值沒有規定的情況下而言的。


從目前的熔接機情況看, 熔接機所顯示的數據配合觀察光纖接頭斷面情況, 能夠粗略估計光纖接續點損耗的狀況, 但不能精確到目前我國所要求的光纖接續損耗指標的數量級。我們認為,這些熔接機的設計目的和依據是基於ITU建議的。


(2)目前的熔接機接續是通過對光纖X軸和Y軸方向的錯位調整,在軸心錯位最小時進行熔接的,這種能調整軸心的方法稱為纖芯直視法, 這種方法不同於功率檢測法,現場是無法知道接頭損耗確切數值的。但是在整個調整軸心和熔接接續過程中, 通過攝像機把探測到所熔接纖芯狀態的信息送到熔接機的專用程序中,可以計算出接續後的損耗值。 但它只能説明光纖軸心對準的程度,並不含有光纖本身的固有特性所影響的損耗。而OTDR的測試方法是後向散射法,它包含有光纖參數的不同形成反射的損耗。


比較上述兩種測試原理,兩者有很大區別。通過實踐證明,兩種方法測出數據一致性也較差,通過最近幾年對幹線工程接續測試發現,很多情況下熔接機顯示損耗很小(小於0.05dB)甚至為零,但OTDR測試則大於0.08dB,且沒發現有對應的規律。



日本的接頭損耗標準(NTT光纜施工驗收規程)最小值小於0.9dB,無平均值要求,只有中繼段總衰減要求,只要滿足,就能開通設計要求的或將來要增加的設備,在接續操作方面則與ITU建議一致。美國、歐洲諸國也都採取了大致與ITU建議一致的做法。


事實上,影響光纜安全的主要是機械損傷,光纖接續損耗大一點並不會影響接續強度,因此我們時候在驗收測試中發現,有些點數值確實偏大,大約有1%左右的接頭回超標準,並且在多次接續後仍無法降低.在這種情況下,也是可以判斷合格的.有的時候會按照中級段總衰減來要求,從而驗收合格


5 OTDR常見曲線分析


長度測量


一般採用兩點法,將受測光纖與尾纖一端相接,尾纖一端連到OTDR上,調整出顯示尾纖和受測光纖的後向散射峯。其曲線見圖




方法: 將光標A置於第一個菲涅爾反射峯前沿,將光標B置於第二個菲涅爾反射峯前沿,光標A與光標B之間的相對距離差就為被測光纖長度。


光纖衰減的測試



方法:將光標A置於第一個菲涅爾反射峯後沿,曲線平滑的起點,將光標B置於第二個菲涅爾反射峯前沿,光標A與光標B間顯示衰減係數就是光纖A、B間衰減係數,但非整根光纖的衰減係數。


典型的後向散射信號曲線



a、輸入端的Fresnel反射區(即盲區)

b、恆定斜率區

c、局部缺陷、接續或耦合引起的不連續性

d、光纖缺陷、二次反射餘波等引起的反射

e、輸出端的Fresnel反射 


盲區


決定OTDR所能測到最短距離和最接近距離,是由於活接頭的反射引起OTDR接收機飽和所至,盲區通常發生在OTDR面板前的活接頭反射,但也可以在光纖的其它地方發生,一般OTDR盲區為100m。 


盲區分為衰減盲區和事件盲區


衰減盲區:從反射點開始至接收機恢復到後向散射電平約0.5dB範圍內的這段距離,這段距離就是OTDR能再次測試衰減和損耗的點.



式中:D的長度就為衰減盲區的長度


事件盲區:從OTDR接收到反射點到開始到OTDR恢復到最高反射點1.5DB以下這段距離,在這以後才能發現是否還有第二個反射點,但還不能測試衰減.



式中:D1的長度就為事件盲區的長度。


影響盲區的因素:

a、入射光的脈衝寬度、

b、反射光的脈衝寬度、

c、入射光的脈衝後端形狀、

d、所用脈衝越小,盲區越大。


消除盲區的方法:

加尾纖(過渡纖),最好2KM以上


接頭損耗的測量




方法:將光標定於曲線的轉折處如圖位置,然後選擇測接頭損耗功能鍵,便可測得接頭損耗。


外部因素引起的可能曲線變化


這裏的外部因素指施加於光纜並傳遞至光纖的張力及側向受力,還有温度的變化。這些都會造成曲線弓形彎曲。外部因素引起的弓形彎曲在外力作用下使曲線斜率改變。如圖所示,外力作用前曲線斜率恆定,在外力作用下可出現如下情況之一: 






波紋曲線圖


指曲線有與脈衝頻率相似的紋狀態曲線。其產生原因有可能是受測光纖工作頻率與帶寬頻率剛好相同,此情況下, 改變測試脈寬,同時應從受測光纖的兩端進行測量 





實際在測試中最常見的異常曲線、原理和對策



現象:光纖未端無菲涅爾反射峯,曲線斜率、衰減正常,無法確認光纖長度

原因:光纖未端面上比較髒或光纖端面質量差;

對策:清洗光纖未端面或重新做端面; 




現象:曲線成明顯弓形,衰減嚴重偏大或偏小,無菲涅爾反射峯;

原因:量程設置錯誤(不足被測光纖長度2倍以上);

對策:增大量程 




現象:在曲線斜率恆定的曲線中間有一個“小山峯”(背向散射劇烈增強所致)

原因:

(1)光纖本身質量原因(小裂紋);

(2)二次反射餘波在前端面產生反射;

對策:在這種情況下改變光纖測試量程、脈寬、重新做端面,再測試如“小山峯”消失則為原因(2),如不消失則為原因(1) 




現象:在光纖纖連接器、耦合器、熔接點處產生一個明顯的增益;

原因:模場直徑不匹配造成的;

對策:測試衰減和接頭損耗必須雙向測試,取平均值 




現象:曲線斜率正常,光纖均勻性合格,但兩端光纖衰減係數相差很大

原因:模場不均勻造成,一般為光纖拉絲引頭和結尾部分;

對策:測試衰減必須雙向測試,取平均值 




現象:在整根光纖衰減合格,曲線大部分斜率均勻,但在菲涅爾反射峯前沿有一小凹陷

原因:未端幾米或幾十米光纖受側壓;

對策:復繞觀察有無變化




現象:1310nm光纖曲線平滑,光纖衰減斜率基本不變,衰減指標略微偏高,但1550nm光纖衰減斜率增加,衰減指標偏高;

原因:束管內餘長過短,光纖受拉伸;

對策:確認束管內的餘長,增加束管內的餘長 




現象:1310nm光纖曲線平滑,光纖衰減斜率基本正常,衰減指標正常,但1550nm光纖衰減斜率嚴重不良,衰減指標嚴重偏高;

原因:束管內餘長過長,光纖彎曲半徑過小;

對策:確認束管內的餘長,減少束管內的餘長 




現象:尾纖與過渡纖有部分曲線出現有規則的曲線不良,但被測光纖後半部分曲線正常,整根被測光纖衰減指標基本正常;

原因:一般是由設備本身和測試方法綜合造成的;

對策:關機,重新起動,對各個光纖接觸部分進行清潔 



正常曲線



A 為盲區, B 為測試末端反射峯。測試曲線為傾斜的,隨着距離的增長,總損耗會越來越大。用總損耗( dB )除以總距離( km )就是該段纖芯的平均損耗( dB/Km )。



異常情況



原因:

(1)儀表的尾纖沒有插好,光脈衝根本打不出去;

(2)斷點位置比較進, OTDR 不足以測試出距離來;


方法:

(1) 要檢查尾纖連接情況

(2) 把 OTDR 的設置改一下,把距離、脈衝調到最小,如果還是這種情 況的話,可以判斷 1 尾纖有問題; 如果是尾纖問題,更換尾纖。


非反射事件 (台階)



這種情況比較多見,曲線中間出現一個明顯的台階,多數為該纖芯打折,彎曲過小,受到外界損傷等因素造成。


曲線遠端沒有反射峯



這種情況一定要引起注意!曲線在末端沒有任何反射峯就掉下去了,如果知道纖芯原來的距離,在沒有到達纖芯原來的距離,曲線就掉下去了,這説明光纖在曲線掉下去的地方斷了,或者是光纖遠端端面質量不好。


測試距離過長



這種情況是出現在測試長距離的纖芯時, OTDR 所不能達到的距離所產生的情況,或者是距離、脈衝設置過小所產生的情況。如果出現這種情況, OTDR 的距離、脈衝又比較小的話,就要把距離、脈衝調大,以達到全段測試的目的,稍微加長測試時間也是一種辦法。 


幻峯(鬼影)的識別與處理



幻峯(鬼影)的識別曲線上鬼影處未引起明顯損耗圖(a);沿曲線鬼影與始端的距離是強反射事件與始端距離的倍數,成對稱狀圖(b)


消除幻峯(鬼影)  選擇短脈衝寬度、在強反射前端(如OTDR輸出端)中增加衰減。若引起鬼影的事件位於光纖終結,可"打小彎"以衰減反射回始端的光。


正增益現象處理



正增益是由於在熔接點之後的光纖比熔接點之前的光纖產生更多的後向散光而形成的。事實上,光纖在這一熔接點上是熔接損耗的。常出現在不同模場直徑或不同後向散射係數的光纖的熔接過程中,因此,需要在兩個方向測量並對結果取平均值作為該熔接損耗。


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