光纜施工在OTDR光纖測(cè)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）

光纜施工在OTDR光纖測(cè)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(shì)，因而在信息傳輸中的應(yīng)用越來越廣泛。光時(shí)域反射儀（Optical Time Domain Refectometer，OTDR）在光纖測(cè)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(duì)OTDR技術(shù)原理進(jìn)行了闡述，并對(duì)OTDR技術(shù)的精度保障進(jìn)行分析，重點(diǎn)對(duì)光纜施工中OTDR光纖測(cè)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(shí)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(dòng)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(dòng)連接器注入被測(cè)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(cè)試精度高、測(cè)試速度快、測(cè)試時(shí)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(cè)量光纖長(zhǎng)度、故障定位、光纖傳輸衰減等。

在線路傳輸中，入射光脈沖會(huì)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(cè)器射出，從而向電信號(hào)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(hào)和光源的背面發(fā)射提取的觸發(fā)信號(hào)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(cè)器測(cè)量返回的有用信息，將其當(dāng)作被測(cè)光纖中不同位置的時(shí)間以及曲線的片斷?；诎l(fā)射信號(hào)與返回信號(hào)之間的時(shí)間，對(duì)光在石英物質(zhì)中的速度L進(jìn)行確定，從而對(duì)距離進(jìn)行計(jì)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(shí)延用△t表示。

通過入射光脈沖與反射光脈沖對(duì)應(yīng)的功率的電平和被測(cè)光纖長(zhǎng)度，對(duì)衰減α進(jìn)行計(jì)算。

2　OTDR精度的保障

2.1選擇測(cè)試波長(zhǎng)

因?yàn)镺TDR服務(wù)于光纖通信，所以，測(cè)試光纖前需要對(duì)測(cè)試波長(zhǎng)進(jìn)行選擇。通常為單模光纖，選擇1310nm或是1550nm。因?yàn)閷?duì)光纖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(shí)，通常選擇1550nm波長(zhǎng)作為OTDR測(cè)試光纜信號(hào)的波長(zhǎng)。1550nm波長(zhǎng)與1310nm波長(zhǎng)具有相近的測(cè)試曲線形狀，同時(shí)，具有基本一致的光纖接頭損耗值。利用1550nm的波長(zhǎng)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(zhǎng)復(fù)測(cè)曲線上存在較大損耗臺(tái)階的問題，利用1310nm波長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)時(shí)，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(cè)試單模光纖線路，利用1550nm波長(zhǎng)具有更好的測(cè)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(cè)波長(zhǎng)是1550nm，那么選擇1.4685的折射率，如果實(shí)測(cè)波長(zhǎng)是1310nm，那么選擇1.4680的折射率。測(cè)試長(zhǎng)度受折射率的直接影響。維護(hù)光纜與排查故障時(shí)，非常小的失誤會(huì)造成比較大的誤差，因此，需要給予重視。

2.3選擇測(cè)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(cè)試光脈沖較窄時(shí)期盲區(qū)比較小，然而，過窄的測(cè)試光脈沖造成較弱的光功率，因此，減弱背向散射信號(hào)，造成背向散射信號(hào)曲線出現(xiàn)起伏的問題，造成較大的測(cè)試誤差。因此，光脈沖信號(hào)寬度設(shè)置時(shí)，一方面應(yīng)確保盲區(qū)效應(yīng)比較小，同時(shí)確保背向散射信號(hào)曲線的分辨率足夠。通?；诒粶y(cè)光纖長(zhǎng)度，對(duì)合適的測(cè)試脈寬進(jìn)行選擇，進(jìn)行預(yù)測(cè)試之后，對(duì)最佳值進(jìn)行確定。

2.4選擇測(cè)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(cè)試過程中基于被測(cè)光纖的長(zhǎng)度對(duì)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(cè)光纖的長(zhǎng)度。選擇過小的量程，不能全面看到光時(shí)域反射儀顯示屏；選擇過大的量程，由于壓縮光時(shí)域反射儀顯示屏的橫坐標(biāo)，同樣會(huì)造成不清晰。一般而言，選擇測(cè)試量程能夠使得背向散射曲線大約占70%的OTDR顯示屏，此時(shí)，無論是測(cè)試長(zhǎng)度還是測(cè)試損耗其測(cè)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(shí)間

因?yàn)楸诚蛏⑸涔饩哂蟹浅Ｎ⑷醯墓庑盘?hào)，因此，通常通過多次統(tǒng)計(jì)平均值的方式使得信噪比提高。OTDR測(cè)試曲線把輸出脈沖之后的反射信號(hào)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(shí)間的增加，而不斷和最小值接近，并且增加平均化的時(shí)間，也會(huì)增大動(dòng)態(tài)范圍，其測(cè)試精度也不斷提升。為了提高測(cè)試速度，將整體的測(cè)試時(shí)間縮短，通常選擇0.5～3min的測(cè)試時(shí)間。

3　光纜施工中OTDR光纖測(cè)試法的應(yīng)用

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

進(jìn)行測(cè)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(cè)試

對(duì)到貨的電纜進(jìn)行單盤測(cè)試，通過OTDR對(duì)光纖平均損耗與光纖長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)，基于分析光纖OTDR測(cè)試曲線，對(duì)光纜質(zhì)量是否合格進(jìn)行確認(rèn)。

3.2測(cè)試光纖接續(xù)

通過光纖熔接機(jī)對(duì)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(duì)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(shí)域反射儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。因?yàn)闇y(cè)試原理以及光纖結(jié)構(gòu)等因素，造成了在OTDR單向監(jiān)測(cè)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(gè)光纖接頭來說，利用兩個(gè)方向的衰減的值的數(shù)學(xué)平均值對(duì)其真實(shí)的衰耗值進(jìn)行反映。例如當(dāng)從A到B一個(gè)接頭的測(cè)衰耗是0.18dB，從B到A測(cè)的衰耗是-0.14dB，那么，事實(shí)上，這個(gè)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(chǎng)監(jiān)測(cè)的方式主要包括：

①OTDR后向測(cè)試法。在光纖的接續(xù)方向后端測(cè)試時(shí)，需要維持OTDR不動(dòng)。通過上述方法監(jiān)測(cè)光纜接續(xù)。通過配備的專用光纖熔接機(jī)以及光時(shí)域反射儀進(jìn)行光纜接續(xù)。利用上述方法測(cè)試的優(yōu)勢(shì)在于：第一，固定OTDR不動(dòng)，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(cè)試點(diǎn)，不需要對(duì)汽油發(fā)電機(jī)進(jìn)行配備；第三，固定測(cè)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(huì)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(dòng)電話隨時(shí)保持測(cè)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(shí)不可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)。三是如果光纜接續(xù)達(dá)到中繼距離，向前移動(dòng)OTDR。

②OTDR向前單程測(cè)試法。OTDR對(duì)于光纖的接續(xù)方向，向前一個(gè)接頭點(diǎn)測(cè)試。通過施工車輛把測(cè)試的儀表以及測(cè)試人員進(jìn)行超前轉(zhuǎn)移，利用該方法監(jiān)測(cè)，使得測(cè)試點(diǎn)和接續(xù)點(diǎn)能夠始終存在于一盤光纜長(zhǎng)度，通信聯(lián)絡(luò)方便，并且對(duì)接頭的損耗進(jìn)行測(cè)試具有較高的準(zhǔn)確性。通常一盤光纜大約2～3km的長(zhǎng)度，通過對(duì)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(shí)，通信聯(lián)絡(luò)可以通過磁石電話實(shí)現(xiàn)。

③OTDR前向雙程測(cè)試法。和前向單程監(jiān)測(cè)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(cè)試方法一方面能夠使中繼段光纖測(cè)試得到滿足，同時(shí)也可以監(jiān)測(cè)光纖接續(xù)。測(cè)試中繼段能夠在光時(shí)域反射儀顯示屏對(duì)入射光脈沖進(jìn)行清晰體現(xiàn)，同時(shí)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(cè)光纖接續(xù)，使得環(huán)回點(diǎn)增加，因此，可以在OTDR上對(duì)接續(xù)衰耗雙向值進(jìn)行測(cè)量。其優(yōu)勢(shì)在于，能夠?qū)宇^的好壞進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

3.3測(cè)試中繼段

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

3.4測(cè)試故障點(diǎn)

通過OTDR測(cè)試，能夠?qū)y(cè)試的與故障點(diǎn)之間的距離進(jìn)行較為準(zhǔn)確的測(cè)量。為了使得測(cè)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(cè)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(cè)試的精度以及測(cè)試的盲區(qū)等關(guān)鍵技術(shù)都會(huì)由于測(cè)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(huì)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(cè)試的長(zhǎng)距離光纜線路的測(cè)量［J］.光通信研究，2011（1）：26-28.

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

［3］田國(guó)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(cè)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。