基于 OTDR 的光纖常見故障測(cè)試及定位

楊彬

摘要：隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖已經(jīng)成為各類通信系統(tǒng)核心網(wǎng)部分中最主要的傳輸媒介，光纖性能的好壞直接影響著網(wǎng)絡(luò)體系中傳輸質(zhì)量的優(yōu)劣，所以光纖的測(cè)試維護(hù)成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員的必修課。在近幾年帶領(lǐng)學(xué)生參加各類技能大賽的過程中，針對(duì)學(xué)生在進(jìn)行光纖熔接、冷接過程中出現(xiàn)的各類問題進(jìn)行了匯總，本文使用 OTDR（光時(shí)域反射儀）作為測(cè)試儀表，介紹了光纖的常見故障、導(dǎo)致的原因及測(cè)試修復(fù)方法。

關(guān)鍵詞：光纖；光纖測(cè)試；OTDR；技能大賽；

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）15-0262-02

隨著近幾年光網(wǎng)通信的普及，越來越多的核心網(wǎng)采用以光纖作為數(shù)據(jù)通信的傳輸媒介，以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力與素養(yǎng)為主體的職業(yè)院校中，與通信、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的專業(yè)中也越來越多的增加了光纜、光纖的相關(guān)知識(shí)與操作技能。作為一線教師，在近幾年的各級(jí)各類相關(guān)職業(yè)技能大賽中，作為指導(dǎo)老師、裁判多次參與到光纖相關(guān)項(xiàng)目的備賽及執(zhí)判過程中。本文即針對(duì)在教學(xué)、帶賽及考評(píng)過程中常見的故障現(xiàn)象進(jìn)行了總結(jié)。

1 光纖概述

光纖是一種由擠壓的玻璃或塑料制成的柔韌的透明纖維，略粗于人的頭發(fā)。利用光的傳輸速度快、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，光纖成為網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)中最常用的一種傳輸媒介。此外，與常規(guī)的電纜相比，光纖有著比電纜更長(zhǎng)的傳輸距離和更高的帶寬。

目前光纖主要包括單模光纖和多模光纖兩種。分別如圖 1 與圖 2 所示。其中單模光纖的纖芯直徑為 8.3μm～10μm，多模光纖的纖芯直徑為 50μm～100μm。由于多模光纖中傳輸?shù)哪Ｊ捷^多，各個(gè)模式的傳播常數(shù)和速率不同，使光纖的帶寬窄，色散大，損耗也大，只適于中短距離和小容量的光纖通信系統(tǒng)。與多模光纖相比，單模光纖的芯徑要小得多，小芯徑和單模傳輸?shù)奶攸c(diǎn)使得在單模光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不會(huì)因?yàn)楣饷}沖重疊而失真，所以單模光纖的信號(hào)衰減率最低，傳輸速度最大，其傳輸距離也比多模光纖要高出 50 倍。

2 OTDR 工作原理

OTDR（光時(shí)域反射儀）是根據(jù)光學(xué)原理的菲涅爾反射及瑞利散射進(jìn)行工作的，通過將一定波長(zhǎng)的光信號(hào)注入被測(cè)光纖，而光在光纖中傳輸時(shí)產(chǎn)生瑞利散射，若光纖在傳輸信號(hào)的過程中有機(jī)械連接或斷裂，則光會(huì)在光纖中產(chǎn)生菲涅爾反射，于是，設(shè)備就會(huì)接收和分析到反射回來的背向散射光，相應(yīng)數(shù)據(jù)處理后反映到顯示屏上為帶菲涅爾反射峰的一定斜率的曲線，通過這些曲線就可以直觀地顯現(xiàn)出被測(cè)光纖線路的性能，為施工和維護(hù)人員提供原始的資料和數(shù)據(jù)。

3 光纖常見故障現(xiàn)象

現(xiàn)如今，隨著網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模越來越大，很多骨干鏈路都是用了光纖傳輸，一條使用的光纖鏈路有多長(zhǎng)，中間有沒有連接點(diǎn)，信號(hào)傳輸過程中常會(huì)遇到哪些問題以及如何預(yù)判與排查，這是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員經(jīng)常想知道的問題。借助于 OTDR 測(cè)試儀可以很快地檢測(cè)到鏈路的長(zhǎng)度、中間的節(jié)點(diǎn)數(shù)，查看到節(jié)點(diǎn)的損耗是否過大等等常見的故障問題，這樣運(yùn)維人員就能有針對(duì)性地去解決問題。以下給出了一些最常見的光纖故障以及產(chǎn)生這些故障的可能因素。

3.1 測(cè)試不通

在教學(xué)實(shí)踐過程中，這種現(xiàn)象最常出現(xiàn)。通常而言，如果連接完全不通，很可能是開纜時(shí)光纖的外護(hù)套受到了損傷，而導(dǎo)致光纖芯出現(xiàn)斷裂；或者是盤纖時(shí)彎曲半徑過小，出現(xiàn)的彎折；除此之外還有可能是以下因素造成：

1）傳輸功率不足；

2）光纖鋪設(shè)距離過長(zhǎng)；

3）連接器受損、光纖接頭和連接器故障、使用過多的光纖接頭和連接器在教學(xué)中，若出現(xiàn)不通的情況，首先采用紅光筆進(jìn)行簡(jiǎn)單的故障排查。若不是徹底斷裂，則再使用 OTDR 進(jìn)行測(cè)試。如圖 3 左圖所示就是在判斷沒有斷裂的前提下，使用 OTDR 測(cè)試出的結(jié)果圖像，在 214.05 米處有一個(gè)損耗，且無反射尖峰，判斷其最大的可能是一個(gè)光纖熔接點(diǎn)或者光纖過度彎曲點(diǎn)（均為損耗事件）。由于左高右低的差值就是其損耗值，且高達(dá)0.72dB，被認(rèn)為超標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)通常規(guī)定熔接點(diǎn)最大損耗不應(yīng)超過 0.3dB），故判定為不合格。

此外，如果節(jié)點(diǎn)太多，也會(huì)影響光纖的損耗，所以一般不建議光纖鏈路中有太多的連接器，如圖 3 右圖所示，就是在 160.07 米處，因?yàn)檫B接器原因，使得損耗達(dá)到了 0.98dB 而出現(xiàn)在了斷點(diǎn)。

3.2 時(shí)續(xù)時(shí)斷

在光纖故障中，還會(huì)產(chǎn)生時(shí)斷時(shí)續(xù)的這種現(xiàn)象。教學(xué)中出現(xiàn)這種現(xiàn)象的幾率也比較多，導(dǎo)致這種情況的可能因素有以下幾點(diǎn)：

1）光纖熔接點(diǎn)制作水平低劣、結(jié)合次數(shù)過多造成光纖衰減嚴(yán)重；

2）灰塵、指紋、擦傷、濕度、纖維等因素?fù)p傷了連接器；

3）傳輸功率過低而以上所有這些情況中，幾率最大、最易出現(xiàn)問題的就是光纖清潔問題，因?yàn)楣饫w接頭。

在制作過程中的污損導(dǎo)致信號(hào)傳輸過程中出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)問題。其次就是接頭表面磨損造成。但是不可能由肉眼去觀察并且清除污漬，一方面因?yàn)槔w芯很小看不清，其次光源的激光對(duì)眼睛有一定的危害，所以通過 OTDR 的通道分析儀找到有問題的節(jié)點(diǎn)后，可以使用專用的光纖界面放大鏡（選配附件）檢查接頭和法蘭情況，如圖 4 第 1 頁(yè)面和圖 4 第 2 頁(yè)面所示。如果是污漬引起的，可以用專門的清潔工具進(jìn)行清潔，清潔后如圖 4 第 3 頁(yè)面所示。

3.3 光纖傳輸中的誤碼

誤碼產(chǎn)生于信號(hào)傳輸過程中，是因?yàn)樵诖诉^程中的衰變會(huì)影響信號(hào)的電壓，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)在傳輸過程中被嚴(yán)重破壞，進(jìn)而才會(huì)產(chǎn)生誤碼。而在整個(gè)光傳輸?shù)逆溌分校腥魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)的故障都可能導(dǎo)致誤碼的產(chǎn)生。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能因素有：

1）配件法蘭出現(xiàn)問題；

2）光器件性能降低；

3）光功率變動(dòng)幅度過大幻象就是最常見的一種誤碼?；孟蟾蓴_是指某個(gè)連接器反射過強(qiáng)時(shí)，反射信號(hào)逆向回到儀器端口，儀器端口會(huì)再次或多次接收到此反射信號(hào)，并錯(cuò)誤地當(dāng)作是一個(gè)連接器的正常反射信號(hào)那樣進(jìn)行采樣、存儲(chǔ)和分析計(jì)算。這里最常見的一種儀器現(xiàn)象就是雙向測(cè)量得到的光纖長(zhǎng)度不一致。由于連接器灰塵大到幾乎已經(jīng)覆蓋連接器的程度，而通過 OTDR 測(cè)試儀器發(fā)過來的光遇到灰塵的時(shí)候會(huì)帶來一個(gè)大反射，在曲線圖上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較大的峰值變化，而測(cè)試儀器會(huì)誤認(rèn)為此峰值依然有光纖，但是此處只是一個(gè)幻象并不是真正的光纖，所以從兩端測(cè)得的長(zhǎng)度就會(huì)發(fā)生較大的差異。由于多次反射的強(qiáng)信號(hào)與正常傳輸?shù)墓饷}沖進(jìn)行了疊加，在高速光纖系統(tǒng)中就會(huì)增加誤碼率。

4光纖故障定位及解決方案

光纖在工程使用中如果出現(xiàn)了故障，往往需要使用專用的儀器設(shè)備進(jìn)行測(cè)試與定位。然后依據(jù)測(cè)試設(shè)備中顯示出的結(jié)果進(jìn)行故障排除工作。

4 .1 光纖故障的定位

在日常光纜的維護(hù)工作中通常采用以下過程來進(jìn)行查找和判斷，使用 OTDR（光時(shí)域反射儀）測(cè)試定位光纖故障點(diǎn)。

1）測(cè)試中，如果顯示屏沒有曲線，則光纖故障點(diǎn)在儀器的盲區(qū)內(nèi)，包括光纜的尾部、光纜與尾纖的連接接頭、法蘭，此時(shí)可以增加一段尾纖，以減小盲區(qū)范圍，找到光纖的斷點(diǎn)。

2）屏幕上反射曲線遠(yuǎn)端位置與光纜實(shí)際長(zhǎng)度不符，曲線中有明顯“臺(tái)階”，若此處是接頭處，則說明此接頭接續(xù)不合格或者該根光纖在接頭盒中彎曲半徑太小或受到擠壓；若此處不是接頭處，則說明此處光纜受到擠壓或打急彎。

3）曲線顯示遠(yuǎn)端出現(xiàn)強(qiáng)烈的菲涅爾反射峰，說明該處光纖端面與光纖垂直，說明該處是端點(diǎn)而不是斷點(diǎn)，故障點(diǎn)可能在終端接頭（法蘭或 ODF 架）上。

曲線遠(yuǎn)端尾部沒有反射峰，說明端面為斷纖面，最大可能是光纜與尾纖的熔接點(diǎn)故障。曲線顯示遠(yuǎn)端無反射峰，但有一突起曲線，表明該處光纖出現(xiàn)斷裂紋，產(chǎn)生損耗，檢查光纜與尾纖的熔接點(diǎn)。

曲線顯示高損耗區(qū)與高損耗點(diǎn)。曲線斜率明顯較大，說明該段光纖質(zhì)量不好，衰耗較大。高衰耗點(diǎn)如果與接頭部位相同，說明接頭損耗大，可重新熔接，也有可能是光纜受力變形，導(dǎo)致光纖受外力而產(chǎn)生損耗。

4 .2 光纖故障的解決方案

使用光時(shí)域反射儀測(cè)定故障點(diǎn)位置后，依據(jù)測(cè)試的結(jié)果使用選擇如下的幾類方法進(jìn)行修復(fù)。

1）如果是光纜受外力折斷，則需要立即對(duì)其進(jìn)行熔接修復(fù)。

2）如果是單線中斷并且是在接頭盒里，應(yīng)仔細(xì)檢查接頭盒內(nèi)的光纖盤，逐一檢查纖芯是否有斷裂現(xiàn)象，若有，也需要重新進(jìn)行熔接。此外，如果光纖盤內(nèi)光纖松動(dòng)，導(dǎo)致光纖彈起在光纖盤邊緣或盤上螺絲處被擠壓，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)壓傷、壓斷光纖。

3）如果故障點(diǎn)既沒有熔接點(diǎn)也沒有外力因素折斷，則需要對(duì)本段光纜路由進(jìn)行肉眼觀察，光纜表面或許也會(huì)有由于外力因素造成的外傷，通過檢查損傷點(diǎn)的輕重來判斷是需要重新熔接。

隨著近幾年光纖通信系統(tǒng)的廣泛用，對(duì)于敷設(shè)的光纜質(zhì)量的評(píng)估以及后期的維護(hù)越來越重要，OTDR 作為光纜工程施工和光纜線路維護(hù)工作中非常重要的測(cè)試儀器，通對(duì)對(duì)被測(cè)光纖曲線的綜合分析，能較準(zhǔn)確的判斷光纜的接頭位置及損耗值、長(zhǎng)度和故障點(diǎn)等有著重要的作用。所以，在實(shí)際教學(xué)工作中，通過不斷積累經(jīng)驗(yàn)，并將理論與實(shí)踐相結(jié)合，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用儀表來判斷和處理故障，協(xié)助學(xué)生更好地掌握光纖測(cè)試的方法與技巧。

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