OTDR操作、曲线分析、参数解析

OTDR的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer，中文意思为光时域反射仪。

OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密
的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。

一、ODTR的基本原理
要想真正明白OTDR的原理，首先我们必须明白它的光
学原理和工原理。

能够准确的区分瑞利散射和菲尼尔反射。

（一）光学原理
瑞利散射：是光纤的一种固有损耗，是指光波在光纤传输时，遇到一些比光波波长小的微粒而向四周散射，导致光功率减小的现象。

瑞利散射光有以下特征：波长与入射光波的波长相同，它的光功率与此点的入射光功率成正比。

菲尼尔反射：就是光在从一种介质(光纤)传到另一种介质(空气)中时，被沿原介质(光纤)反射回来。

在什么情况下可能产生瑞利散射和菲尼尔反射？
瑞利散射：如同大气中的颗粒散射了光，使天空变成蓝色一样。

瑞利散射的能量大小与波长的四次方的倒数成正比，大约比入射光功率低60dB，即入射光功率的0．0001％。

所以波长越短散射越强，波长越长散射越弱．还需要注意的是能够产生背向瑞利散射的点遍布整段光纤，是连续的。

菲尼尔反射就是我们平常所理解的光反射，是指光在从一种介质(光纤)传到另一种介质(空气)中时，被沿原介质(光纤)以入射时相同的角度反射回来。

需要注意的是菲涅尔反射是离散的，由光纤上个别的点位置产生。

而反射回来的光强度可达到入射光强度的4％。

（一个灰尘的直径是
10-100UM，一个光纤的直径只有9UM左右。

）
工作原理
OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内,然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。

当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质，连接器，接合点，弯曲或其它类似的事件而产生散射，反射。

其中一部分的散射和反射就会返回到
OTDR中。

返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。

从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。

OTDR类似一个光雷达，它先对光纤发出一个测试光脉冲，然后观察从光纤上各点返回（包括瑞利散射和菲涅尔反射）的激光的功率大小情况，这个过程重复的进行，然后这些结果需要进行平均，并以轨迹图的形式显示出来，这个轨迹图就描述了整段光纤的情况。

（框图说明：由光源发出的光波经光学系统、方向耦合器、光纤活动连接
器后注入被测光纤，此时在光纤活动连接器处产生一个菲尼尔反射，光波继续前传，在传输过程中不断产生瑞利散射，在光纤终结处又产生一个菲尼尔反射．菲尼尔反射和瑞利散射返回的反射光经方向耦合器向下变向后传入光学系统，经光电转换后送入信号处理器，最后经处理后在示波器上显示出来。

）
一、ODTR的参数解析
（了解参数解析的目标是为了让大家理解光纤固有参
数、测量参数及性能参数，掌握各参数的设置机理。

）二个固有参数（光纤的折射率、散射系数）
六个测量参数（量程、波长、脉冲宽度、平均时间、OTDR 的设计\最优化模式、门限设置）
三个性能参数（动态范围，盲区，分辨率）
二个固有参数：
光纤折射率是指被光纤实际的折射率，应我等于真空中的光速除以光脉冲在光纤中的速度。

（该数值由被侧光纤的生产厂家给出，单模石英光纤的折射率大约在1.4600-1.4800之间。

越精确的折射率对提高测量距离的精度越有帮助。

）
1、实际测试时很难从厂家获取准确的折射率，一般对于G.652单模光纤，在1310NM波长下一般可取1.4680,在1550NM波长下一般可取1.4685.
2、假设被测光纤实际长度L0,测试长度L1,则因为折射率的误差引起的长度相对误差L0-L1＝L0×（n0-n1）/n1,其中n1是测试折射率。

由上述公式可以算出，折射率每偏差0.001,则可引起1KM光纤大约0.7M的测试误差，亦即0.7M/KM的误差。

3、被测光纤的测试长度与折射率的取值成反比。

散射系数是指散射回OTDR光线量的度量，它会影响回波损耗和反射级别的测量值。

散射系数是OTDR输出处的光脉冲率与光纤近端处的后向散射功率比率，此比率以dB为单位。

（因为光脉冲功率与脉冲宽度相互独立，所以散射系数与脉冲宽度成反比具体的值还取决于波长和光纤的类型）
六个测量参数（量程、波长、脉冲宽度、平均时间、OTDR 的设计\最优化模式、门限设置）
量程是指OTDR横坐标能达到的最大距离。

对量程的选取其实就是对测试采样起始和终止时间的选取。

测量时选取适当的量程可以生成比较全面的轨迹图，对有效的分析的特性有很好的帮助。

1、进行光纤特性详细分析时（如备纤测试），建议选取量程就是被测光纤长度的1.5倍比较合适，亦即使散射曲线大约占到OTDR显示屏的约70%，不论是对长度还是损耗进行测试都能得到较好的结果。

2、进行故障定位分析时，建议选取量程是被测光纤长度的2倍以上，通过观察二次反射（鬼影现象）来进行故障初判。

波长是指OTDR激光器发射的激光的波长，根据需要选择1310NM或1550NM。

在系统开通前进行光纤测试时，选择
波长应当与所开通的系统所采用的波长一致。

1、波长越长，瑞利散射的光功率就越弱，所以1320NM 的脉冲产生的瑞利散射的轨迹图样就要比1550NM产生的要高。

2、长距离选择1550NM波长合适，因为在长距离测试时，1310NM波长衰耗圈较大，激光器发出的激光脉冲在待测光纤的末端会变得很微弱，这样受噪声影响较大，形成的轨迹图就不理想。

而高波长区（1550NM以上），虽然瑞利散射会持续减少，但是一个红外线衰减（或吸收）就会产生。

3、进行全程光纤背向散射信号曲线测试，宜选1550NM 波长。

两种波长测得的光纤长度、接头衰耗值基本一样，但1550NM波长更容易发现光纤线路上是否存在弯曲过度的情况。

那么我们如何判断弯曲过度情况呢？选择1550NM波长发现曲线某处有较大台阶，再用1310NM波长复测，若在1310NM波长下损耗台阶消失，说明该处存在弯曲过度情况。

原则：如果可能，总是同时测试1310NM和1550NM两个波长以便比较不同波长上的测试结果，判断光缆是否受到应力而弯曲。

对同一根光纤，不同波长下进行的测试会得到不同的损耗结果。

测试波长越长，对光纤弯曲越敏感。

1550NM下测试的接头损耗大于1330NM处的测试值。

上图中，第一个熔接
点存在弯曲问题，而另外的熔接点在两测试波长下状态近似，这表明光纤未受力或未弯曲。

脉冲宽度是表示脉冲时间长度，当然也可以算成脉冲在光纤上所占用的空间长度。

OTDR注入光纤的光沿着光纤的传播与水在管道内流动很相似。

测试中选择符合测试需求的脉冲宽度是很重要的。

1、从能量的角度思考，在光功率恒定的情况下，脉冲宽度越大，能量越大，所能测试的纤长越长。

2、脉冲宽度大小直接影响动态范围、盲区和分辨率的大小。

脉冲宽度越大动态范围越大、盲区越大，分辨率低，脉冲宽度越小动态范围越小、盲区越小，分辨率越高。

3、实际选择脉宽时，需要综合考虑测试需求，结合被测光纤的长度进行选择。

一般情况下呢？
如何理解此参数间的相互关系呢？这就需要我们理解OTDR 的工作原理和性能参数。

平均时间/次数是通过每次输出脉冲后的反射信号采样，并把多次采样做平均处理以消除一些随机事件，从而在OTDR 形成良好的显示图样，根据用户需要动态的或非动态的显示光纤状况而设定的参数。

由于背向散射光信号极其微弱，测试中容易受噪声的影响，同时光纤中某一点的瑞利散射功率是一个随机过程，要确知该的一般情况，减少接收器固有的随机噪声的影响，一般采用统计平均的方法来提高信噪比，即通过设置合理的平均时间/次数。

1、平均化时间/次数越长，噪声电平越接近最小值，动态范围越大。

例如，3分钟平均所获得的动态范围比1分钟的动态范围提高0.8DB。

2、平均化时间越长，测试精确度越高，但达到一定程度时精度不再提高，为了提高测试速度，缩短整体测试时间，在需要进行详细曲线分析时，一般测试时间可在0.5—3分钟
内选择。

3、如果要实时掌握光纤的情况，可以设定平均化时间为0，亦即选择实时模式。

OTDR的设计/最优化模式是指部分仪表设置有不同路径的接收器，有于优化动态范围或提供更良好的分辨率，一般可分为标准、高分辨率（长距离）等优化设计，可根据需要选择适当的OTDR设计模式。

1、分辨率优化的OTDR采用宽带接受，虽然可以较快的跟随接收到的信号，但是线路也产生较大的噪声，因此此模式能提供小的盲区，但是动态范围也变小。

2、动态范围优化的OTDR采用窄带接受，接收器对跳变沿进行了比分辨率优化时更大的取舍，从连接器反射恢复需要较大的时间，因此此模式提供大动态范围，能测量的光纤距离更远，但是盲区也变大。

门限设置一般是为了给仪表内置的曲线轨迹分析功能寻找特征事件点来设置阈值。

门限设置的合理可使仪表快速准确定位特征事件点的距离及测量相应的衰减、损耗等。

1、一般情况下：非反射事件门限：应设置为0.01DB。

反射事件门限：设置为-40DB；光纤末端/结束门限：设置为3.0DB前端板连接器警告级别：设置障为-30DB。

2、在进行曲线轨迹分析时，可参考仪表自动轨迹分析的结果，同时更应该结合线路资料，对比分析多条同缆光纤曲线，综合分析找出正确的特征事件点，减少测量误差。

动态范围是指背向散射曲线上起始电平和噪声电平之差，是能够测试的背向散射曲线的最大衰减值（DB），决定了OTDR所能测得的最长光纤距离。

有两种理解：
1、背向散射曲线上起始电平和噪声圴方根电平之头式，即信噪比=1.
2、北向散射曲线上起始电平和噪声峰值电平之差。

1、有效动态范围是指有效动态范围等于动态范围减去余量。

当需要精确测试接头损耗，尤其是曲线末端的损耗时，动态范围必须留有一定的余量，而且待测事件点损耗值越小，相应所需的余量越大。

2、动态范围的主要影响因素包括脉冲宽度、平均化时
间/次数、OTDR设计、波长、光纤种类等。

如何影响动态范围的呢？1、脉宽越大，动态范围内越大。

2、更长的平均时间/次数，可减少噪声电平，增大动态范围
盲区，亦可称为了点分辨率，是指OTDR的接收器从饱和到能进行测试所需要的时间，是由OTDR的测试光脉冲遇到光纤连接点等光纤不连续点而产生菲涅尔反射造成的，而相应的背向瑞利散射则被淹没在反射中。

通常情况下，盲区分为事件盲区和衰减盲区。

事件盲区是指从饱和起点至曲线从饱和处下降1.5DB的点。

衰减盲区是指饱和起点至曲线从正常衰减起点向上抬升+0.5DB的点。

1、超过事件盲区的点，是可以测试看到是否存在第二个反射点，但不能测试衰减及损耗，即事件盲区可确定两个可区分的反射事件点间的最短距离（例如，两个连接器之间）
2、超过衰减盲区的点，是可以测试看到衰减和损耗的，即测试光纤连接点到第一个可检测接头点之间的最短距离。

3、盲区主要取决于仪表的设置，主要影响因素包括:脉冲宽度、反射大小、OTDR设计等。

那么如何影响盲区的呢？1、脉宽越在，盲区越大。

2、反射越大，盲区越大在。

分辨率，亦可称为1点分辨率，是指OTDR的数据采样间隔，它确定了背向散射曲线上的事件点的定位精度。

1、OTDR在测试沿光纤长度方向以固定的间隔进行数据采样，采样间隔越短，采样根据点越多，采集的根据也越多，同时意味着它定位精度越高，但与此同时测试花费的时间也会越长，测试结果文件也越大。

2、分辨率的主要影响因素包括抽样距离、时基准确性、折射率设置。

那么如何提高1点分辨率的呢?请思考抽样数据点的选择、量程的选择等。

四、曲线分析：。