光时域反射仪

起点 A / km 0.0453 终点 B / km 5.0123 光纤长度 l AB / km 4.9671 10ns 衰减 l AB AB / dB 1.46 衰减系数 AB / 0.29 dB/km 起点 A / km 0.0805 终点 B / km 5.0077 光纤长度 l AB / km 4.9273 250ns 衰减 l AB AB / dB 1.18 衰减系数 AB / 0.24 dB/km 对上表数据作误差计算与分析： （1）对 10ns： 衰减系数平均值： 10ns = 标准偏差： 10ns
2 1 4 250nsi 250ns = 0.12dB/km 4 1 i 1


250ns 脉宽测出的衰减系数： 250ns 250ns 250ns = 0.26 0.12 dB/km 3、测量整段光纤的平均损耗
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表 3 测量整段光纤的平均损耗(n = 1.4682， = 1550 nm) 脉冲宽 度 测量次数 第一次 第二次 0.0453 5.0120 4.9668 1.48 0.30 0.0805 5.0100 4.9296 1.18 0.24 第三次 0.0453 5.0118 4.9665 1.49 0.30 0.0803 5.0043 4.9240 1.18 0.24 第四次 0.0453 5.0120 4.9668 1.48 0.30 0.0839 4.9997 4.9158 1.12 0.23 第五次 0.0453 5.0118 4.9665 1.49 0.30 0.0839 5.0089 4.9250 1.13 0.23
标准偏差： 10ns
1 6 (d 250nsi d 250ns) 2 0.0002 km 6 1 i 1 由于 250ns 脉冲的测量精度为 25.0m=0.0250km>> 250ns , 故总不确定度为
标准偏差： 250ns
250ns=0.0250km
250ns 脉宽测出的光纤长度为： d 250ns d 250ns 250ns 5.0127 0.0250 km
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图3
OTDR 测量曲线，其中上面那条线和下面的那条线分别为 250ns 和 10ns 脉 冲产生的
图4 分析：
OTDR 测量曲线放大图, 其中上面那条线和下面的那条线分别为 250ns 和 10ns 脉冲产生的
4
1) 从图 3 和图 4 可以看出，10ns 脉冲测量到的 OTDR 图像比 250ns 测量到的图 像更加精确。从理论上说，10ns 脉冲的测量精度为 1.0m，250ns 脉冲的测量 精度为 25.0m，所以 10ns 脉冲的测量精度更高，这与图 3 和图 4 的实验结果 吻合。 2) 由于测量精度不同，由图 4 可以看出，250ns 的测量结果的 2 个反射峰重叠 在一起，根本分别不出第二个反射型连接的位置。 3) 由图 3 看出，虽然 10ns 的脉冲测量精度高，但 10ns 脉冲的噪声也比较大。 4) 图 3 和图 4 中，250ns 脉冲的测量曲线在 10ns 脉冲的测量曲线上面，故激光 产生的 250ns 脉冲的能量比 10ns 脉冲的能量要高。 5) 以上分析说明了脉冲宽度直接影响着 OTDR 的动态范围， 脉宽越大， 功率越大， 可测的距离越长，但分辨率变低；脉宽越窄，分辨率越高，测量也就越精确， 但可测量距离短。 1、 测量光纤长度： 表 1 光纤长度测量值(n = 1.4682， = 1550 nm) d d2 / km d3 / km d4 / km d5 / km d / km d / km 1 / km 测量次数 脉宽 10ns 5.0123 5.0119 5.0119 5.0119 5.0119 5.0120 0.0002 脉宽 5.0129 5.0125 5.0126 5.0127 5.0128 5.0127 0.0002 250ns （1）对 10ns： 光纤平均长度： （5.0123+5.0119+5.0119+5.0119+5.0119） ÷5= 5.0120 d 10ns = km
2 1 4 250nsi 250ns = 0.01dB/km 4 1 i 1
1 6 (d10nsi d10ns) 2 0.0002km 6 1 i 1 由于 10ns 脉冲的测量精度为 1.0m=0.0010km>> 10ns ,故总不确定度为 10ns =0.0010km 10ns 脉宽测出的光纤长度为： d10ns d10ns 10ns 5.0120 0.0010 km （2）对 250ns： 光纤平均长度： d 250ns = （ 5.0129+5.0125+5.0126+5.0127+5.0128 ）÷5 = 5.0127 km
【实验原理】
实验原理图如图 1 所示：
图 1 OTDR 的工作原理图 【实验设备】 实验用具：CMA4000i 型 OTDR、光纤连接器、适配器、光纤/光缆等，一台 OTDR 测量仪。 OTDR 测量仪组成： 1)光学部分 （1）半导体激光二极管：产生激光脉冲输入到被测光纤中。 （2）耦合器：将激光脉冲耦合到光纤中，同时将从光纤中散射回来的光信 号耦合到光电探测器上。 （3）光纤适配器与光纤跳线：用于连接两段光纤。 2)电子部分 （1）光电探测器：将返回的散射光信号转换为电信号。 （2）放大器：将返回的散射光信号放大，同时也放大由光信号转成的电信 号。 （3）电源：供电给激光二极管、光电探测器和放大器。 3)数据采集 （1）数据采集卡：需要频率很高（如 100MHz）的数据采集卡来采集信号才 能得到高的分辨率。 （2）微机处理器：用来处理测量采集到的信号。
光时域反射仪（OTDR）
林斋帆
（院系：理工院 10 光信 学号：10329060 合作者：赵子旭 组号：A1） 光时域反射仪 英文名称：optical time-domain reflectometer;OTDR 通过对测量曲线的分析，了解光纤的均匀性、缺陷、断裂、接头耦合等若干性能 的仪器。是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的 精 密的光电一体化仪表。 OTDR 用于光缆线路的施工、维护之中，可以进行光纤 长度、光 纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。
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分析： 1) 10ns 脉冲和 250ns 的脉冲的测量结果有一点点不同，250ns 脉冲的光纤长度 测量结果会稍稍长一点。但在误差允许范围内，他们的测量结果一致。 2) 多次用同一个脉宽的脉冲测量得到的曲线基本上重合，因此测量的标准偏差 c t 比较小，误差主要来源于理论上的测量精度： d 。 2n 2、 分段测量光纤的衰减损耗 表 2 分段测量光纤的衰减损耗(n = 1.4682， = 1550 nm) 脉冲宽度 测量段序 第一段 第二段 第三段 起点 A / km 0.0807 1.0000 1.9972 终点 B / km 1.0376 2.1513 2.9972 光纤长度 l AB / km 0.9569 1.1513 1.0000 10ns 衰减 l AB AB / dB 0.39 0.21 0.16 衰减系数 AB / dB/km 0.41 0.21 0.16 起点 A / km 0.0807 1.0000 1.9972 终点 B / km 1.0376 2.1513 2.9972 光纤长度 l AB / km 0.9569 1.1513 1.0000 250ns 衰减 l AB AB / dB 0.42 0.20 0.20 衰减系数 AB / dB/km 0.44 0.20 0.20 对上表数据作数据处理：
2
d
c t 可算出光纤的长度。 分别用脉宽为 10ns 和 250ns 的激光测量光纤的长度。 2n
测量时所获得的图像和相应的像素点都是取 30 秒钟的平均值。注意在测量时尽 量避免触碰光纤，以免由于外压力造成菲涅尔反射，影响测量。可选取菲涅耳反 射的起始点作为测距起点。 7、分段测量光纤的平均损耗:分别用脉宽为 10ns 和 250ns 的激光分段测量 光纤的平均损耗。每段选择约 2km，注意选择点 A 和 B 时应避开融接连接点和机 械连接点。 8、测量全段光纤的平均损耗:分别用脉宽为 10ns 和 250ns 的激光测量全段 光纤的平均损耗。 注意设置的长度测量范围不能超过光纤的实际长度，否则测试 曲线会出现“鬼影” 。此外还要设置好光纤的折射率，单模还是多模等，以便得 到正确的测量结果。 9、分析图像:利用 GnPC 仿真软件对从 OTDR 获得的图像进行处理，分析实验 数据。
1 4 10nsi 10ns 4 1 i 1


2
= 0.11 dB/km
10ns 10ns 10ns = 0.25 0.11 dB/km 10ns 脉宽测出的衰减系数：
（2）对 250ns： 衰 减 系 数 平 均 值 ： 250ns = (0.44+0.20+0.20+0.21)/4=0.26 (dB/km) 标准偏差： 250ns
第四段 2.9972 4.2756 1.2784 0.27 0.21 2.9972 4.2756 1.2784 0.27 0.21
（1）对 10ns： 衰 减 系 数 平 均 值 ： 10ns = (0.41+0.21+0.16+0.21)/4=0.25 (dB/km) 标准偏差： 10ns
图2
CMA4000i 型 OTDR 外观
[实验步骤] 1、认真阅读仪器使用说明书。 2、连接光纤与 OTDR:待测光纤预先融接光纤连接器（FC/PC） ，用干净镜头纸 擦净良接器端面，小心插入 OTDR/光纤接口（FC/PC 适配器） ，对准卡位。严禁随 便拧动光纤接头。 3、开机:按下顶部红色开关接通电源，OTDR 会进行自检。自检后显示出操作 模式选择页面。 4、设定参数:仪器默认的测量范围是 16km，默认的测量脉宽为 100ns,为充 分仪器的测量精度， 设置测量范围为： 8km/0.5m。 注意纤芯的折射率为 n=1.4682 不能改动. 5 、测量光纤长度：通过记录发出脉冲和接收到的反射光的时间差，根据
0.30 dB/km
1 4 10nsi 10ns 4 1 i 1


2
= 0.01wenku.baidu.comdB/km
10ns 脉宽测出的衰减系数： 10ns 10ns 10ns = 0.30 0.01 dB/km （2）对 250ns： 衰减系数平均值： 250ns =0.24 dB/km 标准偏差： 250ns
1
4)测量软件 通过软件处理，将光纤损耗沿长度的分布以曲线的形式显示出来。 OTDR 的外观界面如图 2，图中标号说明如下： （1）VEL 端口 （2）直流电源插口 （3）OTDR/光源接口 （4）功率计接口 （5）电源开关 （6）测试开始/停止与实时测试键 （7）可变功能键 （8）显示参考位置选择键 （9）游标控制旋钮 （10）A/B 游标切换与选择确认键 （11）曲线坐标范围调节键 （12）OTDR 设置菜单激活键 （13）存储键 （14）内置键盘 OTDR 指示灯说明如右图所示： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 软盘存储指示灯 硬盘存储指示灯 节能待机状态指示灯 电池状态指示灯（橙：正在充电；绿：充电完成） 外接电源指示灯 光源工作状态指示灯
[实验过程记录与分析] 以下图 3~图 6 为实验所得到的 OTDR 测量曲线： 10ns 宽度脉冲和 250ns 宽度脉冲测量得到的 OTDR 测量曲线如图 3 所示。图 3 中，第一个峰为光由空气进入光纤的反射所致，第二个峰为两段光纤之间接口 反射所致， 而末端的那个峰则是光由光纤进入空气的介面反射所致。在图 4 中将 横坐标尺度放大，可以更清楚的看到第一个峰与第二个峰。