光时域反射仪交流(OTDR)

三、OTDR的性能参数
OTDR的性能参数一般包括OTDR的动态范围、盲区、距离精确度、 OTDR接收电路设计和光纤的回波损耗、反射损耗。 1、动态范围 （1）定义 我们把初始背向散射电平与噪声底电平的差值（dB）定义为动 态范围。 （2）动态范围的作用 动态范围可决定最大测量长度；大动态范围可提高远端小信号 的分辨率；动态范围越大，测试速度越快；动态范围是衡量仪表 性能的重要指标。
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图1-12分段设置折射率示意图
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（4）光缆成缆因素的影响 OTDR测量的是光纤的长度，通常光纤的长度大于光缆的长度。在 确定光缆上各点位置时，一定要考虑成缆因素对测试造成的影响。 光缆成缆时的扭绞系数一般在7%左右。 （5）仪表的测试误差 仪表的测试误差与仪表的设计、制造技术和仪表应用软件有关。 在以上影响OTDR的距离精度的因素中，折射率设置偏差影响最大； 采样间隔、成缆因素和仪表误差影响次之；时钟精度影响可忽略不计 （采用内部时钟时） OTDR给出的距离精度一般只包括采样间隔和时钟带来的测量误差， 此时误差指标较小。
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2、非反射事件 光纤中的熔接头和微弯都会带来损耗"但不会引起反射，由于它们的反射较小， 我们称之为非反射事件。 非反射事件在OTDR测试结果曲线上，以背向散射电平上附加一突然下降台阶 的形式表现出来。因此在竖轴上的改变即为该事件的损耗大小，如图1-2所示。 3、反射事件 活动连接器、机械接头和光纤中的断裂点都会引起损耗和反射，我们把这种反 射幅度较大的事件称之为反射事件。 反射事件损耗的大小同样是由背向散射电平值的改变量来决定，反射值（通常 以回波损耗的形式表示）是由背向散射曲线上反射峰的幅度所决定，OTDR测试事 件类型及显示如图1-2所示。
图1-3两种光纤末端及曲线显示示意图
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（3）其他几种光纤末端的识别（如图12-4所示），在测量光纤长度确 定游标B时，必须选准光纤末端，才能精确测量出光纤的长度。在测试 过程中"会遇到以下几种光纤末端的显示曲线，以便于区分。
图12-4几种光纤末端的识别示意图
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3、距离精度
距离精度是指测试光纤长度时仪表的准确度（又叫一点分辨率）。 OTDR的距离精度与仪表的采样间隔、时钟精度、蓝图光纤折射率、 光缆的成缆因素和仪表的测试误差有关。 （1）采样间隔的影响 OTDR对反射信号按一定时间间隔进行采样（其过程为A/D转换）， 然后再将这些分离的采样点连接起来形成最后显示的测量曲线（后向散 射曲线）。仪表的采样点的数是有限的，故仪表的精度也是有限的。采 样间隔越小，仪表的测试精度就越高，由采样点偏差而带来的测量误差 就越小。采样间隔对测试的影响示意图如图1-11所示。
图1-10平均时间对动态范围的影响
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3 OTDR反射对盲区的影响 OTDR是利用光纤对光信号的后向散射来观察沿光纤分布的光纤质量, 对于一般的后向散射信号,不会出现盲区.但对于某些点出现较大反射峰 (光纤端面),产生的盲区也越大(接收器恢复时间较长OTDR).
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一、测试原理
OTDR利用其激光光源向被测光纤发送一光脉冲，光脉冲在光纤本身及各特征 点上会有光信号反射回OTDR，反射回的光信号又通过一个定向耦合器耦合到 OTDR的接收器，并在这里转换成电信号，最终在显示器上显示出结果曲线。 OTDR的组成方框图如图1-1所示。
图1-1组成方框图
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2 平均时间对动态范围的影响 OTDR测试曲线是将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，平均时间越长，噪声电平越接近最小值， 动态范围就越大。 OTDR的动态范围是按贝尔实验室TRTSY-000196中定义的平均时间为 3min时的指标. 平均时间越长,测试精度越高,但达到一定程度时精度不再提高.为提高测 试速度,缩短整体测试时间,一般测试时间可在(0.5-3min)内选择(厂家建议 平均时间不小于30s).平均时间对动态范围的影响如图1-10所示.
图1-5动态范围示意图 长春市电信分公司运维部
（4）动态范围的应用 动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度。如果OTDR的动态范围不 够大，在测量远距离背向散射信号时，就会被噪声淹没，将不能观测到接头 、弯曲等小特征点。 在进行全程光纤链路事件损耗测试时，观查事件点损耗所需的信噪比，再 加上光纤的链路损耗即为所需测试仪表的动态范围，如图1-6所示。 分辨事件损耗所需信噪比电平值见表1-1所示。
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图1-1各部分的作用如下：
光源：将符合规定要求稳定的光信号发送到被测光纤。 脉冲发生器：控制光源发送的时间，控制数据分析和显示电路与 光源同步工作，以得到正确的分析结果。 定向耦合器：将光源发出的光耦合到被测光纤，并将光纤沿线各 点反射回的光耦合到光检测器。 光检测器：将被测光纤反射回的光信号转换为电信号。 放大器：将光检测器送来的电信号放大、整形。 数据分析及显示：将反射回的信号与发送脉冲比较，计算出相关 数据，并配有分析电路，为曲线分析提供支持。
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（5）测量范围与动态范围的关系 初始背向散射电平与一定测量精度下可识别事件点电平的最大衰减差 值被定义为测量范围，测量范围与动态范围的关系如图1-7所示。 针对各种测量事件，其测量范围与动态范围的关系如表1-2所示。
图1-7动态范围与测量范围关系示意图
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测量范围
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2、盲区
盲区是决定OTDR测量精细程度的重要指标。 （1）定义 我们将由活动连接器和机械接头等特征点产生反射（菲涅尔反射）后， 引起，OTDR接收端饱合而带来的一系列“盲点”称为盲区。主要有衰 减盲区和事件盲区。 （2）衰减盲区 从反射峰的起始点到接收器从饱和峰值恢复到距线性背向散射后延线 上0.5dB点间的距离(贝尔实验室建议0.1dB，但0.5dB 更常用) (3)事件盲区 从反射峰的起始点到接收器从饱和峰值恢复到距峰值1.5dB点间的距 离.在这点之后紧接的第2个反射为可识别反射，但这时非反射事件、损 耗和衰减仍为不可测事件。衰减盲区和事件盲区可参照图1-8。 盲区决定了2个可测特征点的靠近程度，盲区有时也被称为OTDR的2 点分辨率。对图1-8来说，盲区越小越好。
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二、基本术语
在OTDR光纤测试中经常用到的几个基本术语 1、背向散射 2、非反射事件 3、反射事件 4、光纤末端
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1、背向散射 定义：光纤自身反射回的光信号称为背向散射光（简称背向散射）。 原因：产生背向散射光的主要原因是瑞利散射。瑞利散射是由于光纤 折射率的不同而引起的，散射会作用于整个光纤。瑞利散射将光信号 向四面八方散射，我们把其中沿光纤原链路返回OTDR的散射光称为 背向散射光。 应用：OTDR正是利用其接收到的背向散射光强度的变化来衡量被测 光纤上各事件损耗的大小；OTDR不仅能对各事件点上的反射光信号 进行测量，同时也可对光纤本身的反射光信号进行测量，因此我们可 以在OTDR上观察到光纤沿线各点上的曲线状况。
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脉冲宽度的选择：如需对靠近OTDR附近的光纤和紧邻事件进行观测时可选择 窄脉冲，以便于分辨两个事件，提高清晰度；如需对光纤远端进行观测时，可 选择宽脉冲，以提高仪表的动态范围，观测更长的距离，对于两个非常接近的 事件，当采用窄、宽脉冲测试时有如图1-9所示不同的曲线。
图1-9脉冲宽度对测试的影响
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图1-8事件，衰减盲区示意图
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（4）盲区和动态范围间的关系 盲区：决定OTDR横轴上事件的精确程度； 动态范围：决定OTDR纵轴上事件的损耗情况和可测光纤的最大距离。 影响动态范围和盲区的因素：主要有脉冲宽度、平均时间、反射和 OTDR接收电路设计等。 1 脉宽的影响 对动态范围的影响：在脉冲幅度相同的条件下，脉冲宽度越大，脉冲 能量就越大，此时OTDR的动态范围也越大。仪表给出的动态范围是在最 大脉冲时的指标。对盲区的影响：脉冲宽度越宽，盲区就越大；较窄的 脉冲会有较小的盲区，使我们能分辨出光纤中部两个相接近的机械接头， 而宽脉冲则不能显示出来；仪表给出的盲区是指最小脉宽时的指标。
图1-2测试事件类型及显示 长春市电信分公司运维部
4、光纤末端 光纤末端通常有两种情况： （1）如果光纤的末端是平整的端面或在末端接有活动连接器（平整、抛 光），在光纤的末端就会存在反射率为4%的菲涅尔反射。 （2）如果光纤的末端是破裂的端面，由于末端端面的不规则性会使光线 漫射而不引起反射。在OTDR上的显示如图1-3所示，第一种情况为一个反 射幅度较高的菲涅尔反射，第二种情况光纤末端显示的曲线从背向反射电平 简单地降到OTDR噪声电平以下。有时破裂的末端也可能会引起反射"但它 的反射峰不会像平整端面或活动连接器带来的反射峰值那么大。
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图1-11采样间隔对测试的影响
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（2）时钟的影响 时钟对OTDR的影响有两个方面：当采用仪表内部时钟时，对测量精 度影响较小；当利用外部时钟时，测量精度取决于外部时钟的精度。 （3）折射率的影响 OTDR是通过对反射信号时间参数进行测量后再按特定的公式来计算 距离参数。计算公式为： L=V x T =T x C/n，其中，C为光在真空中的速度，n为纤芯的折射率， T为光在光纤中传播时间的一半。 当用户对光纤折射率设置存在偏差时，即使很小（1%）对于长距离 测量也会引起显著的误差，(20Km时1%的误差为200m) 为减小折射率对测试距离的影响，在OTDR测试时输入的折射率必须 准确（或尽量准确）；当几段光缆的折射率不同时可采用分段设置的方 法，以减小因折射率设置误差而造成的测试误差。分段设置折射率示意 图如图1-12所示。
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（3）动态范围的两种表示方法 峰-峰值（简称峰值）动态范围，是一种传统的、比较有意义的指标， 它取背向散射电平初始点的电平值与噪声峰值电平之差为峰值动态 范围。 信噪比SNR=1动态范围，它取背向散射电平初始点的电平值与噪声 电平的均方根值之差为SNR=1时的动态范围。 在峰值动态范围表示中，背向散射信号电平与噪声电平峰值相等或 低于噪声电平时，背向散射信号就成为不可见信号（信号被噪声淹 没），两种表示如图1-5所示。
光时域反射仪交流
2011年5月
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目录 一、OTDR测试原理 二、基本术语 三、OTDR的性能参数 四、OTDR实际操作
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光时域反射仪
光时域反射仪（简称OTDR）是光缆线路工程施工和维护中 常用的光纤测试仪表，可测量光纤的插入损耗、反射损耗、 光纤链路损耗、光纤的长度和光纤的后向散射曲线。OTDR 具有功能多、体积小、操作简便、可重复测量且不需要其他 仪表配合等特点，可自动存储测试结果，自带打印机等优点。 以下主要介绍仪表的基本工作原理、性能和使用方法，并侧 重操作使用。
图1-6动态范围的应用示意图
长春市电信分公司运0．05dB 需要的信噪比电平 8．5dB 10．0dB
0．02dB
12．0dB
例如，当一条端到端的光纤链路损耗为22dB，为了对光纤末端一个损 耗为0.02dB的事件进行有效测量时，我们需要一个动态范围为 34Db(22dB+12Db,SNR=1)的 OTDR。
动态范围（SNR=1）
熔接损耗（0.5dB） 衰减系数 非反射光纤末端 反射光纤末端
动态范围-6 dB 动态范围-6 dB 动态范围-4 dB 动态范围-2.5 dB
注：动态范围是指SNR=1时的动态范围。
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（6）距离刻度 距离刻度是表示OTDR测量光纤的长度指标，是OTDR的主要参数。 仪表一般只给出最大测试距离刻度。把仪表给出的最大距离刻度理解 为可测光纤的最大距离是一种常见的错误，最长测量距离一般由仪表 的动态范围和被测光纤的衰减所决定。当背向散射电平低于OTDR噪 声电平时，背向散射信号成了不可见信号，在此之外的距离刻度上只 能显示噪声。