史上最强OTDR使用详解

这种测量方法由M.Barnoskim和M.Jensen在1976发明的。
激光器
方向耦合器 输出/输入尾纤 连接器
被测光纤线路
脉冲 发生器
光检测器 O/E
放大器
A D
模数转换
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。
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，15 若在1310nm波长下损耗台阶消失，说明该处存在弯曲过度情况。
参数解析.测量参数
2、波长
1310nm 曲线
原则: 如果可能，总是同时 测试1310和1550纳米两个波 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。
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。
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参数解析.测量参数
4、平均时间/次数
较长平均 较短平均
噪声会导致曲线的变化， 增加平均时间/次数可降低噪声电平.
平均时间/次数可降低测试结果曲线的噪声水平，提高判读精度。如上图所示，长的平均时间
使你能够获得较好的结果曲线。
如果你使用较短的测试脉宽或测试较长的光缆区段，就应该选择较长的平均时间。
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参数解析.测量参数
5、OTDR的设计/最优化模式
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，用于优化动态范围或提供更 良好的分辨率，一般可分为标准、高分辨率或动态（长距离）等优化设计，可根据需要选择适 当的OTDR设计模式。
3点经验
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/次数越长，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。
什么是OTDR，用OTDR能做什么？
OTDR：Optical Time Domain Reflectometer 主要用于光缆工程施工和光缆线路维护工
作。主要用途包括：
测量光纤长度 分析链路损耗 故障准确定位
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交流提纲
一、OTDR原理 二、参数解析 三、曲线分析 四、应用实例分析
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OTDR原理 目标 了解两个原理，区分瑞利散射和菲涅尔反射
斜角端面 粗糙端面
反射光直线返回光源(OTDR)
肮脏端面
光纤端面质量不同，返回OTDR 的反射光强度也不同。
能够产生反射的点大体包括：机械固定接头、光纤连接器（玻璃与空气的间隙）、
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光纤断裂、光纤的终点等
OTDR原理.工作原理
2、工作原理
OTDR类似一个光雷达。它先对光纤发出一个测试激光脉冲，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，然后将这些结果根据需要进行平均，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。
2点经验
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音，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长的时间，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。
3点经验
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 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（1500nm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、接头损耗值基本一样，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。
沉积点
瑞利散射发生在每个方向上
纤芯
1
2
光纤在加热制造过程中，使原子产生压缩性的不均匀，造成材料密 度不均匀，进一步造成折射率的不均匀，产生沉积点。
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OTDR原理.光学原理
小知识点：典型的灰尘粒子直径与 纤芯直径相比较，您就会很容易理 解要求保持清洁的原因。灰尘的直 径为 10 到 100 µm ，而单模光纤 的纤芯为9µm左右。
最长的脉宽获得
了最光滑的测试
曲线，与此同 时，盲区长达接 最短的盲区但噪声很大
近1公里。
短脉宽
长脉宽
7620ns 3860ns 1980ns 960ns 480ns 240ns
120ns
30ns 18
中等脉宽
参数解析.测量参数
3、脉冲宽度
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参数解析.测量参数
3、脉冲宽度
540m 1,773ft
3、被测光纤的测试长度与折射率的取值成反比
公式是怎么推算出来的？ 运用公式L=cT/2n，其中c为真空中光速，T为入射与反射回来所用的
为什么成反比？
时间，n是介质的折射率
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参数解析.光纤固有参数
2、散射系数
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 输出处的光脉冲功率与光纤近端处的后向散射功率的比率，此比率以 dB 为单位。
CRT显示
信号处理器
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在上述OTDR的原理条件下，会给测量带来哪些误差？
交流提纲
一、OTDR原理 二、参数解析 三、曲线分析 四、应用实例分析
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参数解析
目标
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。
2个固有参数
6个测量参数
3个性能参数
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参数解析.光纤固有参数
1、光纤折射率
光纤折射率是指被测光纤实际的折射率，应等于真空中的光速除以光脉冲在光纤中的速度。该 数值由被测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。
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。
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参数解析.测量参数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、量程
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，对有效的分析光纤的特性有很好的 帮助。
光学原理 工作原理
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OTDR原理.光学原理
1、光学原理：背向瑞利散射和菲涅尔反射
瑞瑞利利散散射射
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。
但盲区也比较大。
以中等脉宽
(120ns) 测量 20
公里。噪声变的
比较大。 [All measurements taken at 1310nm Wavelength]
脉宽决定了可测试的光纤长度，较长的脉宽可得到较大的动态范围.
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参数解析.测量参数
4、平均时间/次数
平均时间/次数是通过将每次输出脉冲后的反射信号采样，并把多次采样做平均化处理以消除 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，要确知该点的一般情况，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。
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参数解析.测量参数
1、量程
对于25公里的光纤，选择32 公里测试范围是比较合适的
对于25公里的光纤，选择13公里测试 范围是过短了。
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参数解析.测量参数
1、量程
选择164Km 测试范围对于7.6Km的实 际光纤来说是过长了。
量程相对于被测光纤长度不要差异太大，否则将会影响到有效分辨率。同时，过大的测试范围
菲菲涅涅尔尔反反射射
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%。
无论光信号自光纤进入空气还是自空气 进入光纤，反射光强度比例是相同的。
965m 3,165ft 7620ns
960ns
120ns
在被测光纤始端，脉冲宽度的影响是显而易见的。
上图中，位于540米处的第一个接头点在长脉宽下观察不到。
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参数解析.测量参数
3、脉冲宽度
以中等脉宽 (960ns) OTDR能够较好地测量 40余公里。 盲区也比 较适中。
以长脉宽 (7620ns) OTDR能够测量 很远。
菲菲涅涅尔尔反反射射
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。
什么条件下产生瑞利散射和菲涅尔反射？
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OTDR原理.光学原理
瑞瑞利利散散射射
由前向不均匀点 导致的背向散射 ，能传回光源的
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。
还将导致过大而无效的测试数据文件，造成存贮空间的浪费。
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参数解析.测量参数
2、波长
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1310nm的脉冲产生的瑞利 散射的轨迹图样就要比1550nm产生的图样要高。
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参数解析.测量参数
6、门限设置
如何理解此参数间的相互关系？ 这就需要我们理解OTDR的工作原理和性能参数。
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参数解析.测量参数
3、脉冲宽度
脉冲宽度与盲区
和动态范围直接 相关。
曲线最光滑但盲区最大
在右图中，用8
个不同的脉冲宽
度测量同一根光 纤。最短的脉宽
使用中等脉宽获得了较好 的盲区和清晰的曲线
获得了最小的盲
区，但同时也导
致了最大的噪声。
2点经验
1、进行光纤特性详细分析时（如备纤测试），建议选取量程应 是被测光纤长度的1.5倍比较合适，亦即使背向散射曲线大约占 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，建议选取量程应是被测光纤长度的的2 倍以上，通过观察二次反射（鬼影现象）来进行故障初判。
1550nm 曲线
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在1310nm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。
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参数解析.测量参数
3、脉冲宽度
脉冲宽度是表示脉冲的时间长度，当然也可以换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。
3点经验
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、脉冲宽度的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，分辨率越低，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？
3点经验
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n0是实际折射率，n1是测试折 射率。由上述公式可以算出，折射率每偏差0.001，则可以引起1km光纤大 约0.7m的测试误差，亦即0.7m/km的误差。