文章详情
OTDR测试原理
日期：2024-04-24 19:44
浏览次数：11537
摘要：
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。
在这个公式里，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号（双程）的总时间（两值相乘除以2后就是单程的距离）。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了**地测量距离，被测的光纤必须要指明折射率（IOR）。IOR是由光纤生产商来标明。
OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。
OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。
给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。
在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是*低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到OTDR。作为1550nm波长的OTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，OTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在OTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。
另一方面，菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。
换句话说，OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号，然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行，然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示，这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱（或光纤的状态）。下图就说明了Mini-OTDR的一些基本组成。
此主题相关图片如下：
Mini-OTDR一个*重要的性能，就是能从原有事物中进行辨别，大型的OTDR，就有能力完全、自动地识别出光纤的范围。这种新的能力大部分是源于使用了**的分析软件，这种软件对OTDR的采样进行审查并创建一个事件表。这个事件表显示了所有与轨迹有关的数据，如故障类型，到故障点的距离，衰减，回损和熔接损耗。Mini-OTDR的性能紧紧地依赖于分析软件，从而具有**地识别事件的能力。
此主题相关图片如下：
Mini-OTDR一个*重要的性能，就是能从原有事物中进行辨别，大型的OTDR，就有能力完全、自动地识别出光纤的范围。这种新的能力大部分是源于使用了**的分析软件，这种软件对OTDR的采样进行审查并创建一个事件表。这个事件表显示了所有与轨迹有关的数据，如故障类型，到故障点的距离，衰减，回损和熔接损耗。Mini-OTDR的性能紧紧地依赖于分析软件，从而具有**地识别事件的能力。
光纤测量技术OTDR
光纤通信技术是近20年来迅猛发展的新技术，由于光纤通信传输信息量大、速率快，而且信息数字化，传送的是数字信号，因而使宽频带图象信号、微机联网等信息传输成为可能。
对光纤损耗的测量是非常重要的，它直接关系到光纤通讯的质量，并能及时发现可能的故障点。
光纤损耗的测量主要有截断法、插入法和后向反射法。在光纤施工和维护当中经常使用的是后向反射法，它具有非破坏性和可单端测量的特点。它的测量原理是，如果在光纤的输入端射入一个强的光窄脉冲，这个光窄脉冲在光纤内传输时，由于光纤内部的不均匀性将产生瑞利散射（遇到光纤的接头、断点也要产生散射）。这种散射光有一部分沿光纤返回，向输入端传输，这种连续不断向输入端传输的散射光称为后向反射光。靠近输入端的光波传输损耗小，散射回来的信号就强，离输入端远的地方光波的传输损耗大，散射回来的信号就弱。只要能够测出两点散射光返回的光功率以及两点间的距离，就可算出平均衰减系数。通常依据这种原理进行的损耗测量是由光时域反射计来完成的。
光时域反射计（OTDR）原理是，由主时钟产生标准时钟信号，脉冲发生器根据这个时钟产生符合要求的窄脉冲，并用它来调制光源。光方向耦合器将光源发出的光耦合到被测光纤，同时将散射和反射信号耦合进光电检测器，在经放大信号处理后送入示波器显示输出波形及在数据输出系统输出有关数据。由于后向反射光非常微弱，淹没在一片噪声中，因此，要用取样积分器，在一定时间间隔内对微弱的散射光波取样并求和。在这个过程中，由于噪声是随机的，在求和时被抵消掉了，从而将散射信号取出。
1 对仪器进行正确的参数设置
平均次数：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，平均化时间越长，噪声电平越接近*小值，动态范围就越大。平均化时间越长，测试精度越高，但达到一定程度时精度不再提高。为了提高测试速度，在一些不需要**数据的定性测量中，可以适当减少平均次数，缩短整体测试时间。
量程和分辨率：量程值决定被测光纤的距离范围，量程设置应至少是被测光纤的两倍，以为分析软件提供一个曲线端点之后足够清洁的噪声区。为**分析，可将光纤的长度加倍，在选择下一个可用的距离范围。分辨率值指定数据样本点的距离，分辨率越高，取样点的距离越近，对光纤的细节反映越清晰，但过高的分辨率将使单位时间内的平均次数降低，为达到理想的信噪比就需增加测量时间，降低测量速度。
脉冲宽度：用于指定被输入被测光纤的光脉冲的宽度。在相同的脉冲幅度下，脉冲宽度越大，脉冲的能量也越大，从而可以对较大的光纤量程进行测量，较大的脉冲宽度将加大测量的盲区。
折射率：该数值被用于计算距离测量，折射率值影响所有距离测量，不同厂家、不同类型的光纤其光纤折射率是不同的，测量前要正确设置。
2 利用OTDR进行**测量时的注意事项
要确保被测光纤到连接适配器的连接完好。被测系统中的连接器应在连接到通用连接器和适配器之前进行清洁，避免手与连接器的接触。
光纤活动连接器、机械接头和光纤中的断裂都会引起损耗和反射，光纤末端的破裂端面由于末端端面的不规则性会产生各种菲涅尔反射峰或者不产生菲涅尔反射。如果光标设置不够准确，会产生一定误差，应用OTDR的放大功能就可将光标准确置定在相应的拐点上。
在测量接续点时，要在接续后和盘纤后进行两次测量，**次可以及时发现接续质量的好坏，**次可以发现盘纤引起的损耗。
总之，只要我们在工作中认真总结经验，了解OTDR的特点及其局限性，就能使它在光纤维护中发挥更大的作用。
OTDR模块GLRO-1625:
每个RTU包含一个OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)模块，该模块重复地向光缆中发射光脉冲并检测从光纤中反射回来的（背散）光功率变化，从而对光纤信道进行监测。
技术指标：
安装尺寸：60.6mm(12HP/TE)×262.05mm(6U)×170mm
中心波长:1625nm±20nm
事件盲区：≤20m
衰减盲区：≤40m
动态范围：39dB(10μm,300S)
光纤连接器：FC
工作温度：0℃—40℃
相对湿度：+30℃时不大于90％无凝霜
技术指标：
安装尺寸：60.6mm(12HP/TE)×262.05mm(6U)×170mm
中心波长:1625nm±20nm
事件盲区：≤20m
衰减盲区：≤40m
动态范围：39dB(10μm,300S)
光纤连接器：FC
工作温度：0℃—40℃
相对湿度：+30℃时不大于90％无凝霜
OTDR工作原理
RTU进行光缆监测的核心模块是OTDR(Optical Time Domain Reflectometer光时域反射计）， OTDR重复地向光缆中发射光脉冲并检测从光纤中反射回来的（背散）光功率变化，从而对光纤信道进行监测。
OTDR的测试结果是以其特殊的测试曲线反映出来的，该曲线反映了背散光功率和距离的函数关系，该曲线通常称为OTDR曲线。
OTDR曲线反映的是背散光功率和沿光纤传输距离的函数关系。
事件（EVENT）
OTDR用于查询所谓的光传输通道上的事件点，比如接头、光纤接续点或者是光纤断点，这些事件被显示在OTDR曲线的事件栏中。
OTDR对各类事件进行鉴别并根据其反射回来所用的时间计算出事件点的距离，距离越远，反射回OTDR所用的时间也就越长。
OTDR用于查询所谓的光传输通道上的事件点，比如接头、光纤接续点或者是光纤断点，这些事件被显示在OTDR曲线的事件栏中。
OTDR对各类事件进行鉴别并根据其反射回来所用的时间计算出事件点的距离，距离越远，反射回OTDR所用的时间也就越长。
标志(LANDMARKER)
也可以用手动的方式来对OTDR曲线进行分析。可以通过它来判定光纤状况以及光纤接续与接头的质量；可以通过移动并放置标志来测量事件点距离和衰减；可以增加或删除事件点；也可以在OTDR曲线上添加标记。
OTDR曲线
获得OTDR曲线后，OTDR会自动扫描该曲线上的事件点，根据测试方式的不同，OTDR也会用对应的方式（自动或按设定的参数要求）进行扫描和事件判定。
事件是在光纤中某些导致曲线偏离直线的变化。事件可以是反射（Reflective）或非反射（Non-Reflective）的两种。
反射事件
当光脉冲从光纤中反射回来后就产生了反射事件，比如在光纤接头处。反射事件会在曲线上导致一个尖锐的反射峰，在曲线图上表现为陡升陡降。
非反射事件
非反射事件是由光纤中有衰减但无反射的位置造成的，无反射事件在曲线图上表现为一个阶梯性的下降。
图3：反射事件（左）和非反射事件（右）
OTDR通过对光信号反射回来所用的时间计算出事件点的距离，距离越远，反射回OTDR所用的时间也就越长。通过检查反射信号的曲线，就能够获得光纤参数、连接头、接续点等的信息。
备用光纤与主用光纤的测试
备用光纤可以直接接到OTDR上进行测试。
主用光纤可以通过波分复用器(Wavelength Division Multiplexers)对光通路进行无干扰的测量。
用于测量的光波长必须与信号传输载波不同，同时需要在光信号路由的两端加上光滤波器，滤除OTDR的光脉冲。
OTDR的安装位置
从物理意义上而言，OTDR通常都是安装在RTU中。通过OTDR的相关软件程序，可以决定RTU选择连接到哪一个光传输路由。当启动OTDR程序后，OTDR曲线和相关结果会通过RTU传送回来。当你开始检测时，OTDR程序会将检测需求和相关参数传给RTU，这就意味着你处理的只是某一路由，而不需关心RTU的位置。
反射事件
当光脉冲从光纤中反射回来后就产生了反射事件，比如在光纤接头处。反射事件会在曲线上导致一个尖锐的反射峰，在曲线图上表现为陡升陡降。
非反射事件
非反射事件是由光纤中有衰减但无反射的位置造成的，无反射事件在曲线图上表现为一个阶梯性的下降。
图3：反射事件（左）和非反射事件（右）
OTDR通过对光信号反射回来所用的时间计算出事件点的距离，距离越远，反射回OTDR所用的时间也就越长。通过检查反射信号的曲线，就能够获得光纤参数、连接头、接续点等的信息。
备用光纤与主用光纤的测试
备用光纤可以直接接到OTDR上进行测试。
主用光纤可以通过波分复用器(Wavelength Division Multiplexers)对光通路进行无干扰的测量。
用于测量的光波长必须与信号传输载波不同，同时需要在光信号路由的两端加上光滤波器，滤除OTDR的光脉冲。
OTDR的安装位置
从物理意义上而言，OTDR通常都是安装在RTU中。通过OTDR的相关软件程序，可以决定RTU选择连接到哪一个光传输路由。当启动OTDR程序后，OTDR曲线和相关结果会通过RTU传送回来。当你开始检测时，OTDR程序会将检测需求和相关参数传给RTU，这就意味着你处理的只是某一路由，而不需关心RTU的位置。
关于RTU
每一个RTU都包含一个光模块，通常至少包括一个光开关。该光模块包括一个或两个激光光源。每个光开关有一个光输入口和*多96路输出口。激光光源可以通过光开关发射到与其相连的任何一个光纤路由上。通常RTU上安装有一个主控模块，通过该模块采集OTDR获得的光缆信息，同时将采集的数据上传到控制中心，并可以经过它由中心对RTU实现远程的实时控制。
OTDR功能
通过OTDR控制分析软件，可以完成以下工作：
作检验性的测量；
将实际测量的曲线与参考曲线作对比；
手动分析测量曲线；
设置周期性测量；
改变测试参数进行手动测量；
同时作多条曲线的对照；
忽略自动测量结果对曲线进行手动分析，可以添加、删除事件；
为查找到的接头、节点设置标志信息；
存储测试曲线；
建立新的参考曲线，更改告警级别；
建立周期性测试；
重新打开存储的曲线进行检查。
通过OTDR控制分析软件，可以完成以下工作：
作检验性的测量；
将实际测量的曲线与参考曲线作对比；
手动分析测量曲线；
设置周期性测量；
改变测试参数进行手动测量；
同时作多条曲线的对照；
忽略自动测量结果对曲线进行手动分析，可以添加、删除事件；
为查找到的接头、节点设置标志信息；
存储测试曲线；
建立新的参考曲线，更改告警级别；
建立周期性测试；
重新打开存储的曲线进行检查。
基于上述功能，一旦发生某一路由的告警，相关人员就能迅速地通过执行检验测试，定位事件从而找到告警原因.而如果系统中配有光保护系统，则可在监测系统发出告警的同时在14ms――140ms（可由用户设置）内将数据传送自动切换到备用路由上。
