淺議西氣東輸光纜故障定位

張智軍 中國石油玉門油田信息中心，甘肅酒泉 735019

淺議西氣東輸光纜故障定位

張智軍 中國石油玉門油田信息中心，甘肅酒泉 735019

本文作者根據實際工作經歷，論述了西氣東輸光纜搶修故障定位的方法，簡述了光時域反射儀OTDR的測試原理，對光纜線路中經常出現的光纖故障點進行分析，并介紹使用OTDR的經驗與技巧。

光纜線路; 光時域反射儀(O TDR) ; 光纖故障點; 盲區; 接頭損耗

西氣東輸信息傳輸的途徑是以光傳輸為主，衛星傳輸為輔的。大部分信息，包括自動化數據、生產電話、工業監控、計算機網絡、視頻會議等信息都是通過光纜傳輸。由于從新疆到上海全線4000公里只采用一根光纜進行信息傳輸，如果光纜中斷，就會造成斷點上游所有站場閥室與下游各站及上海總部的通信中斷，嚴重影響安全生產。所以發生光纜中斷情況，能在最短時間內找到故障點進行搶修顯得極其重要，而光纜故障定位是搶修工作的首要環節。

1 故障定位方法

根據本人經驗，因為軟交換電話和計算機網絡的服務器都在下游的上海調控中心，以玉門站為例，如果本站上游光纜中斷，本站的光傳輸設備就會告警，但不會影響本站信息傳輸和計算機網絡上網。本站下游光纜中斷的現象就是玉門壓氣站內的生產電話和計算機網絡同時中斷且SDH光傳輸設備緊急告警。所以當發生以上兩種情況時，應先使用光傳輸電話聯系上海機房詢問情況，如果電話打不通，則應聯系所轄范圍的上游和下游站場，詢問通信情況，按照SDH光傳輸公務電話表將所轄的閥室由遠到近進行呼叫，根據回鈴音判斷就能確定斷點是否在所轄范圍內，如果在，在哪個范圍。西氣東輸每30公里一個閥室作為光傳輸中繼，都裝有光傳輸公務電話。光纜斷則電話斷。所以先打SDH公務電話就可以將故障點定位在兩個閥室之間30公里的范圍，大大縮減光纜故障定位的時間。下一步就是去閥室利用光時域反射儀OTDR進行準確定位。

2 OTDR的基本原理

OTDR主要是根據光的瑞利散射和菲涅爾反射理論來測試光纖的特性。儀表的激光源發出一定強度和波長的光束至被測光纖，由于光纖本身的缺陷(制作工藝和石英玻璃材料成分的不均勻性)，使光在光纖中傳輸將產生瑞利散射；由于機械連接和斷裂等原因將造成光在光纖中產生菲涅爾反射，由光纖沿線各點反射回的微弱的光信號經光定向耦合器到儀器的接收端，通過光電轉換器、低噪 聲放大器、數字圖像信號處理等過程，實現圖表、曲線掃跡在屏幕上顯現。打個比方，OTDR的工作原理類似于一部雷達，它先對光纖發出一個信號，然后觀察從某一點返回來的是什么信息。這個過程會重復地進行，然后將這些結果進行平均，并以軌跡的形式來顯示，這個軌跡就描繪了光纖鏈路的狀態。

3 OTDR的主要功能

OTDR是光纜工程施工和光纜線路維護工作中最重要的測試儀器，主要被用來測試：光纖接頭的連接損耗；光纜（光纖）的長度；光纖接頭盒光纖斷點的位置。它能將長100多公里光纖的完好情況和故障狀態，以一定斜率直線(曲線)的形式清晰地顯示在幾英寸的液晶屏上。根據事件表的數據，能迅速的查找確定故障點的位置和判斷障礙的性質及類別，對分析光纖的主要特性參數能提供準確的數據。

4 OTDR的使用

用OTDR進行光纖鏈路測量可分為：參數設置和數據獲取曲線分析。

人工設置測量參數包括：

（1）波長選擇

因不同的波長對應不同的光纖特性，測試波長一般遵循與系統傳輸通信波長相對應的原則，如西氣東輸使用1550nm波長，則測試波長為1550nm。

（2）脈寬

脈寬越長，動態測量范圍越大，測量距離更長，但在OTDR曲線波形中產生盲區更大；短脈沖注入電平低，但可減小盲區。脈寬周期通常以ns來表示。

（3）測量范圍

OTDR測量范圍是只OTDR獲取數據取樣的最大距離，此參數的選擇決定了取樣分辨率的大小。最佳測量范圍為待測光纖長度的1.5～2倍的距離。

（4）平均時間

由于后向散射光信號機器微弱，一般采用統計平均的方法提高信噪比，平均時間越長，信噪比越高。例如，3分鐘獲得的信噪比將比1分鐘獲得的信噪比提高0.8db。但超過10分鐘則對信噪比的改善并不大。一般平均時間不超過3分鐘。

（5）光纖參數

光纖參數的設置包括折射率和散射系數。折射率參數與距離測量有關，散射系數則影響反射與回波損耗得測量結果。這兩個參數通常由光纖生產廠家給出。參數設置好后，OTDR即可發送光脈沖，并接收由光纖鏈路散射和反射回來的光，對光電探測器的輸出取樣，得到OTDR曲線，對曲線進行分析即可了解光鏈路的質量。

測試結果分析：

（1）下圖2就是一個測量曲線的示意圖。

圖2

此曲線圖表示光纖正常，縱軸是背向散射光的強度，橫軸為距離。最左邊的脈沖A為盲區，是由OTDR與光纖連接器之間的連接而引起的，在測量時可以不予考慮。B為測試末端反射峰，即光纖末端。

測試曲線為傾斜，隨著距離的增長，總損耗會越來越大。用總損耗（dB）除以總距離（Km）就是該段纖芯的平均損耗（dB/Km）。A至B處的曲線顯示了恒定的斜率，即表明了此段光纖的均勻性，其斜率就是單位長度光纖的損耗。因此，在條件允許的情況下，測量應從兩端進行，兩側測量的平均值才表示這個局部的損耗。

（2）下圖3中間多了一個反射峰，很有可能中間是一個跳接點、活動連接器或者機械接頭。因為能夠出現反射峰，很多情況是因為末端的光纖端面是平整光滑的。端面越平整，反射峰越高。

圖3

（3）出現下圖4這種情況，有可能是儀表的尾纖沒有插好，或者光脈沖根本打不出去，再有就是斷點位置比較近，所使用的距離、脈沖設置又比較大，看起來就像光沒有打出去一樣。

圖4

出現這種情況，一要檢查尾纖連接情況，二就是把OTDR的設置改一下，把距離、脈沖調到最小，如果還是這種情況的話，可以判斷尾纖有問題，OTDR上的適配器問題，斷點十分近，OTDR不足以測試出距離來。如果是尾纖問題，只要換一根尾纖就知道，不行的話就要試著擦洗適配器，或就近查看纖芯了。

（4）出現下圖5這種情況比較多見，曲線中間出現一個明顯的臺階，多數是因為該纖芯打折，彎曲過小，受到外界損傷等因素，也有可能是熔接點損耗過大造成。

圖5

（5）出現下圖6這種情況一定要引起注意，光纜可能斷了！

曲線在末端沒有任何反射峰就掉下去了，如果知道纖芯原來的距離，此圖像表示在沒有到達纖芯原來的距離，曲線就掉下去了，這說明光纖在曲線掉下去的地方斷了，或者也有可能是光纖在那里打了個折。

圖6

5 經驗與技巧

（1）波長的選擇

1550nm波長測試距離更遠，1310nm對光纖彎曲更敏感，1550nm比1310nm單位長度衰減更小，1310nm比1550nm測得熔接或連接器損耗更高。在實際的光纜維護工作中一般對兩種波長都進行測試和比較。

（2）折射率的校正

就光纖長度測量而言，折射率系數每0.01的偏差會引起7 m/km之多的誤差，對于較長的光前段，應采用光纜制造商提供的折射率值。

常用的折射率和后向散射系數見下表：

（3）光纖質量的簡單判別

正常情況下，OTDR測試結果的曲線主題斜率基本一致，若某一段斜率較大，則表明此段衰減較大；若曲線主體為不規則形狀，斜率起伏較大，彎曲或呈弧形，則表明光纖質量嚴重劣化，不符合通信要求。

（4）接頭清潔

光纖活動接頭接入OTDR前，必須認真清洗，包括OTDR的輸出接頭和被測活動接頭，否則插入損耗太大，測量不可靠，曲線多噪音甚至使測量不能進行，它還有可能損壞OTDR。避免用酒精以外的其他清洗劑，因為它們可能使光纖連接器內黏合劑溶解。

（5）附加光纖的使用

附加光纖是一段用于連接OTDR與待測光纖，長度為500～2500m的光纖，其主要作用為：前端盲區處理和終端連接器插入測量。一般來說，OTDR與待測光纖的連接器引起的盲區最大。在光纖實際測量中，在OTDR與待測光纖間加一段過渡光纖，使前端盲區落在過渡光纖內，而待測光纖落在OTDR曲線的線性穩定區。根據本人經驗，盲區一般在200米內。

6 結束語

（1） 光纖故障點在OTDR屏幕顯示有三種情況, 通過分析可分清三種情況的光纖故障點的種類及其成因。

（2）對于OTDR測量中應注意幾個問題: 第一要注意盡可能避免測試盲區, 以提高測量的分辨率;其次, 兩相互連接的光纖的模場直徑的偏差應控制在0.35Λm及以下, 這樣測得的接頭損耗誤差較小。

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[3]劉德明, 向清, 黃德修. 光纖光學[M].北京: 國防工業出版社

[4]楊同友, 楊邦湘. 光纖通信技術[M]. 北京: 人民郵電出版社.1996

[5]張碧蘭, 徐東明. 光纖通信測量[M]. 北京: 人民郵電出版社.1997

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.115

張智軍（1982.7-），男，助理工程師，從業于玉門油田信息中心。