鐵路通信光纖基于OTDR的測試參數選擇及方法

施建平

（南寧鐵路局南寧通信段，高級工程師，廣西 南寧 530003）

光纖通信由于傳輸距離遠、信息容量大且通信質量高等特點而成為當今信息傳輸的主要手段，是“信息高速公路”的基石。鐵路通信小到以站場或鐵路地區為單位的地區，大到覆蓋全國鐵路干線已大量依賴以光纖作為傳輸媒介而組成的通信網。基于光纖的鐵路通信涵蓋于鐵路公務通信、鐵路專用通信、行車調度通信以及鐵路運輸信息等，其重要性、安全性日益凸顯。光纖的運用質量及安全，以及一旦發生通信光纖因故障中斷如何迅速、準確查找到故障點，搶修恢復通信，對于以光纖作為傳輸媒介而組成的鐵路通信網至關重要。

光纖測試技術是光纖應用領域中最廣泛、最基本的一項專門技術。OTDR（光時域反射儀）是光纖測試技術領域中的主要儀表，基于OTDR的光纖測試具有時間短、速度快、精度高等優點，而廣泛運用于鐵路光纖通信故障測試、光纜線路的維護和施工中。為此，對OTDR用于鐵路光纖通信的測試進行探討顯得十分必要。

1 OTDR的基本工作原理

OTDR是利用光脈沖在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產生的背向散射，而研制的高科技、高精密的光電一體化智能儀表。光源（LED或LD）在驅動電路調制下輸出光脈沖，經過定向光耦合器和活動連接器注入被測光纖，成為入射光脈沖。入射光脈沖在光纖中傳輸時，會產生瑞利散射光和菲涅爾反射光，大部分瑞利散射光將折射入包層后衰減，其中與光脈沖傳播方向相反的背向瑞利散射光將會沿著光纖傳輸到線路的進光端口，經定向耦合分路射向光電探測器，轉變成電信號，經過低噪聲放大和數字平均化處理，將處理過的電信號與從光源背面發射提取的觸發信號，同步掃描在顯示器上成為反射光脈沖，返回的有用信息由OTDR的探測器來測量及軟件處理。根據發射信號到返回信號所用的時間，再確定光在石英物質中的速度，在相應軟件支持下，就可以計算出距離（光纖長度）L、衰減、接頭損耗等。

2 OTDR的測試參數選擇

利用OTDR進行光纖線路的測試，一般有自動和手動2種方式。當需要概覽整條線路的狀況時，采用自動方式，只需要設置折射率、波長最基本的參數，其他由儀表在測試中自動設定。選擇自動測試，整條曲線和事件表都會被顯示，測試時間短，速度快，操作簡單，宜在查找故障的段落和部位時使用。手動方式主要用于對測試曲線上的事件進行詳細分析及故障準確定位。一般通過變換、移動游標，放大曲線的某一段落等功能，提高測試的分辨率，增加測試的精度，對事件或故障進行準確定位，在光纖線路的實際測試中常被采用。因此，需要對5個主要的參數進行正確選擇設置。

2.1 測試波長選擇 在進行光纖測試前，應根據測試需要選擇測試波長。單模光纖只選擇1 310 nm或1 550 nm。由于1 550 nm波長對光纖彎曲損耗的影響比1 310 nm波長敏感得多，因此不管是光纜線路施工還是光纜線路維護，使用OTDR對某條光纜或某光纖傳輸鏈路進行全程光纖背向散射信號曲線測試，一般多選用1 550 nm波長，更能反映光纜施工中的質量（如有無盤留直徑過小、彎曲過度、外力擠壓、接頭熔接質量等）。1 310 nm和1 550 nm波長的測試曲線形狀是一樣的，測得的光纖接頭損耗值也基本一致。若在1 550 nm波長測試沒有發現問題，那么1 310 nm波長測試也肯定沒問題。選擇1 550 nm波長測試，可以很容易發現光纖全程是否存在彎曲過度的情況。若發現曲線上某處有較大的損耗臺階，再用1 310 nm波長進行復測。若在1 310 nm波長下損耗臺階消失，說明該處的確存在彎曲過度情況，需要進一步查找并排除；若在1 310 nm波長下損耗臺階同樣大，則在該處光纖可能還存在其他問題，還需要查找排除。在單模光纖線路測試中，應盡量選用1 550 nm波長，這樣測試效果會更好。

2.2 光纖折射率選擇 現在使用的單模光纖的折射率基本在1.460 0～1.480 0范圍內，要根據光纜或光纖生產廠家提供的實際值來精確選擇。對于G.652單模光纖，在實際測試時若用1 310 nm波長，折射率一般選擇在1.468 0；若用1 550 nm波長，折射率一般選擇在1.468 5。對于其他型號光纜（如G.655單模光纖等）也應根據光纜或光纖生產廠家提供的參數選擇折射率。折射率選擇不準，將影響測試精度，造成測試光纜長度及故障距離的誤差。折射率若誤差0.001，則在50 000m的中繼段會產生約35 m的誤差。在光纜維護和故障排查時，因折射率選擇不正確的小失誤便會帶來明顯的誤差，因而在測試時一定要引起足夠的重視。

2.3 測試脈沖寬度選擇 測試脈沖寬度的設定合適與否，直接影響測試的準確性。設置的光脈沖寬度過大，會產生較強的菲涅爾反射，使盲區加大，這將掩蓋近距離的故障，而造成誤判、錯判。較窄的測試光脈沖雖然有較小的盲區，但是測試光脈沖過窄時光功率過弱，相應的背向散射信號也弱，背向散射信號曲線會起伏不平，測試誤差大。設置的光脈沖寬度既要能保證沒有過強的盲區效應，又要能保證背向散射信號曲線有足夠的分辨率，能看清光纖沿線上每一點的情況。一般是根據被測光纖長度，先選擇一個適當的測試脈寬，預測試1～2次后，從中確定一個最佳值。被測光纖的距離較短（小于5 000m）時，盲區可以在10m以下；被測光纖的距離較長（小于50 000m）時，盲區可以在200 m以下；被測光纖的距離很長時，盲區可高達2 000m以上。通過雙向測試或多次測試取平均值，盲區產生的影響會更小。

2.4 測試量程選擇 OTDR的量程是指OTDR的橫坐標能達到的最大距離。測試時應根據被測光纖的長度選擇量程，量程是被測光纖長度的1.5倍比較好，或者說光纖光纜長度為OTDR顯示屏顯示范圍的2/3為好。量程選擇過小時，OTDR的顯示屏上看不全面；量程選擇過大時，OTDR的顯示屏上橫坐標壓縮看不清楚。根據實際測試經驗，測試量程選擇能使背向散射曲線大約占到OTDR顯示屏的70%時，不管是長度測試還是損耗測試，都能得到比較好的直視效果和準確的測試結果。在鐵路光纖通信系統中，光纖光纜長度從幾十、幾百米（站場或鐵路地區）到幾十、上百公里（干線光纖光纜中繼段長度），正確選擇OTDR的量程可以得到良好的測試效果。

2.5 平均化時間選擇 由于背向散射光信號極其微弱，一般采用多次統計平均化處理的方法來提高信噪比。OTDR測試曲線是將輸出脈沖的反射信號經過多達上萬次采樣，并做平均化處理以消除隨機事件。平均化時間越長，噪聲電平越接近最小值，動態范圍就越大。平均化時間為3 m in獲得的動態范圍，比平均化時間為1 m in獲得的動態范圍提高0.8 dB。一般來說平均化時間越長，測試精度越高。為了提高測試速度，可根據被測光纖光纜的長度選擇測試時間，一般在0.5～3 m in內選擇。在光纖通信接續測試中，選擇運用平均化處理和刷新處理相結合的方法可獲得良好的效果。

3 OTDR用于鐵路通信光纖故障的測試

OTDR不僅在光纜和光纖使用前的單盤特性測試，光纜和光纖的施工測試，光纜和光纖的日常維護測試以及定期測試得到廣泛運用，而且是光纜和光纖故障斷點測試和查找的主要儀表。鐵路光纖通信的組網有別于其他系統的通信組網，光纖光纜基本沿鐵路線路敷設，且又分為長途通信（光中繼段通常幾十公里上百公里）和區段通信（沿線車站）。光纜的敷設在建設時考慮以后的維護，均留有余長，因而產生光纜的長度公里數與鐵路線路實際公里數不符的現象，這對測試光纜故障點時，OTDR儀表顯示的故障點公里數與鐵路線路實際公里數產生誤差。誤差大對搶修開挖光纜費工費時，延長故障時間，造成損失加大。因而，在正確選擇設置測試參數的同時，還需針對鐵路通信光纜徑路特點的情況，在測試方法、判斷故障方法上進行探討。

3.1 測試數據與鐵路線路實際公里數的修正 鑒于通信光纜敷設長度與鐵路線路長度的不一致性，使用OTDR測試的光纜公里數據與鐵路線路公里數據要進行修正。基于區段光纖的數據修正，能更加縮小測試故障點的誤差。

3.2 接頭盒公里數與鐵路線路公里數的關系 建立光纖光纜接頭盒公里數與鐵路線路公里數的對應表，可用OTDR背向散射曲線的事件表進行標示，在發生光纖光纜中斷故障時（通常中斷發生在2個接頭盒之間），可在測試時利用OTDR顯示的光纜接頭盒事件標示的距離為基準，計算到故障點的距離。這樣測試誤差可縮小到數米。

3.3 正確使用測試尾纖 OTDR在用于中繼段光纖測試時，需在被測光纜與OTDR間加入適當長度測試尾纖，消除被測光纜始端測試盲區。這樣顯示屏上能很清楚地看到入射光脈沖、反射光脈沖、接頭點、斷裂點、故障點以及衰減分布曲線，可防止測試故障誤判。

4 結束語

OTDR作為光纖通信的主要測試儀表，在施工、維護等領域發揮著重要作用。就目前而言，OTDR不論是進口設備還是國產設備，對測試精度和盲區2個關鍵問題，都會因為測試者的技術發揮有一定的差異。準確的測試數據和維護經驗的結合是快速準確定位故障點的最好辦法。OTDR測試技能是理論知識和實踐經驗的有機結合，在實際的測試工作中，要善于思考和不斷的總結，多分析測試實例找出產生誤差的根源，不斷提高測試精度，使對故障點的判斷和定位更加精細準確，縮短搶修的時間，減少因誤測誤判造成的不必要的人力和財物的浪費。