綜合布線中光纖鏈路的現場測試分析

文｜德特威勒電纜系統（上海）有限公司 鄔金龍

綜合布線系統中光纖鏈路的現場測試一般可以從這幾個萬面考慮：設備的連通性、跳線系統是否有效以及通信線路的指標數據等，而通信線路的指標數據一般得借助專業工具進行，目前在工程中常用的是光時域反射損耗測試儀（OTDR）。下面就光時域反射損耗測試儀（OTDR）的功能、參數設置、檢測方法以及曲線分析做簡單的介紹。

1 光時域反射損耗測試儀OTDR的功能

光時域反射損耗測試儀OTDR的功能包括：測試光纖的長度、測試光纖的衰減系數（波長 850nm、1310nm、1550nm、1625nm）、測試光纖的接頭損耗、測試光纖的衰減均勻性、測試光纖可能有的異常情況（如有臺階，曲線異常等）、測試光纖的回波損耗、測試光纖的背向散射。

2 OTDR的主要參數設置

（1）測試波長

對于多模光纖，選擇850nm或1300nm；而單模則選擇1310nm或1550nm。

（2）OTDR的光纖的折射率（IOR）

折射率=真空中的光速/光脈沖在光纖中的速度；

設置OTDR上光纖的雙窗口的折射率因根據各廠家提供的數據，每種光纖其折射率是不同的，光纖n的典型值在1.45～1.55之間。單模光纖的折射率基本在1.460～1.4800范圍內，如G.652單模光纖，在實際測試時，若在1310nm波長下，折射率一般選擇1.468；若在1550 nm波長下，折射率一般選擇1.4685。OTDR所測光纖長度跟設置的折射率有關；對同一光纖所設置的折射率越大所測光纖長度越短，反之所測光纖長度則越長。

OTDR 上顯示的距離：

此次我們在某工廠所檢測的光纜主要是室內型單模零水峰光纖，它的光纖折射率n為：

（3）OTDR測試量程

OTDR所設量程必須是所要測試光纖長度1.5～2倍。量程過小，光時域反射損耗測試儀的顯示屏上看不全面，選擇過大，則顯示屏上橫坐標壓縮得看不清楚。根據工程經驗，測試量程選擇能使背向散射曲線大約占OTDR顯示屏的70%時為宜。

（4）OTDR的測試脈寬

原則：長距離用長脈寬，短距離用小脈寬。一定光纖長度必須選用相對應，長脈寬平均化時間短，但OTDR分辨率低，光纖存在的細小的異常情況（如小臺階等）不易發現。

長脈沖寬度：動態范圍較高但是死區較長，為減小噪聲并檢測遠處的事件應增加脈沖寬度，如圖1所示。

短脈沖寬度：分辨率較高但是有更多的噪聲，為縮短死區并清楚地分離接近的事件應減小脈沖寬度，如圖2所示。兩者必須有機結合，合理配置。

典型值包括：5ns/10ns/30ns/100ns/300ns/1μs短鏈路和100ns / 300ns / 1μs / 3μs / 1 0μs長鏈路。

（5）平均化時間的選擇

由于背向散射光信號極其微弱，一般采用多次統計平均的方法來提高信噪比。OTDR測試曲線是將每次輸出脈沖后的反射信號采樣，并把多次采樣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3min獲得的動態范圍比平均化時間為1min獲得的動態范圍提高0.8dB。

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，縮短整體測試時間，測試時間可在0.5～3min內選擇。

在光纖通信接續測試中，選擇1.5min就可獲得滿意的效果。

3 測試方法

OTDR測試可以分為三種常見方式。

（1）不使用發射與接收光纜的驗收測試如圖3所示。

圖3 不使用發射與接收光纜的驗收測試

此種測試方式可以測試被測光纜，但是由于被測光纜的前、后端沒有連接發射光纜，前、后的連接器不能被測試。在這種情況下，不能提供一個參考的后向散射信號。因此，不能確定端點連接器點的損耗。

為了解決這一問題，在OTDR的發射位置（前端）以及被測光纖的接收位置（遠端）處加上一段光纜。

（2）使用發射與接收光纜的驗收測試，如圖4 所示。

圖4 使用發射與接收光纜的驗收測試

此種方式由于加上了發射與接收光纜，可以測試被測光纜的整條鏈路，以及所有的連接點。發射光纜的長度：多模測試通常在300m～500m之間；單模測試通常在1000m～2000m之間。非常重要的一點是發射與接收光纜應該與被測光纜相匹配（類型、芯徑等）。

（3）使用發射與接收光纜的環回測試，如圖5所示。

此種方式可以測試被測光纜的整條鏈路，以及所有的連接點。

由于采用環回測量方法，技術人員僅需要一臺OTDR用于雙向OTDR 測量。在光纖的一端（近端）執行OTDR數據讀取。一次可以同時測試兩根光纜，所有數據讀取時間被減為二分之一。

圖5 使用發射與接收光纜的環回測試

測試人員需要兩人，一人在近端OTDR位置，另一人位于光纜另一端，采用跳線或者發射光纜將測試的兩根光纜鏈路進行連接。對光纖接續進行監測時由于增加了環回點，所以能在OTDR上測出接續衰耗的雙向值。這種方法的優點是能準確評估接頭的好壞。

由于測試原理和光纖結構上的原因，用OTDR單向監測會出現虛假增益的現象，相應地也會出現虛假大衰耗現象。對一個光纖接頭來說，兩個方向衰減值的數學平均數才能準確反映其真實的衰耗值。比如一個接頭從A到B測衰耗為0.16dB，從B到A測為-0.12dB，實際上此頭的衰耗為[0.16+（-0.12）]/2=0.02dB。

此次，我們采用的就是使用發射與接收光纜的環回測試，發射光纜采用1km左右的假纖。

4 曲線分析（異常曲線、原理和對策）

（1）典型的OTDR 軌跡圖如圖6所示

（2）OTDR 能夠捕捉的事件

圖6

通常有兩種類型的事件：反射事件與非反射事件。

反射事件：出現于光纖中存在不連續，引起折射指數的突然改變時。反射事件可以出現在斷點、連接器連接處、機械接頭或者光纖的不確定端點。對于反射事件，連接器損耗通常在0.5dB左右。對于機械接頭，損耗通常在0.1～0.2dB之間。

非反射事件：出現于光纖中沒有不連續點的位置上，且非反射事件通常是由于熔接損耗或者彎曲損耗，例如，宏彎曲所生成的。典型的損耗值范圍為0.02～0.1dB，取決于熔接設備與操作者。

（3）斜率

斜率的標準偏差dB/km取決于本地噪聲電平（與分布）和采用SLA方法的讀取點數；典型的段損耗范圍對于1550nm為0.17～0.22dB/km，對于1310nm單模系統為0.30～0.35dB/km，對于1300nm多模系統為0.5～1.5dB/km，對于850nm系統為2～3.5dB/km。

（4）反射

一個連接器、斷點或者機械接頭處的反射量取決于光纖與光纖界面（另一個光纖、空氣或者折射指數匹配液）材料之間的折射指數之差，以及斷點或者連接器的幾何形狀（平的、角度的或者碎的）。這兩個因素能夠捕捉光纖纖芯內不同數量的反射。

（5）盲區

在光纖測試過程中在存強反射時，使得光電二極管飽和，光電二極管需要一定的時間從飽和狀態中恢復，在這一時間內，它將不會精確地檢測后散射信號，在這一過程中沒有被確定的光纖長度稱為盲區。如圖7所示。

盲區一般表現為前端盲區，為了解決這一問題，可以在測試光纜前加一條長的測試光纖將此效應減到最小。

盲區又可分衰減盲區和事件盲區。

衰減盲區如圖8所示。衰減盲區指的是自起始反射點到與背向散射曲線相差不超過±0.5dB處的距離。衰減盲區告訴我們測試光纖連接點到第一個可檢測接頭點之間的最短距離。

事件盲區如圖9所示。從反射事件的起始點到該事件峰值衰減 1.5dB點間的距離。事件盲區確定了兩個可區分的反射事件點間的最短距離（例如兩個連接器之間）。

圖9

（6）典型反射曲線

這條曲線包括各種常見現象，如圖10所示。

區域（a）即在A點至B點區域內，曲線斜率恒定：表明光纖在該區域的散射均勻一致。因此可獲得相應的常數。在這種情況下，測量僅從一端即可滿足要求。

圖10

區域（b）表示局部的損耗變化，主要由外部原因（如光纖接頭）和內部原因光纖本身引起，在此情況下，進行兩端測量，取平均值表示該接頭損耗。

區域（c）所示的不規則性由后向散射的劇烈增強所致，這種變化可能由外部測試原因二次反射余波（鬼影）產生能量疊加和內部原因光纖本身缺陷（小裂紋）造成的，先必須確認是何種原因，再采用兩端測量來測定這種不規則對衰減的影響。

區域（d）即后向散射曲線有時出現弓形彎曲。有內部因素，一般是吸收損耗變化導致衰減變化。對于外部因素，可能與光纖受力增加有關。如何確定是何種因素，可對光纖或光纜施加外力或改變其溫度，如特性不變，是內部因素，反之為外部因素。

區域（e）光纖的端點或任何的不連續點會產生菲涅爾反射或后向散射功率損耗（無菲涅爾反射），由此可測定這些端點或不連續點的位置。機械式接頭界面往往產生這種反射。

圖11所示的現象為光纖末端無菲涅爾反射峰，曲線斜率、衰減正常，無法確認光纖長度。原因：光纖末端面上比較臟或光纖端面質量差；對策：清洗光纖末端面或重新做端面。

圖11

圖12所示的現象為曲線成明顯弓形，衰減嚴重偏大或偏小，無菲涅爾反射峰；原因：量程設置錯誤（不足被測光纖長度2倍以上）；對策：增大量程。

圖12

圖13所示的現象是在曲線斜率恒定的曲線中間有一個“小山峰”（背向散射劇烈增強所致），原因有二，其一是光纖本身質量原因（小裂紋）；其二是二次反射余波在前端面產生反射；對策：在這種情況下改變光纖測試量程、脈寬、重新做端面，再測試如“小山峰”，消失則為原因2，如不消失則為原因1。

圖13

圖14所示的現象是在光纖連接器、耦合器、熔接點處產生一個明顯的增益；原因：模場直徑不匹配造成的；對策：測試衰減和接頭損耗必須雙向測試，取平均值。

圖14

圖15所示的現象是曲線斜率正常，光纖均勻性合格，但兩端光纖衰減系數相差很大；原因：模場不均勻造成，一般為光纖拉絲引頭和結尾部分；對策：測試衰減必須雙向測試，取平均值。

圖16所示的現象是整根光纖衰減合格，曲線大部分斜率均勻，但在菲涅爾反射峰前沿有一小凹陷；原因：末端幾米或幾十米光纖受側壓；對策：復繞觀察有無變化，無變化則剪掉。

圖17所示的現象是1310nm光纖曲線平滑，光纖衰減斜率基本不變，衰減指標略微偏高；但1550nm光纖衰減斜率增加，衰減指標偏高；原因：束管內余長過短，光纖受拉伸；對策：確認束管內的余長，增加束管內的余長。

圖17

圖18

圖18所示的現象是1310nm光纖曲線平滑，光纖衰減斜率基本正常，衰減指標正常；但1550nm光纖衰減斜率嚴重不良，衰減指標嚴重偏高；原因：束管內余長過長，光纖彎曲半徑過小；對策：確認束管內的余長，減少束管內的余長。

圖19所示現象是尾纖與過渡纖有部分曲線出現有規則的曲線不良，但被測光纖后半部分曲線正常，整根被測光纖衰減指標基本正常；原因：一般是由設備本身和測試方法綜合造成的；對策：關機，重新啟動，對各個光纖接觸部分進行清潔。

圖19

圖20的現象是光纖似斷非斷，實際里面的光纖纖芯已斷，由于塑料涂層的拉力使光纖斷裂面對準良好，這點光纖的損耗增大，但不會大很多。一般比光纖連接器的損耗略大，在0.5～1.0dB；原因：一般是由安裝時造成的；對策：對該處光纖進行熔接。

圖20

圖21所示的現象是光纖徹底斷開，光脈沖不能通過，該處有個強反射；原因：一般是由安裝時造成的；對策：對該處光纖進行熔接。

圖21

圖22所示的現象是光纖損耗增大——數值一般在1～5dB之間，個別區段可以增大到不能使用，類似斷芯狀態；原因：由于光纖受到拉伸、裂紋、彎曲、壓扁等力的影響，使光纖局部損耗增大；對策：當外力消除后，一般光纖損耗都能恢復到正常狀態，個別情況下如光纖涂覆層受損壞或不能恢復時，應對該處光纖進行重新熔接。

圖22

5 測試極限值的預算

國家標準《綜合布線工程驗收規范》（GB 50312-2007）中對光纖測試極限值的規定，光纖鏈路的插入損耗極限值可用以下公式計算：

光纖鏈路損耗=光纖損耗+轉接器損耗+光纖連接點損耗

光纖損耗=光纖損耗系數（dB/km）×光纖長度（km）

連接器件損耗=單個連接器件損耗×連接器件個數

光纖連接點損耗=單個光纖連接點損耗×光纖連接點個數

依據 GB 50312-2007的光纖測試極限值的規定：

光纖鏈路損耗=光纖損耗+轉接器損耗+光纖連接點損耗

由于室內單模1310nm和1550nm下的衰減系數均為1.0，所以如果所測損耗小于該值便算通過。

正向測試：序號1～6，表示在1310nm下所測的數據：

光纖鏈路損耗=0.318×0.544+0.317×1.133+0.317×0.54+0.19+0.51+0.084+0.731 =2.218dB

序號7～12，表示在1550nm下所測的數據：

光纖鏈路損耗=0.182×0.545+0.21×1.133+0.196×0.539+0.228+0.407+0.088+0.634 =1.7998dB

反向測試：序號13～18，表示在1310nm下所測的數據：

光纖鏈路損耗=0.308×0.541+0.315×1.142+0.3×0.538+0.367+0.228+0.439+0.37=2.097dB

序號19～25，表示在1550nm下所測的數據：

光纖鏈路損耗=0.181×0.536+0.206×1.146+0.181×0.539+0.306+0.282+0.309+0.378=1.7057dB

由此可見，上面的檢測點符合標準要求。

不合格鏈路的故障排除：如果測試得到的損耗值超出極限值，可以通過以下幾方面來排除故障。首先，重新清潔所有被測鏈路以及參考跳線的連接器端面。重新連接，確保所有的連接器完全插入光纖適配器中。其次，檢查光纜和跳線的彎曲半徑是否符合標準要求。特別是光纖箱內的纜，是否彎曲半徑過小。

如果還無法通過，則采用熔接方式接續，重新進行尾纖熔接。端接方式則更換連接頭，再進行新的測試。