淺談OTDR在光纜故障定位中的使用

李景財

【摘要】光纖作為光信號的傳播媒介，在光纖通信系統里具有舉足輕重的意義。一旦光纖中斷，將直接影響正常通信。OTDR是光纜線路維護必不可少的測量儀器。本文對OTDR的原理及使用特性進行分析，并結合工作實際，提出OTDR的使用經驗和技巧，有助于快速查找光纜故障點，為進一步排除故障奠定基礎。

【關鍵詞】光纖通信；OTDR；故障定位：經驗

【中圖分類號】TN913.33 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0181-02

一、概述

近年來，光纖通信技術以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高、信號衰減小的傳輸特點，得到了越來越廣泛的應用11l。而光纖作為光信號的傳播媒介，其重要性是不言而喻的：光纖一旦中斷，將直接影響正常的光纖通信。因此，如何快速定位光纖故障點，成為迅速排除故障的關鍵。光時域反射儀（OTDR）可以進行光纖長度、光纖的傳輸衰耗、接頭衰耗和故障定位等的測量，是光纖通信工程施工和維護工作中必不可少的測試儀器。本文對OTDR的原理及使用方法進行分析，并結合實際工作，總結出使用OTDR的經驗和技巧。

二、OTDR測試原理

（一）測試原理

光時域反射儀（Optical Time Domain Reflectometer，OTDR）是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射所產生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，它可測量整個光纖鏈路的衰減并提供與長度有關的衰減細節，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。根據測試結果，可對光纖鏈路中的事件點及故障點精確定位，并可分析整個光纖鏈路的性能。

OTDR的原理框圖如圖1所示。脈沖信號發生器用來產生各種寬度的脈沖信號，由光源變成光信號后（EIO），以耦合器送入光纖。光纖中的背向信號由耦合器送至探測器完成光/電轉換（O/E）。信號處理部分是對電信號部分進行采樣、放大及對數處理后送到顯示器上，以曲線的形式顯示出來。

OTDR測試是通過發射光脈沖到光纖內，然后在OTDR端口接收返回的信息來進行。當光脈沖在光纖內傳輸時，由于光纖本身的性質，連接器，接合點，彎曲或其它類似的事件而產生散射，反射。其中一部分的散射和反射就會返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探測器來測量，它們就作為光纖內不同位置上的時間或曲線片斷。從發射信號到返回信號所用的時間，再確定光在光纖中的傳播速度，就可以計算出距離。

因此，用OTDR測量距離的公式如下：

d=（c*t）/2n

在這個公式里，c是光在真空中的速度，t是光脈沖發射后到接收到信號（雙程）的總時間，n為光纖的折射率。n一般由光纖生產商來標明。

（二）性能參數

1.動態范圍

動態范圍是OTDR的重要參數，該參數顯示從OTDR端口的背向散射水平降到特定噪聲水平時OTDR所能分析的最大光損耗。換句話說，它是最長的脈沖所能到達的光纖最大長度。因此，動態范圍越大（以dB為單位），到達的距離越長。顯而易見，最大距離因應用不同而變化，因為被測鏈路的損耗不同。連接器、熔接點和分光器是降低OTDR最大作用長度的因素。因此，對較長時間進行平均并使用合適的距離范圍是增加最大可測距離的關鍵。大多數動態范圍規范使用3分鐘內的平均最長脈沖寬度，信噪比（SNR）為1（均方根噪聲值的平均水平）來給定。

2.盲區

OTDR的盲區是指：由于光纖和儀表耦合時存在空隙，由此產生的菲涅爾反射遠大于背向散射，致使放大器飽和，而掩蓋了背向散射信號，致使儀表無法測量的那段光纖長度。

盲區的長度和儀表發射光脈沖的寬度成正比。一般的儀表均設有多個光脈沖寬度供不同的測試條件選擇。為了減少盲區可選用最小的光脈沖寬度進行短距離測量，但應注意此時儀表處于最小動態范圍工作。在實際的工程測量中，常加入一段300m～2km的附加光纖來減少盲區對測量結果的影響。

三、OTDR參數設置

只有準確地設置測試儀表的基本參數，才能為準確地測試創造條件。

1.波長選擇

因為不同的波長對應不同的光線特性，測試波長一般遵循與系統傳輸通信波長相對應的原則：如系統開放1310nm波長，則測試波長為1310nm。若系統采用1550nm波長，測試用1310nm波長則所測損耗值偏大。1550nm Hil310nm單位長度衰減更小，1310nm比1550nm測的熔接或連接器損耗更高。由于光纖微彎等對于1550nm波長影響更大，因此采用1550nm進行測試，更能反映光纖接續的質量。在實際的光纜維護工作中一般對兩種波長都進行測試、比較，以便進行綜合分析。

2.脈寬

脈沖寬度事實上是激光處于開通狀態的時間。根據OTDR的測試原理，時間被轉化為距離，因此脈沖寬度具有長度值。在OTDR中，脈沖攜帶產生背向散射實現鏈路鑒定所需要的能量。因為沿著鏈路存在損耗（即衰減、連接器和熔接點），所以脈沖越短，攜帶的能量越低，傳輸的距離越短。較長的脈沖可以攜帶較多的能量，可在特別長的光纖中使用。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；短脈沖注入光平低，但可減小盲區。脈寬周期通常以ns來表示。一般10公里以下選用lOOns、300 ns，10公里以上選用300ns、1μs。

3.測量范圍

OTDR測量范圍是指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1.5倍距離之間。

4.平均時間

由于后向散射光信號極其微弱，一般采用統計平均的方法來提高信噪比，平均時間越長，信噪比越高。例如，3min的獲得取將比1min的獲得取提高0.8dB的動態。但超過10min的獲得取時間對信噪比的改善并不大。一般平均時間不超過3min，以20s為宜。

5.折射率設置

在日常測試中，折射率一般在1.47左右，折射率越大，則光纖測試長度越短；折射率越小，光纖測試長度越長。就光纖長度測量而言，折射系數每0.01的偏差會引起7m/km之多的誤差，因此，對于較長的光纖段，應該采用光纜生產廠家提供的折射率，有助提高測量的準確性。

四、OTDR使用經驗和技巧

進行測量前，要做好接頭的清潔工作。光纖活接頭接入OTDR前，必須認真清洗，包括OTDR的輸出接頭和被測活接頭，否則插入損耗太大、測量不可靠、曲線多噪音甚至使測量難以進行。避免用酒精以外的其它清洗劑或折射率匹配液，因為它們可使光纖連接器內粘合劑溶解。

除了做好接頭的清潔工作外，還應準備被測光纖的原始資料，以便測量后進行綜合分析，準確定位故障點，達到快速消缺的目的。

前期準備工作做好以后，合理設置OTDR的各項參數，就可對光纖進行測量。進行光纜故障定位時，測試點離故障點的距離應盡可能地縮短。遠端進行光纖測試時，應該判斷故障點位于哪兩個光纜接頭點之間。如果條件允許，測試人員可以到最近或比較近接頭點處將光纖斷開，待測試結束后再恢復。這樣能最近、最準確地測試光纖故障點的位置。

在測得光纖長度之后，必須把光纖長度折換成光纜長度才有實際意義。光纖在成纜過程中會設定余長，即光纖纖芯長度總是比光纜長度要長一些。這是由于光纜在敷設時的拉伸以及光纜安裝后熱脹冷縮造成的。不同結構的光纜，其光纖余長不盡相同。現假設故障點距測試點的纖長是60kin，光纖余長值為5%，則實際故障點光纜長度應為60km*（1-5%）=57km。可見，光纖余長對光纜故障定位的影響是不容忽視的。3km的誤差，給現場處理故障帶來很大麻煩。因此，在進行故障定位前，應知悉該型號光纜的光纖余長值，該值可從光纜生產廠家處獲得。

當把光纖長度換成光纜長度后，我們應該觀察測試點或接頭點的光纜長度標記。現假設用OTDR測得故障點距離測試點的纖長為3km，則光纜長度為3*（1-5%）=2.85km。假設纜標的起始值為0015m，那么故障點的纜標值應為2850m+0015m=2865m。根據上面的例子的計算，我們在到達現場后，就可以在纜標值為2865m前后幾米的光纜范圍內手工尋找光纜故障點了。

此外，為了快速做到光纜故障定位，測試人員應該盡量做到以下三點：

1.建立準確的原始資料，并及時更新

在光纜投產時，應記錄測試端至每個接頭點位置的光纖累計長度及中繼段光纖總衰減值，同時也將測試儀表型號、測試時折射率的設定值等關鍵參數進行記錄，準確記錄各種光纜余留。此外，還必須及時更新原始資料，以使資料能準確反映真實情況。

2.保持測試條件的一致

測試時應盡量保證測試儀表型號、操作方法及儀表參數設置等的一致性，使得測試結果有可比性。假如每次測量使用的儀器不同，測試參數也不同，即使測試相同的光纜段，其結果也會有較大誤差，這為排除故障帶來一定麻煩。因此，每次測試儀表的型號、測試參數的設置都要做詳細記錄，便于日后參考利用。

3.隨機應變，綜合分析

障礙點的定位要求測試人員要有清晰的思路和靈活的處理方式。一般情況下，可在光纜線路兩端進行雙向故障測試，并結合原始資料，計算出故障點的位置，再將兩個方向的測試和計算結果進行綜合分析、比較，以使故障點具體位置的判斷更加準確。對于現場測試的結果，要綜合各種資料進行分析。例如：24芯的光纜，測試所得23芯都在相近的地方中斷，則很有可能是光纜在外力作用下光纜被劇烈破壞，幾乎整條光纜都已斷開；如果測得纖芯并非全部斷開，而是部分光纖曲線在某一點（非接頭點）有較大臺階時，很有可能是光纜敷設工程中有“背扣”的現象。現場情況多樣，測試人員要有清晰思路，靈活應對，才能在最快的時間長到故障點，排除光纜中斷故障。

五、結束語

光纖中斷將直接影響正常的光纖通信。快速找查光纜中斷點是排除故障的關鍵。運維人員必須熟練使用包括OTDR在內的各種儀器儀表，不斷總結經驗，提高知識水平，才能將通信設備的運維工作做得更好。