光時域反射儀（OTDR）在公路機電工程光纖接頭損耗檢測中的應用研究

摘要：對光時域反射儀（OTDR）基本工作原理、主要技術指標做出詳細論述，并對光時域反射儀（OTDR）在檢測過程中注意事項及一般故障的處理進行了分析總結。

關鍵詞：光纖接頭;損耗;技術指標

中圖分類號：TN98文獻標識碼：B

隨著光纖技術與通信技術的飛速發展，光纖通信網絡已廣泛應用在電信、交通、電力、廣電等各個領域。尤其在國家提出“大數據”、“互聯網+交通”等口號后，光纖技術所發揮的作用越來越受到人們的重視。在高速公路的運營中光纖傳輸的質量直接決定了高速公路整個系統的“生命”，而光纖接頭損耗數值的大小直接決定了光纖傳輸的質量。要測量光纖接頭損耗指標就需要光時域反射儀（OTDR）。熟練掌握并正確使用光時域反射儀（OTDR）對于光纖損耗的順利測試以及光、電纜線路的工程質量檢測具有十分重要的作用。

1 光時域反射儀（OTDR）基本工作原理

光時域反射儀是基于光脈沖在光纖中的傳輸效應來工作的。由于光纖密度微觀不均勻性、光纖摻雜不均勻等因素，光在光纖中傳輸是會產生散射現象，即在光纖中產生四面八方各方向的散射光。其中一部分向后傳輸的后向散射光可沿光纖傳回到入射端。在同一根光纖中，散射光的強度隨時間呈現出指數衰減。在光纖斷裂等故障點和光纖斷面，由于折射率突變會引起菲涅爾反射。光時域反射技術通過檢測光纖的后向散射和菲涅爾反射光，根據后向光信號沿時間軸的幅度曲線可以檢測到光纖或光纜的長度、接頭損耗、損耗等指標。

2 光時域反射儀（OTDR）主要技術指標

光時域反射儀（OTDR）主要技術指標包括光輸出中心波長、向后散射單程動態范圍、測長準確度、測損耗準確度、測試盲區等。

2.1 光輸出中心波長

光輸出中心波長是由輸出光譜的峰值譜和其他譜縱模按規定方法（RMS法或FWHM法）計算求得的波長值。由于在不同的波長點處光纖損耗值不同，所以選擇正確的波長進行檢測至關重要，光輸出中心波長通常應與被測光纖系統所用的波長一致。公路機電工程檢測中一般采用與設計文件相符的波長，一般為1310nm和1550nm。當OTDR用于光纖在線監測時，光輸出中心波長與光纖系統所采用的波長則不同，如1310nm和1550nm系統要采用1625nm的波長進行監測。

2.2 后向散射單程動態范圍

后向散射動態范圍定義為使后向散射光信號電平等于噪聲電平（SNR=1）時可插入的最大光路損耗值。動態范圍是OTDR的主要指標之一，對于一定損耗分布的光纖系統，動態范圍決定了可檢測后向散射光信號的最大光纖長度，動態范圍越大，則儀器可檢測的光纖長度越長，反之，動態范圍越小，則儀器可檢測的光纖長度越短。

2.3 測長準確度

測長準確度反映的是光時域反射儀所測得的光纖長度與光纖真實長度偏差程度的指標。測量光時域反射儀測長準確度的方法是采用與標準光纖對比法，根據測試量程選用標準長度的光纖，按標準光纖的折射率設置光時域反射儀的折射率，用光時域反射儀測試標準光纖的長度，然后計算與標準光纖長度間的誤差。

2.4 測損耗準確度

測損耗準確度反映的是光時域反射儀所測得的光纖損耗值與光纖真實損耗值偏差程度的指標。測量光時域反射儀測損耗準確度的方法是采用與標準光纖對比法，根據光時域反射儀測試標準光纖的損耗，計算與標準光纖標定的損耗之間的誤差。

2.5 測試盲區

所謂盲區指的是因光反射等因素致使儀器不能正常測試光纖特性的區域。在檢測過程中一般存在兩種盲區：衰減盲區和事件盲區。衰減盲區一般存在于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;事件盲區一般存在于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。

盲區的大小與測試時使用的光脈寬有關，脈沖越寬，則測試的距離越長，盲區就越大。長距離測試，為追求大動態范圍，要使用寬脈寬，盲區是次要因素。當測試短距離光纖時，可窄脈寬以減小盲區。

3 光時域反射儀（OTDR）使用注意事項

3.1 儀器參數設置

正確無誤的設置儀器設備的測試條件和參數，對保證檢測質量起著至關重要的作用。光時域反射儀參數設置主要包括波長、量程、脈寬、分辨率、折射率等。

波長：用來設定OTDR的測試波長，公路機電工程檢測一般選用1310nm和1550nm。

量程（Km）：用來設置掃描軌跡的范圍。設置的量程必須大于被測光纖的長度、否則將無法測出準確、完整的軌跡曲線。為了避免二次反射對測試結果的影響，設置的量程最好是被測光纖長度的兩倍。在測量較短距離的光纖時，設備的量程不宜過大，較大的量程將導致測距分辨率降低。

脈寬（ns）：用來設定測試時的脈沖寬度。根據光纖距離的不同選擇合適的脈寬。光纖距離較長則選擇較大的脈寬，光纖距離較短則選擇較小的脈寬。如果不能準確選擇脈沖寬度，則在測試時可以選擇自動測試狀態，儀器將自動選擇測試時的脈沖寬度。

折射率：光纖或光纜的折射率可以從生產廠家獲得。儀器設置的折射率必須和被測光纖或光纜標定的折射率一致。如果折射率不準確，則測得的光纖長度也不準確。折射率的值可設定為1000000～2.00000，以0.00001步進。

光纜修正：光纜修正系數的置入是考慮到光纖成纜后，光纖長度和光纜長度間的誤差。它可以從生產廠家獲得。它的值可置為0.80001.0000，以0.0001步進。如果儀器設置的光纜修正系數和被測光纜不一致，同樣會導致測量的光纜長度不準確。

3.2 檢測時注意事項

（1）避免光線直接射入眼睛。

OTDR所使用的半導體激光器發出的光為不可見光，其強度雖在安全標準范圍內，但不能直接觀看光輸出連接器或已連接到連接器的光纖末端，以免傷害眼睛。

（2）不能將帶有任何信號的光纖連接到OTDR的端口上。在用OTDR進行檢測時，若檢測光纖帶有信號則會導致OTDR永久性的損傷，在檢測時一定要確保待測光纖沒有信號，一般會選用備用光纖進行檢測或在施工過程中進行檢測。

（3）檢測時確保OTDR光輸出連接器內部的清潔。將光纖接入OTDR光輸出端口前，

一定要將光纖斷面清潔干凈，以保障檢測過程不會出現誤差或無法測試出光纖曲線。

4 光時域反射儀（OTDR）一般故障分析及處理

4.1 接上被測光纖進行測試后，看不到后向散射波形或軌跡曲線，噪聲非常大

（1）光連接器（即法蘭盤）連接是否良好。

（2）光連接器兩端接頭形式（即被測光纖接頭與OTDR內部的接頭）是否匹配。OTDR內部接頭一般為FC/PC接頭，如果光纖接頭為APC（斜面頭），則在連接處的損耗將非常大，致使OTDR內激光器的能量損失過大，無法測出被測光纖的曲線。

（3）OTDR輸出端的光連接器內部是否磨損嚴重，或出現裂紋及破碎現象。若是，則需要更換連接器。

（4）被測光纖近端是否有高損耗。

4.2 光纖長度測試不準

（1）折射率設置是否正確。折射率設置必須和被測光纖廠家標定的折射率一致，否則將影響測試的準確度。

（2）光纜系數設置是否正確。將光纜系數設置為1，或與生產廠家標定額光纜修正系數一致。

（3）設備量程設置是否正確。量程設置必須大于被測光纖的長度，設置的量程一般為被測光纖長度的兩倍。

4.3 測量的光纖接頭損耗平均值不準確

（1）檢測的曲線是否正常。如果測得的曲線近端拖尾太長，將導致測試誤差較大。此時應將被測光纖取出，用純度為95%的酒精擦拭被測光纖端面和OTDR的輸出端，然后在重新檢測。

（2）檢測時所使用的跳線是否有彎折現象。檢測時應理順所用的跳線，不能有彎折等現象，否則將影響檢測結果。

（3）檢查被測光纖的長度測量誤差是否過大。

5 結論

光時域反射儀（OTDR）是光纖通信領域不可或缺的重要測量儀器，廣泛應用于光纖、光纜的生產、敷設、檢測及維護等各個環節。正確設置各項檢測參數并掌握一般故障的分析及處理，提高測試結果分析能力，可以更好為業主單位或運營單位提供技術支持和保障。

參考文獻：

[1]翁小熊.公路工程質量檢驗評定標準（第二冊）機電工程技術手冊[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]韓文元，朱立偉.公路水運工程試驗檢測專業技術人員職業資格考試用書交通工程[M].北京：人民交通出版社，2016.

[3]胡志先，劉澤恒，等.光纖光纜工程測試[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[4]中華人民共和國行業標準.JTG F80/22004 公路工程質量檢驗評定標準（第二冊）機電工程[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]郭詮水，劉祖深，等.數字通信測量儀器[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[6]張智勇，朱傳征，等.公路機電工程檢測技術[M].北京：人民交通出版社，2008.

作者簡介：趙劍（1983），男，山東日照人，本科，工程師。