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OTDR测试与误差分析
文章来源:北京福爱博通信设备有限公司  点击数:7918  更新时间:2010-05-27

     OTDR是光缆工程施工和光缆线路维护工作中最重要的测试仪器,它能将长100多公里光纤的完好情况和故障状态,以一定斜率直线(曲线)的形式清晰的显示在几英寸的液晶屏上。根据事件表的数据,能迅速的查找确定故障点的位置和判断障碍的性质及类别,对分析光纤的主要特性参数能提供准确的数据。OTDR主要是根据光学原理以及瑞利散射和菲涅尔反射理论制成的。仪表的激光源发出一定强度和波长的光束至被测光纤,由于光纤本身的缺陷,制作工艺和石英玻璃材料组分的不均匀性,使光在光纤中传输将产生瑞利散射;由于机械连接和断裂等原因将造成光在光纤中产生菲涅尔反射,由光纤沿线各点反射回的微弱的光信号经光定向耦合器到仪器的接收端,通过光电转换器,低噪声放大器,数字图象信号处理等过程,实现图表、曲线扫迹在屏幕上显现。目前OTDR型号种类繁多,操作方式也各不相同,但其工作原理是一致的。在光纤线路的测试中,应尽量保持使用同一块仪表进行某条线路的测试,各次测试时主要参数值的设置也应保持一致,这样可以减少测试误差,便于和上次的测试结果比较。即使使用不同型号的仪表进行测试,只要其动态范围能达到要求,折射率、波长、脉宽、距离、均化时间等参数的设置亦和上一次的相同,这样测试数据一般不会有大的差别。

        一、 OTDR测试

        1.测试方式:利用OTDR进行光纤线路的测试,一般有三种方式,自动方式,手动方式,实时方式。当需要概览整条线路的状况时,采用自动方式,它只需要设置折射率、波长最基本的参数,其它由仪表在测试中自动设定,按下自动测试(测试)键,整条曲线和事件表都会被显示,测试时间短,速度快,操作简单,宜在查找故障的段落和部位时使用。手动方式需要对几个主要的参数全部进行设置,主要用于对测试曲线上的事件进行详细分析,一般通过变换、移动游标,放大曲线的某一段落等功能对事件进行准确定位,提高测试的分辨率,增加测试的精度,在光纤线路的实际测试中常被采用。实时方式是对曲线不断的扫描刷新,由于曲线在不断的跳动和变化,所以较少使用。

        2.OTDR可测试的主要参数:⑴测纤长和事件点的位置。⑵测光纤的衰减和衰减分布情况。⑶测光纤的接头损耗。⑷光纤全回损的测量。光纤距离的测量是以激光进入光纤到它遇到故障点返回光时域反射仪的时间间隔来计量纤长的。为了提高测量的精确度,应根据被测纤的长度设置合适的“距离范围”和“脉冲宽度”,距离一般选被测纤长的1.5倍,使曲线占满屏的2/3为宜。脉冲宽度直接影响着OTDR的动态范围,随着被测光纤长度的增加,脉冲宽度也应逐渐加大,脉宽越大,功率越大,可测的距离越长,但分辨率变低。脉宽越窄,分辨率越高,测量也就越精确。一般根据所测纤长,选择一个适当大小的脉冲宽度,经常是试测两次后,确定一个最佳值。光纤的衰减是客观的反映光纤制作质量的一个参数,是光纤固有的损耗,它代表着光在光纤中传输光功率损耗的情况,相同长度的光纤衰减越小,光可传输的距离就越远。因此在相同条件下,应选用平均每公里损耗值小的光纤。衰减还包括光纤接头、连接器、光纤弯曲断裂等引起的损耗,在实际维护中应尽量减少这些衰耗。衰减测试有两点法和五点法,前者适合于图线的线性较好,噪声较小的情况,在测整条光纤或某两点间的衰减值时一般也采用此方式。后者适用于光纤的一致性较差,噪声较大的情况,测接头损耗,连接器等反射引起的损耗也常用此方法,因它基于数学上的求偏差的理论,所以其测量精度较高,要求高的场合多被采用。在要求不太严格的情况下,也可直接从事件表中读出各接点衰减值的大小。有的OTDR还具有回损和全回损的测试功能,但维护中很少使用。全回损测试的是反射光的能量和入射光的能量的比值的对数表示,而回损测试的原理与全回损有所不同。全回损和回损的测试可以在自动或手动模式下通过移动游标来实现。随着OTDR制造技术的日益成熟,其测量精度也不断提高,但是为什么有时测试的数据与线路上故障点的位置有较大的差距呢?下面我们对测试误差进行简要的分析。

        二、 误差分析

        1.仪表的固有误差:仪表的固有误差包括刻度误差和分辨率误差,OTDR的采样点数直接影响距离的分辨率。如OTDRMW9076B距离的测量精度为:±1m±3×测量距离×10E-5±标识分辨率,对于一定长度的光纤,前两项是个常量,只有分辨率是可变的,所以要提高测量精度,采样点数必须设置在较高的数值上。

        2.事件盲区引起的误差:脉冲宽度设置的越宽,OTDR输出的能量越大,可测的距离越远,但使事件的盲区加大,降低了分辨率和测试精度,一般采用OTDR的纵横向放大功能提高分辨率,减小读数和测量误差。如在光缆单盘检测时,为了避开开始段较大的盲区,在OTDR输出端口先接入几百米的裸纤,这样测试的数据就比较准确。若直接测,必须把游标打在盲区后曲线趋平直的地方,不然可能造成较大的测试误差。

        3.仪表设置不当产生的误差:距离范围设置的比被测纤长小可产生较大的误差;衰减的门限值设置的太大(一般设在0.01dB)使得光纤微弯、应力造成的轻微损伤、较小的接头损耗等事件不能被找到,实际上降低了测量精度;设置的折射率和光缆上的标示值有偏差,能引起较大的误差,折射率是个重要的参数,测试前应严格核实;均化时间对提高测试的信噪比有重要作用,为了提高测试精度,宜设较长的均化时间,但为了缩短测试时间,需要均化的时间要少,所以应统筹考虑;游标设置不正确,尤其在测接头损耗和有反射的事件时,必须把游标设置在事件曲线的前沿上,错误的设置能造成大的误差。

        4.光纤插接件,连接器件不清洁,物理连接性能不良,可能引起较大的测试误差,这在日常测试中经常碰到,它可以使曲线上产生严重的噪声和毛刺,甚至曲线不能测出。细致的清洁工作有着重要的意义,测试中不可忽视。

        以上产生的测试误差通过正确的设置,细心的操作一般是可以避免或减小的,而且可以获得准确可靠的测试数据。我曾用两台不同型号的OTDR 对100多公里的光纤线路用同一根尾纤先后进行纤长的测试,在全自动方式下,两块仪表的测试数值只相差2-3米。除了以上可能的误差外,还应充分考虑光缆在敷设安装时和资料的记载产生的偏差,OTDR 测试的是光缆中光纤的物理长度,而光缆线路从设计资料上的数据,经过敷设的过程,到每个标石上的数字,尽管进行过各种各样的折算,仍会产生一些偏差。如接头盒旁边、进出局盘留缆的实际长度与资料的不一致性,光缆弯曲率所取值和实际敷设弯曲度存在着差别,缆内光纤扭绞系数与实际值的偏离,这些不确定的因素综合起来构成了不可忽视的与实际物理长度的误差,这可能是故障点定位不准确的又一个原因。根据需要,有的光缆线路可能已用OTDR经过反复测试核对较准确的定位了每个接头点的位置,测定了线路的全长,积累了一套较详细的维护原始资料,在线路的抢修维护中发挥了重要作用,可以说是一份宝贵的财富。但有时在实际测试时发现,对某一点,不同时间的两次测试仍有或大或小的偏差,通过考察分析,测试的季节不同或这两次测试时室外的温度相差较大时,偏差也较大。光缆的热胀冷缩是产生这种测试偏差的主要原因。光缆遇冷收缩产生断纤的事例,可以充分说明这一现象。所以在做原始资料的测试时应备注当时的室外温度和天气情况,然后在维护中通过多次测试数据的比较,找到一个能接近实际变化的热胀冷缩的系数。资料的动态管理在实际维护中也有着重要的意义。测试产生的误差,外界环境条件对光缆物理长度变化的影响是产生测试误差的两个主要因素,因此除了要求原始资料的准确、完整并确实与OTDR 的实测数据相符外,还应对实测现场进行综合分析,以测试数据为依据,找出附近段落的特殊点(如接头盒),易受损点,估测和判断可能的故障部位,在逐渐缩小故障部位的范围中,找准故障点的位置。准确的测试数据和维护经验的结合是快速准确定位故障点的最好办法。

         OTDR 测试技能是理论知识和实践经验的有机结合,在实际的测试工作中要善于思考和不断的总结,多分析测试实例找出产生误差的根源,不断提高测试精度,使对故障点的判断和定位更加精细准确,缩短抢修的时间,减少因误测误判造成的不必要的人力和财物的浪费。

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