如何进行OTDR测试？优化OTDR测试指南

教学内容

(1)OTDR原理及测试步骤；

(2)光线路测试。

技能要求

(1)能操作OTDR；

(2)会分析OTDR测试曲线，会参数设置、测试项目分析等。

任务描述

学生操作OTDR，以团队形式开展学习，完成光缆线路项目测试。

任务分析

让学生理解OTDR的工作原理，完成OTDR参数设置，分析OTDR测试曲线和光线路。

任务准备

1.一般规定

1)光时域反射仪

视频5-1　OTDR原理

光时域反射仪的英文全称为Optical Time Domain Reflectmeter(OTDR)。OTDR用到的光学理论主要有瑞利散射(Rayleigh backscattering)和菲涅尔反射(Fresnel reflection)。它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度，光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。具体内容见视频5-1。

OTDR主要由激光器、探测器、控制系统、显示器、耦合器/分路器组成，如图5-1所示。

图5-1　OTDR的结构示意

2)OTDR的参数

OTDR的参数如下:

(1)测试距离。其是指从发射脉冲到接收到反射脉冲所用的时间，再确定光在光纤中的传播速度，就可以计算出距离。其测量距离可用公式表示为:

d＝(c×t)/2IOR

其中，c为光在真空中的速度，t为脉冲从发射到接收的总体时间(双程)，IOR为光纤的折射率。

(2)脉冲宽度。其可以用时间表示，也可以用长度表示。很明显，在光功率大小恒定的情况下，脉冲宽度的大小直接影响光的能量的大小，光脉冲越长，光的能量就越大，传输距离也就越远。同时脉冲宽度的大小也直接影响测试死区的大小，也就决定了两个可辨别事件之间的最短距离，即分辨率。显然，脉冲宽度越小，分辨率越高，脉冲宽度越大，分辨率越低。

(3)折射率。折射率就是待测光纤实际的折射率，这个数值由待测光纤的生产厂家给出，单模石英光纤的折射率为1.4～1.6。折射率越精确，对提高测量距离的精度越有帮助。这个问题对配置光路由也有实际的指导意义，实际上，在配置光路由的时候应该选取折射率相同或相近的光纤进行配置，尽量减少不同折射率的光纤芯连接在一起形成一条非单一折射率的光路。

(4)测试光波长。其是指OTDR激光器发射的激光的波长，波长越短，瑞利散射的光功率就越强，在OTDR的接收段产生的轨迹图就越高，所以1 310 nm的脉冲产生的瑞利散射的轨迹图样就要比1 550 nm的脉冲产生的图样要高。但是在长距离测试时，由于1 310 nm的脉冲衰耗较大，激光器发出的激光脉冲在待测光纤的末端就会变得很微弱，这样受噪声影响也较大，从而形成的轨迹图就不理想，宜采用1 550 nm作为测试波长。在高波长区(1 500 nm以上)，由于瑞利散射持续减少，红外线衰减(或吸收)就会产生，因此1 550 nm就是一个衰减最小的波长，且适合长距离通信。所以在长距离测试的时候适合选取1 550 nm作为测试波长，而普通的短距离测试则选取1 310 nm作为测试波长，视具体情况而定。

(5)平均值。为了在OTDR中形成良好的显示图样，根据用户需要动态的或非动态的显示光纤状况而设定参数。由于测试中受噪声的影响，光纤中某一点的瑞利散射功率是一个随机过程，要确知该点的一般情况，减少接收器固有的随机噪声的影响，需要其在某一段测试时间的平均值。根据需要设定该值，如果要求实时掌握光纤的情况，那么就需要设定平均值时间为0，而一条永久光路，则可以用无限时间。

(6)动态范围。其指后向散射开始与噪声峰值间的功率损耗比。它决定了OTDR所能测得的最长光纤距离。如果OTDR的动态范围较小，而待测光纤具有较高的损耗，则远端可能会消失在噪声中。

(7)后向散射系数。如果连接的两条光纤的后向散射系数不同，就很有可能在OTDR上出现被测光纤是一个增益器的现象，这是由于连接点的后端散射系数大于前端散射系数，导致连接点后端反射回来的光功率反而高于前面反射回来的光功率。遇到这种情况，建议用双向测试平均值的办法来对该光纤进行测量。

⑧平均时间。由于后向散射光信号极其微弱，一般采用统计平均的方法来提高信噪比，平均时间越长，信噪比越高。例如，3 min的获取时间将比1 min的获取时间提高0.8 dB的动态。但超过10 min的获取时间对信噪比的改善并不大。一般平均时间不超过3 min。

(9)死区。死区的产生由反射淹没散射并且使接收器饱和引起的，通常分为衰减死区和事件死区两种情况。其中衰减死区是指从反射点开始到接收点回复到后向散射电平约0.5 dB范围内的这段距离。这是OTDR能够再次测试衰减和损耗的点。

(10)鬼影。它是由于光在较短的光纤中，到达光纤末端B产生反射，反射光功率仍然很强，在回程中遇到第一个活动接头A，一部分光重新反射回B，这部分光到达B点以后，在B点再次反射回OTDR，这样在OTDR形成的轨迹图中会发现在噪声区域出现了一个反射现象，如图5-2所示(红色为一次反射，绿色为二次反射):

图5-2　鬼影

3)OTDR测试方式

(1)OTDR监测和测量方式。采用OTDR进行光纤连接的现场监测和连接损耗测量评价，是目前最为有效的方式。这种方法直观、可信并能打印光纤后向散射信号曲线。另外，在监测的同时可以比较精确地测出由局内至各接头的光纤实际传输距离，这对今后在维护中查找故障是十分必要的。

OTDR监测根据工程情况的要求，可以采用远端监测、近端监测和远端环回监测等方式。

①远端监测方式。这是一种比较理想的监测方式。所谓远端监测，是将OTDR放在局内，被测光缆的全部光纤接上带连接器的尾纤。光纤接续点不断向前移动，OTDR始终在局内作远端监测和对正在连接的接头进行损耗测量，测量人员与接续人员用联络话机及时报出接头损耗值和发出是否重新接续的指令。

②近端监测方式。所谓近端监测，是指OTDR始终在连接点的前边(一个盘长)，一般离熔接机2 km左右，目前长途干线施工多采用这种方式。(www.xing528.com)

③远端环回监测方式。这种方式一般也同近端监测方式一样，仪表在连接位置前边进行监测，但它的不同点是在始端将缆内光纤作环接，即1号与2号连接……，测量时分别由1号、2号纤测出接头的两个方向的损耗，当时算出其连接损耗，以确定是否需要重接。

这种监测方式从理论上讲是科学的、合理的。目前由于光纤的几何特性、光学参数等的一致性较好，单向监测完全可以获得满意的效果。因此，一般可不采用远端环回监测方式。

(2)OTDR测试。

①光纤质量的简单判别。在正常情况下，OTDR测试的光纤曲线主体(单盘或几盘光缆)斜率基本一致，若某一段斜率较大，则表明此段衰减较大；若曲线主体为不规则形状，斜率起伏较大、弯曲或呈弧状，则表明光纤质量严重劣化，不符合通信要求。

②波长的选择和单双向测试。1 550 nm波长测试距离更远，1 550 nm比1 310 nm光纤对弯曲更敏感，1 550 nm比1 310 nm单位长度衰减更小，1 310 nm比1 550 nm测得熔接或连接器损耗更高。在实际的光缆维护工作中，一般对两种波长都进行测试、比较。对于正增益现象和超过距离线路均需进行双向测试分析计算，才能获得良好的测试结论。

③接头清洁。光纤活接头接入OTDR前，必须认真清洗，包括OTDR的输出接头和被测活接头，否则插入损耗太大、测量不可靠、曲线多噪声，甚至测量不能进行，它还可能损坏OTDR。避免用酒精以外的其他清洗剂或折射率匹配液，因为它们可使光纤连接器内的黏合剂溶解。

④折射率与散射系数的校正。就光纤长度测量而言，折射系数每0.01的偏差会引起7 m/km之多的误差，对于较长的光线段，应采用光缆制造商提供的折射率值。

⑤鬼影的识别与处理。在OTDR曲线上的尖峰，有时是由于离入射端较近且强的反射引起的回音，这种尖峰被称为鬼影。

•识别鬼影:曲线上鬼影处未引起明显损耗；沿曲线鬼影与始端的距离是强反射事件与始端距离的倍数，呈对称状。

•消除鬼影:选择短脉冲宽度、在强反射前端(如OTDR输出端)中增加衰减。若引起鬼影的事件位于光纤终结，则可“打小弯”以衰减反射回始端的光。

⑥正增益现象处理。在OTDR曲线上可能会产生正增益现象。正增益的形成是由于在熔接点之后的光纤比熔接点之前的光纤产生更多的后向散光。事实上，光纤在这一熔接点上是熔接损耗的，常出现在不同模场直径或不同后向散射系数的光纤的熔接过程中，因此，需要在两个方向测量并对结果取平均作为该熔接损耗。在实际的光缆维护中，也可采用不大于0.08 dB即合格的简单原则。

动画5-1　OTDR测量光纤时的典型曲线

2.测试曲线

OTDR横坐标是距离(长度km)，纵坐标是损耗(衰减dB)，OTDR测试的对象主要是长度、衰减系数、平均损耗、总损耗、接头损耗、熔点损耗、任意两点的损耗及平均损耗、弯曲损耗、裂痕和故障点等，如图5-3所示。典型测试曲线见动画5-1。

图5-3　OTDR曲线

任务实施

1.任务器材

4盘48芯光缆(长度不一样，可以使用裸纤代替)，在终端进行熔接，光缆熔接点(熔点要大点)和尾纤接续(法兰盘)。分别为每条光缆设置熔点1个、法兰盘1个、弯曲点1个(教师根据实训室提供条件准备实训)。

2.任务

OTDR测试步骤如下，具体OTDR操作步骤见视频5-2。

视频5-2　OTDR操作

(1)打开OTDR电源。

(2)OTDR连接光纤(或尾纤)。使用酒精棉擦洗尾纤接头并连接好OTDR的法兰。

(3)OTDR参数设置(表5-1)。根据教师提供的数据(波长、折射率)，设置OTDR的模式、波长、距离(先自动设置，后根据距离设置)、脉冲、分辨率和时间。

表5-1　OTDR参数设置

(4)启动。启动OTDR后，接头不能拔插且末端不能用眼睛直视，因为激光对眼睛有伤害。

(5)数据处理。根据不同的光缆，测试光缆长度、衰减系数、平均损耗、总损耗、任意两点的损耗及衰减系数、活动接头损耗和熔点损耗等，记录测量数据并计算，为减小误差，可进行双向测量。

(6)测试曲线的打印。将测试曲线打印出来(贴在报告上)，并对曲线进行数据分析，学生根据测试曲线分析光缆线路的主要事件产生的原因。

任务总结(拓展)

如何实现OTDR在线自动测试?(写出测试思路、方案或方法)