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OTDR

OTDR的英文全稱是Optical Time Domain Reflectometer,中文意思為光時域反射儀。OTDR是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表,它被廣泛應用于光纜線路的維護、施工之中,可進行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。

簡介

  OTDR的英文全稱是Optical Time Domain Reflectometer,中文意思為光時域反射儀。OTDR是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表,它被廣泛應用于光纜線路的維護、施工之中,可進行光纖長度、光纖的傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等的測量。

目前現(xiàn)狀

  OTDR(光時域反射儀)主流品牌國產(chǎn)有中電34所[1]的FS790、中電41所的AV6416,OPWILL的OTP6123,RQ-OTDR2000等,還有OT8600和OT8800。進口有日本安立MT9090A、日本橫河AQ1200,加拿大EXFO,美國JDSU.國產(chǎn)OTDR的測試距離及測試精度已大大提高,特別是中電34所的FS790,測試距離超過70公里,事件盲區(qū)僅為1.6米,定價21000元,在光纖到戶FTTH驗收測試中得到廣泛使用。

工作原理

  OTDR測試是通過發(fā)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,會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(chǎn)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(fā)射信號到返回信號所用的時間,再確定光在玻璃物質中的速度,就可以計算出距離。以下的公式就說明了OTDR是如何測量距離的。

  d=(c×t)/2(IOR)

  在這個公式里,c是光在真空中的速度,而t是信號發(fā)射后到接收到信號(雙程)的總時間(兩值相乘除以2后就是單程的距離)。因為光在玻璃中要比在真空中的速度慢,所以為了精確地測量距離,被測的光纖必須要指明折射率(IOR)。IOR是由光纖生產(chǎn)商來標明。

工作特征

  OTDR使用瑞利散射和菲涅爾反射來表征光纖的特性。瑞利散射是由于光信號沿著光纖產(chǎn)生無規(guī)律的散射而形成。OTDR就測量回到OTDR端口的一部分散射光。這些背向散射信號就表明了由光纖而導致的衰減(損耗/距離)程度。形成的軌跡是一條向下的曲線,它說明了背向散射的功率不斷減小,這是由于經(jīng)過一段距離的傳輸后發(fā)射和背向散射的信號都有所損耗。

  給定了光纖參數(shù)后,瑞利散射的功率就可以標明出來,如果波長已知,它就與信號的脈沖寬度成比例:脈沖寬度越長,背向散射功率就越強。瑞利散射的功率還與發(fā)射信號的波長有關,波長較短則功率較強。也就是說用1310nm信號產(chǎn)生的軌跡會比1550nm信號所產(chǎn)生的軌跡的瑞利背向散射要高。

  在高波長區(qū)(超過1500nm),瑞利散射會持續(xù)減小,但另外一個叫紅外線衰減(或吸收)的現(xiàn)象會出現(xiàn),增加并導致了全部衰減值的增大。因此,1550nm是最低的衰減波長;這也說明了為什么它是作為長距離通信的波長。很自然,這些現(xiàn)象也會影響到OTDR。作為1550nm波長的OTDR,它也具有低的衰減性能,因此可以進行長距離的測試。而作為高衰減的1310nm或1625nm波長,OTDR的測試距離就必然受到限制,因為測試設備需要在OTDR軌跡中測出一個尖鋒,而且這個尖鋒的尾端會快速地落入到噪音中。

  菲涅爾反射是離散的反射,它是由整條光纖中的個別點而引起的,這些點是由造成反向系數(shù)改變的因素組成,例如玻璃與空氣的間隙。在這些點上,會有很強的背向散射光被反射回來。因此,OTDR就是利用菲涅爾反射的信息來定位連接點,光纖終端或斷點。

  OTDR的工作原理就類似于一個雷達。它先對光纖發(fā)出一個信號,然后觀察從某一點上返回來的是什么信息。這個過程會重復地進行,然后將這些結果進行平均并以軌跡的形式來顯示,這個軌跡就描繪了在整段光纖內信號的強弱。

盲區(qū)概念

  Fresnel 反射引出一個重要的 OTDR 規(guī)格,即盲區(qū)。有兩類盲區(qū):事件和衰減。兩種盲區(qū)都由 Fresnel 反射產(chǎn)生,用隨反射功率的不同而變化的距離(米)來表示。盲區(qū)定義為持續(xù)時間,在此期間檢測器受高強度反射光影響暫時“失明”,直到它恢復正常能夠重新讀取光信號為止,設想一下,當您夜間駕駛時與迎面而來的車相遇,您的眼睛會短期失明。在 OTDR 領域里,時間轉換為距離,因此,反射越多,檢測器恢復正常的時間越長,導致的盲區(qū)越長。絕大多數(shù)制造商以最短的可用脈沖寬度以及單模光纖 -45 dB、多模光纖 -35 dB 反射來指定盲區(qū)。為此,閱讀規(guī)格表的腳注很重要,因為制造商使用不同的測試條件測量盲區(qū),尤其要注意脈沖寬度和反射值。例如,單模光纖 -55 dB 反射提供的盲區(qū)規(guī)格比使用 -45 dB 得到的盲區(qū)更短,僅僅因為 -55 dB 是更低的反射,檢測器恢復更快。此外,使用不同的方法計算距離也會得到一個比實際值更短的盲區(qū)。

事件盲區(qū)

  事件盲區(qū)是 Fresnel 反射后 OTDR 可在其中檢測到另一個事件的最小距離。換而言之,是兩個反射事件之間所需的最小光纖長度。仍然以之前提到的開車為例,當您的眼睛由于對面車的強光刺激睜不開時,過幾秒種后,您會發(fā)現(xiàn)路上有物體,但您不能正確識別它。轉過頭來說 OTDR,可以檢測到連續(xù)事件,但不能測量出損耗。OTDR 合并連續(xù)事件,并對所有合并的事件返回一個全局反射和損耗。為了建立規(guī)格,最通用的業(yè)界方法是測量反射峰的每一側 -1.5 dB 處之間的距離。還可以使用另外一個方法,即測量從事件開始直到反射級別從其峰值下降到 -1.5 dB 處的距離。該方法返回一個更長的盲區(qū),制造商較少使用。

  使得 OTDR 的事件盲區(qū)盡可能短是非常重要的,這樣才可以在鏈路上檢測相距很近的事件。例如,在建筑物網(wǎng)絡中的測試要求 OTDR 的事件盲區(qū)很短,因為連接各種數(shù)據(jù)中心的光纖跳線非常短。如果盲區(qū)過長,一些連接器可能會被漏掉,技術人員無法識別它們,這使得定位潛在問題的工作更加困難。

衰減盲區(qū)

  衰減盲區(qū)是 Fresnel 反射之后,OTDR 能在其中精確測量連續(xù)事件損耗的最小距離。還使用以上例子,經(jīng)過較長時間后,您的眼睛充分恢復,能夠識別并分析路上可能的物體的屬性。如圖 6 所示,檢測器有足夠的時間恢復,以使得其能夠檢測和測量連續(xù)事件損耗。所需的最小距離是從發(fā)生反射事件時開始,直到反射降低到光纖的背向散射級別的 0.5 dB。

盲區(qū)的重要性

  短衰減盲區(qū)使得 OTDR 不僅可以檢測連續(xù)事件,還能夠返回相距很近的事件損耗。例如,可以得知網(wǎng)絡內短光纖跳線的損耗,這可以幫助技術人員清楚了解鏈路內的情況。

  盲區(qū)也受其他因素影響:脈沖寬度。規(guī)格使用最短脈沖寬度是為了提供最短盲區(qū)。但是,盲區(qū)并不總是長度相同,隨著脈沖變寬,盲區(qū)也會拉伸。使用最長的可能的脈沖寬帶會導致特別長的盲區(qū),然而這有不同的用途,下文會提到。

動態(tài)范圍

  動態(tài)范圍是一個重要的 OTDR 參數(shù)。此參數(shù)揭示了從 OTDR 端口的背向散射級別下降到特定噪聲級別時 OTDR 所能分析的最大光損耗。換句話說,這是最長的脈沖所能到達的最大光纖長度。因此,動態(tài)范圍(單位為 dB)越大,所能到達的距離越長。顯然,最大距離在不同的應用場合是不同的,因為被測鏈路的損耗不同。連接器、熔接和分光器也是降低 OTDR 最大長度的因素。因此,在一個較長時段內進行平均并使用適當?shù)木嚯x范圍是增加最大可測量距離的關鍵。大多數(shù)動態(tài)范圍規(guī)格是使用最長脈沖寬度的三分鐘平均值、信噪比 (SNR)=1(均方根 (RMS) 噪聲值的平均級別)而給定。再次請注意,仔細閱讀規(guī)格腳注標注的詳細測試條件非常重要。

  憑經(jīng)驗,我們建議選擇動態(tài)范圍比可能遇到的最大損耗高 5 到 8 dB 的 OTDR。例如,使用動態(tài)范圍是 35 dB 的單模 OTDR 就可以滿足動態(tài)范圍在 30 dB 左右的需要。假定在 1550 nm 上的典型光纖典型衰減為 0.20 dB/km,在每 2 公里處熔接(每次熔接損耗 0.1 dB),這樣的一個設備可以精確測算的距離最多 120 公里。最大距離可以使用光纖衰減除 OTDR 的動態(tài)范圍而計算出近似值。這有助于確定使設備能夠達到光纖末端的動態(tài)范圍。請記住,網(wǎng)絡中損耗越多,需要的動態(tài)范圍越大。請注意,在 20 μ 指定的大動態(tài)范圍并不能確保在短脈沖時動態(tài)范圍也這么大,過度的軌跡過濾可能人為夸大所有脈沖的動態(tài)范圍,導致不良故障查找解決方案。


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