張智軍 中國石油玉門油田信息中心，甘肅酒泉 735019

淺議西氣東輸光纜故障定位

張智軍 中國石油玉門油田信息中心，甘肅酒泉 735019

本文作者根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)歷，論述了西氣東輸光纜搶修故障定位的方法，簡述了光時(shí)域反射儀OTDR的測試原理，對光纜線路中經(jīng)常出現(xiàn)的光纖故障點(diǎn)進(jìn)行分析，并介紹使用OTDR的經(jīng)驗(yàn)與技巧。

光纜線路; 光時(shí)域反射儀(O TDR) ; 光纖故障點(diǎn); 盲區(qū); 接頭損耗

西氣東輸信息傳輸?shù)耐緩绞且怨鈧鬏敒橹鳎l(wèi)星傳輸為輔的。大部分信息，包括自動(dòng)化數(shù)據(jù)、生產(chǎn)電話、工業(yè)監(jiān)控、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、視頻會議等信息都是通過光纜傳輸。由于從新疆到上海全線4000公里只采用一根光纜進(jìn)行信息傳輸，如果光纜中斷，就會造成斷點(diǎn)上游所有站場閥室與下游各站及上?？偛康耐ㄐ胖袛?，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。所以發(fā)生光纜中斷情況，能在最短時(shí)間內(nèi)找到故障點(diǎn)進(jìn)行搶修顯得極其重要，而光纜故障定位是搶修工作的首要環(huán)節(jié)。

1 故障定位方法

根據(jù)本人經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)檐浗粨Q電話和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器都在下游的上海調(diào)控中心，以玉門站為例，如果本站上游光纜中斷，本站的光傳輸設(shè)備就會告警，但不會影響本站信息傳輸和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)。本站下游光纜中斷的現(xiàn)象就是玉門壓氣站內(nèi)的生產(chǎn)電話和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)中斷且SDH光傳輸設(shè)備緊急告警。所以當(dāng)發(fā)生以上兩種情況時(shí)，應(yīng)先使用光傳輸電話聯(lián)系上海機(jī)房詢問情況，如果電話打不通，則應(yīng)聯(lián)系所轄范圍的上游和下游站場，詢問通信情況，按照SDH光傳輸公務(wù)電話表將所轄的閥室由遠(yuǎn)到近進(jìn)行呼叫，根據(jù)回鈴音判斷就能確定斷點(diǎn)是否在所轄范圍內(nèi)，如果在，在哪個(gè)范圍。西氣東輸每30公里一個(gè)閥室作為光傳輸中繼，都裝有光傳輸公務(wù)電話。光纜斷則電話斷。所以先打SDH公務(wù)電話就可以將故障點(diǎn)定位在兩個(gè)閥室之間30公里的范圍，大大縮減光纜故障定位的時(shí)間。下一步就是去閥室利用光時(shí)域反射儀OTDR進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

2 OTDR的基本原理

OTDR主要是根據(jù)光的瑞利散射和菲涅爾反射理論來測試光纖的特性。儀表的激光源發(fā)出一定強(qiáng)度和波長的光束至被測光纖，由于光纖本身的缺陷(制作工藝和石英玻璃材料成分的不均勻性)，使光在光纖中傳輸將產(chǎn)生瑞利散射；由于機(jī)械連接和斷裂等原因?qū)⒃斐晒庠诠饫w中產(chǎn)生菲涅爾反射，由光纖沿線各點(diǎn)反射回的微弱的光信號經(jīng)光定向耦合器到儀器的接收端，通過光電轉(zhuǎn)換器、低噪 聲放大器、數(shù)字圖像信號處理等過程，實(shí)現(xiàn)圖表、曲線掃跡在屏幕上顯現(xiàn)。打個(gè)比方，OTDR的工作原理類似于一部雷達(dá)，它先對光纖發(fā)出一個(gè)信號，然后觀察從某一點(diǎn)返回來的是什么信息。這個(gè)過程會重復(fù)地進(jìn)行，然后將這些結(jié)果進(jìn)行平均，并以軌跡的形式來顯示，這個(gè)軌跡就描繪了光纖鏈路的狀態(tài)。

3 OTDR的主要功能

OTDR是光纜工程施工和光纜線路維護(hù)工作中最重要的測試儀器，主要被用來測試：光纖接頭的連接損耗；光纜（光纖）的長度；光纖接頭盒光纖斷點(diǎn)的位置。它能將長100多公里光纖的完好情況和故障狀態(tài)，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(jù)事件表的數(shù)據(jù)，能迅速的查找確定故障點(diǎn)的位置和判斷障礙的性質(zhì)及類別，對分析光纖的主要特性參數(shù)能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4 OTDR的使用

用OTDR進(jìn)行光纖鏈路測量可分為：參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)獲取曲線分析。

人工設(shè)置測量參數(shù)包括：

（1）波長選擇

因不同的波長對應(yīng)不同的光纖特性，測試波長一般遵循與系統(tǒng)傳輸通信波長相對應(yīng)的原則，如西氣東輸使用1550nm波長，則測試波長為1550nm。

（2）脈寬

脈寬越長，動(dòng)態(tài)測量范圍越大，測量距離更長，但在OTDR曲線波形中產(chǎn)生盲區(qū)更大；短脈沖注入電平低，但可減小盲區(qū)。脈寬周期通常以ns來表示。

（3）測量范圍

OTDR測量范圍是只OTDR獲取數(shù)據(jù)取樣的最大距離，此參數(shù)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的1.5～2倍的距離。

（4）平均時(shí)間

由于后向散射光信號機(jī)器微弱，一般采用統(tǒng)計(jì)平均的方法提高信噪比，平均時(shí)間越長，信噪比越高。例如，3分鐘獲得的信噪比將比1分鐘獲得的信噪比提高0.8db。但超過10分鐘則對信噪比的改善并不大。一般平均時(shí)間不超過3分鐘。

（5）光纖參數(shù)

光纖參數(shù)的設(shè)置包括折射率和散射系數(shù)。折射率參數(shù)與距離測量有關(guān)，散射系數(shù)則影響反射與回波損耗得測量結(jié)果。這兩個(gè)參數(shù)通常由光纖生產(chǎn)廠家給出。參數(shù)設(shè)置好后，OTDR即可發(fā)送光脈沖，并接收由光纖鏈路散射和反射回來的光，對光電探測器的輸出取樣，得到OTDR曲線，對曲線進(jìn)行分析即可了解光鏈路的質(zhì)量。

測試結(jié)果分析：

（1）下圖2就是一個(gè)測量曲線的示意圖。

圖2

此曲線圖表示光纖正常，縱軸是背向散射光的強(qiáng)度，橫軸為距離。最左邊的脈沖A為盲區(qū)，是由OTDR與光纖連接器之間的連接而引起的，在測量時(shí)可以不予考慮。B為測試末端反射峰，即光纖末端。

測試曲線為傾斜，隨著距離的增長，總損耗會越來越大。用總損耗（dB）除以總距離（Km）就是該段纖芯的平均損耗（dB/Km）。A至B處的曲線顯示了恒定的斜率，即表明了此段光纖的均勻性，其斜率就是單位長度光纖的損耗。因此，在條件允許的情況下，測量應(yīng)從兩端進(jìn)行，兩側(cè)測量的平均值才表示這個(gè)局部的損耗。

（2）下圖3中間多了一個(gè)反射峰，很有可能中間是一個(gè)跳接點(diǎn)、活動(dòng)連接器或者機(jī)械接頭。因?yàn)槟軌虺霈F(xiàn)反射峰，很多情況是因?yàn)槟┒说墓饫w端面是平整光滑的。端面越平整，反射峰越高。

圖3

（3）出現(xiàn)下圖4這種情況，有可能是儀表的尾纖沒有插好，或者光脈沖根本打不出去，再有就是斷點(diǎn)位置比較近，所使用的距離、脈沖設(shè)置又比較大，看起來就像光沒有打出去一樣。

圖4

出現(xiàn)這種情況，一要檢查尾纖連接情況，二就是把OTDR的設(shè)置改一下，把距離、脈沖調(diào)到最小，如果還是這種情況的話，可以判斷尾纖有問題，OTDR上的適配器問題，斷點(diǎn)十分近，OTDR不足以測試出距離來。如果是尾纖問題，只要換一根尾纖就知道，不行的話就要試著擦洗適配器，或就近查看纖芯了。

（4）出現(xiàn)下圖5這種情況比較多見，曲線中間出現(xiàn)一個(gè)明顯的臺階，多數(shù)是因?yàn)樵摾w芯打折，彎曲過小，受到外界損傷等因素，也有可能是熔接點(diǎn)損耗過大造成。

圖5

（5）出現(xiàn)下圖6這種情況一定要引起注意，光纜可能斷了！

曲線在末端沒有任何反射峰就掉下去了，如果知道纖芯原來的距離，此圖像表示在沒有到達(dá)纖芯原來的距離，曲線就掉下去了，這說明光纖在曲線掉下去的地方斷了，或者也有可能是光纖在那里打了個(gè)折。

圖6

5 經(jīng)驗(yàn)與技巧

（1）波長的選擇

1550nm波長測試距離更遠(yuǎn)，1310nm對光纖彎曲更敏感，1550nm比1310nm單位長度衰減更小，1310nm比1550nm測得熔接或連接器損耗更高。在實(shí)際的光纜維護(hù)工作中一般對兩種波長都進(jìn)行測試和比較。

（2）折射率的校正

就光纖長度測量而言，折射率系數(shù)每0.01的偏差會引起7 m/km之多的誤差，對于較長的光前段，應(yīng)采用光纜制造商提供的折射率值。

常用的折射率和后向散射系數(shù)見下表：

（3）光纖質(zhì)量的簡單判別

正常情況下，OTDR測試結(jié)果的曲線主題斜率基本一致，若某一段斜率較大，則表明此段衰減較大；若曲線主體為不規(guī)則形狀，斜率起伏較大，彎曲或呈弧形，則表明光纖質(zhì)量嚴(yán)重劣化，不符合通信要求。

（4）接頭清潔

光纖活動(dòng)接頭接入OTDR前，必須認(rèn)真清洗，包括OTDR的輸出接頭和被測活動(dòng)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不能進(jìn)行，它還有可能損壞OTDR。避免用酒精以外的其他清洗劑，因?yàn)樗鼈兛赡苁构饫w連接器內(nèi)黏合劑溶解。

（5）附加光纖的使用

附加光纖是一段用于連接OTDR與待測光纖，長度為500～2500m的光纖，其主要作用為：前端盲區(qū)處理和終端連接器插入測量。一般來說，OTDR與待測光纖的連接器引起的盲區(qū)最大。在光纖實(shí)際測量中，在OTDR與待測光纖間加一段過渡光纖，使前端盲區(qū)落在過渡光纖內(nèi)，而待測光纖落在OTDR曲線的線性穩(wěn)定區(qū)。根據(jù)本人經(jīng)驗(yàn)，盲區(qū)一般在200米內(nèi)。

6 結(jié)束語

（1） 光纖故障點(diǎn)在OTDR屏幕顯示有三種情況, 通過分析可分清三種情況的光纖故障點(diǎn)的種類及其成因。

（2）對于OTDR測量中應(yīng)注意幾個(gè)問題: 第一要注意盡可能避免測試盲區(qū), 以提高測量的分辨率;其次, 兩相互連接的光纖的模場直徑的偏差應(yīng)控制在0.35Λm及以下, 這樣測得的接頭損耗誤差較小。

[1] IEC7932123 (1995) :Am endem en t 1(1996207) "Op t ical F ibers Pat r 1:Gener ic specif icat ion Sect ion 3:M easu r ing m ethods fo r m echan ical character ist ics".

[2]陳永詩. 光纖翹曲(cu r l)特性. 全國第八次光纖通信暨第九屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集.P463, 1997

[3]劉德明, 向清, 黃德修. 光纖光學(xué)[M].北京: 國防工業(yè)出版社

[4]楊同友, 楊邦湘. 光纖通信技術(shù)[M]. 北京: 人民郵電出版社.1996

[5]張碧蘭, 徐東明. 光纖通信測量[M]. 北京: 人民郵電出版社.1997

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.115

張智軍（1982.7-），男，助理工程師，從業(yè)于玉門油田信息中心。