文｜德特威勒電纜系統(tǒng)（上海）有限公司 鄔金龍

綜合布線系統(tǒng)中光纖鏈路的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試一般可以從這幾個(gè)萬面考慮：設(shè)備的連通性、跳線系統(tǒng)是否有效以及通信線路的指標(biāo)數(shù)據(jù)等，而通信線路的指標(biāo)數(shù)據(jù)一般得借助專業(yè)工具進(jìn)行，目前在工程中常用的是光時(shí)域反射損耗測(cè)試儀（OTDR）。下面就光時(shí)域反射損耗測(cè)試儀（OTDR）的功能、參數(shù)設(shè)置、檢測(cè)方法以及曲線分析做簡(jiǎn)單的介紹。

1 光時(shí)域反射損耗測(cè)試儀OTDR的功能

光時(shí)域反射損耗測(cè)試儀OTDR的功能包括：測(cè)試光纖的長(zhǎng)度、測(cè)試光纖的衰減系數(shù)（波長(zhǎng) 850nm、1310nm、1550nm、1625nm）、測(cè)試光纖的接頭損耗、測(cè)試光纖的衰減均勻性、測(cè)試光纖可能有的異常情況（如有臺(tái)階，曲線異常等）、測(cè)試光纖的回波損耗、測(cè)試光纖的背向散射。

2 OTDR的主要參數(shù)設(shè)置

（1）測(cè)試波長(zhǎng)

對(duì)于多模光纖，選擇850nm或1300nm；而單模則選擇1310nm或1550nm。

（2）OTDR的光纖的折射率（IOR）

折射率=真空中的光速/光脈沖在光纖中的速度；

設(shè)置OTDR上光纖的雙窗口的折射率因根據(jù)各廠家提供的數(shù)據(jù)，每種光纖其折射率是不同的，光纖n的典型值在1.45～1.55之間。單模光纖的折射率基本在1.460～1.4800范圍內(nèi)，如G.652單模光纖，在實(shí)際測(cè)試時(shí)，若在1310nm波長(zhǎng)下，折射率一般選擇1.468；若在1550 nm波長(zhǎng)下，折射率一般選擇1.4685。OTDR所測(cè)光纖長(zhǎng)度跟設(shè)置的折射率有關(guān)；對(duì)同一光纖所設(shè)置的折射率越大所測(cè)光纖長(zhǎng)度越短，反之所測(cè)光纖長(zhǎng)度則越長(zhǎng)。

OTDR 上顯示的距離：

此次我們?cè)谀彻S所檢測(cè)的光纜主要是室內(nèi)型單模零水峰光纖，它的光纖折射率n為：

（3）OTDR測(cè)試量程

OTDR所設(shè)量程必須是所要測(cè)試光纖長(zhǎng)度1.5～2倍。量程過小，光時(shí)域反射損耗測(cè)試儀的顯示屏上看不全面，選擇過大，則顯示屏上橫坐標(biāo)壓縮得看不清楚。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，測(cè)試量程選擇能使背向散射曲線大約占OTDR顯示屏的70%時(shí)為宜。

（4）OTDR的測(cè)試脈寬

原則：長(zhǎng)距離用長(zhǎng)脈寬，短距離用小脈寬。一定光纖長(zhǎng)度必須選用相對(duì)應(yīng)，長(zhǎng)脈寬平均化時(shí)間短，但OTDR分辨率低，光纖存在的細(xì)小的異常情況（如小臺(tái)階等）不易發(fā)現(xiàn)。

長(zhǎng)脈沖寬度：動(dòng)態(tài)范圍較高但是死區(qū)較長(zhǎng)，為減小噪聲并檢測(cè)遠(yuǎn)處的事件應(yīng)增加脈沖寬度，如圖1所示。

短脈沖寬度：分辨率較高但是有更多的噪聲，為縮短死區(qū)并清楚地分離接近的事件應(yīng)減小脈沖寬度，如圖2所示。兩者必須有機(jī)結(jié)合，合理配置。

典型值包括：5ns/10ns/30ns/100ns/300ns/1μs短鏈路和100ns / 300ns / 1μs / 3μs / 1 0μs長(zhǎng)鏈路。

（5）平均化時(shí)間的選擇

由于背向散射光信號(hào)極其微弱，一般采用多次統(tǒng)計(jì)平均的方法來提高信噪比。OTDR測(cè)試曲線是將每次輸出脈沖后的反射信號(hào)采樣，并把多次采樣做平均化處理以消除隨機(jī)事件，平均化時(shí)間越長(zhǎng)，噪聲電平越接近最小值，動(dòng)態(tài)范圍就越大。平均化時(shí)間為3min獲得的動(dòng)態(tài)范圍比平均化時(shí)間為1min獲得的動(dòng)態(tài)范圍提高0.8dB。

一般來說平均化時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)試精度越高。為了提高測(cè)試速度，縮短整體測(cè)試時(shí)間，測(cè)試時(shí)間可在0.5～3min內(nèi)選擇。

在光纖通信接續(xù)測(cè)試中，選擇1.5min就可獲得滿意的效果。

3 測(cè)試方法

OTDR測(cè)試可以分為三種常見方式。

（1）不使用發(fā)射與接收光纜的驗(yàn)收測(cè)試如圖3所示。

圖3 不使用發(fā)射與接收光纜的驗(yàn)收測(cè)試

此種測(cè)試方式可以測(cè)試被測(cè)光纜，但是由于被測(cè)光纜的前、后端沒有連接發(fā)射光纜，前、后的連接器不能被測(cè)試。在這種情況下，不能提供一個(gè)參考的后向散射信號(hào)。因此，不能確定端點(diǎn)連接器點(diǎn)的損耗。

為了解決這一問題，在OTDR的發(fā)射位置（前端）以及被測(cè)光纖的接收位置（遠(yuǎn)端）處加上一段光纜。

（2）使用發(fā)射與接收光纜的驗(yàn)收測(cè)試，如圖4 所示。

圖4 使用發(fā)射與接收光纜的驗(yàn)收測(cè)試

此種方式由于加上了發(fā)射與接收光纜，可以測(cè)試被測(cè)光纜的整條鏈路，以及所有的連接點(diǎn)。發(fā)射光纜的長(zhǎng)度：多模測(cè)試通常在300m～500m之間；單模測(cè)試通常在1000m～2000m之間。非常重要的一點(diǎn)是發(fā)射與接收光纜應(yīng)該與被測(cè)光纜相匹配（類型、芯徑等）。

（3）使用發(fā)射與接收光纜的環(huán)回測(cè)試，如圖5所示。

此種方式可以測(cè)試被測(cè)光纜的整條鏈路，以及所有的連接點(diǎn)。

由于采用環(huán)回測(cè)量方法，技術(shù)人員僅需要一臺(tái)OTDR用于雙向OTDR 測(cè)量。在光纖的一端（近端）執(zhí)行OTDR數(shù)據(jù)讀取。一次可以同時(shí)測(cè)試兩根光纜，所有數(shù)據(jù)讀取時(shí)間被減為二分之一。

圖5 使用發(fā)射與接收光纜的環(huán)回測(cè)試

測(cè)試人員需要兩人，一人在近端OTDR位置，另一人位于光纜另一端，采用跳線或者發(fā)射光纜將測(cè)試的兩根光纜鏈路進(jìn)行連接。對(duì)光纖接續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)由于增加了環(huán)回點(diǎn)，所以能在OTDR上測(cè)出接續(xù)衰耗的雙向值。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確評(píng)估接頭的好壞。

由于測(cè)試原理和光纖結(jié)構(gòu)上的原因，用OTDR單向監(jiān)測(cè)會(huì)出現(xiàn)虛假增益的現(xiàn)象，相應(yīng)地也會(huì)出現(xiàn)虛假大衰耗現(xiàn)象。對(duì)一個(gè)光纖接頭來說，兩個(gè)方向衰減值的數(shù)學(xué)平均數(shù)才能準(zhǔn)確反映其真實(shí)的衰耗值。比如一個(gè)接頭從A到B測(cè)衰耗為0.16dB，從B到A測(cè)為-0.12dB，實(shí)際上此頭的衰耗為[0.16+（-0.12）]/2=0.02dB。

此次，我們采用的就是使用發(fā)射與接收光纜的環(huán)回測(cè)試，發(fā)射光纜采用1km左右的假纖。

4 曲線分析（異常曲線、原理和對(duì)策）

（1）典型的OTDR 軌跡圖如圖6所示

（2）OTDR 能夠捕捉的事件

圖6

通常有兩種類型的事件：反射事件與非反射事件。

反射事件：出現(xiàn)于光纖中存在不連續(xù)，引起折射指數(shù)的突然改變時(shí)。反射事件可以出現(xiàn)在斷點(diǎn)、連接器連接處、機(jī)械接頭或者光纖的不確定端點(diǎn)。對(duì)于反射事件，連接器損耗通常在0.5dB左右。對(duì)于機(jī)械接頭，損耗通常在0.1～0.2dB之間。

非反射事件：出現(xiàn)于光纖中沒有不連續(xù)點(diǎn)的位置上，且非反射事件通常是由于熔接損耗或者彎曲損耗，例如，宏彎曲所生成的。典型的損耗值范圍為0.02～0.1dB，取決于熔接設(shè)備與操作者。

（3）斜率

斜率的標(biāo)準(zhǔn)偏差dB/km取決于本地噪聲電平（與分布）和采用SLA方法的讀取點(diǎn)數(shù)；典型的段損耗范圍對(duì)于1550nm為0.17～0.22dB/km，對(duì)于1310nm單模系統(tǒng)為0.30～0.35dB/km，對(duì)于1300nm多模系統(tǒng)為0.5～1.5dB/km，對(duì)于850nm系統(tǒng)為2～3.5dB/km。

（4）反射

一個(gè)連接器、斷點(diǎn)或者機(jī)械接頭處的反射量取決于光纖與光纖界面（另一個(gè)光纖、空氣或者折射指數(shù)匹配液）材料之間的折射指數(shù)之差，以及斷點(diǎn)或者連接器的幾何形狀（平的、角度的或者碎的）。這兩個(gè)因素能夠捕捉光纖纖芯內(nèi)不同數(shù)量的反射。

（5）盲區(qū)

在光纖測(cè)試過程中在存強(qiáng)反射時(shí)，使得光電二極管飽和，光電二極管需要一定的時(shí)間從飽和狀態(tài)中恢復(fù)，在這一時(shí)間內(nèi)，它將不會(huì)精確地檢測(cè)后散射信號(hào)，在這一過程中沒有被確定的光纖長(zhǎng)度稱為盲區(qū)。如圖7所示。

盲區(qū)一般表現(xiàn)為前端盲區(qū)，為了解決這一問題，可以在測(cè)試光纜前加一條長(zhǎng)的測(cè)試光纖將此效應(yīng)減到最小。

盲區(qū)又可分衰減盲區(qū)和事件盲區(qū)。

衰減盲區(qū)如圖8所示。衰減盲區(qū)指的是自起始反射點(diǎn)到與背向散射曲線相差不超過±0.5dB處的距離。衰減盲區(qū)告訴我們測(cè)試光纖連接點(diǎn)到第一個(gè)可檢測(cè)接頭點(diǎn)之間的最短距離。

事件盲區(qū)如圖9所示。從反射事件的起始點(diǎn)到該事件峰值衰減 1.5dB點(diǎn)間的距離。事件盲區(qū)確定了兩個(gè)可區(qū)分的反射事件點(diǎn)間的最短距離（例如兩個(gè)連接器之間）。

圖9

（6）典型反射曲線

這條曲線包括各種常見現(xiàn)象，如圖10所示。

區(qū)域（a）即在A點(diǎn)至B點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，曲線斜率恒定：表明光纖在該區(qū)域的散射均勻一致。因此可獲得相應(yīng)的常數(shù)。在這種情況下，測(cè)量?jī)H從一端即可滿足要求。

圖10

區(qū)域（b）表示局部的損耗變化，主要由外部原因（如光纖接頭）和內(nèi)部原因光纖本身引起，在此情況下，進(jìn)行兩端測(cè)量，取平均值表示該接頭損耗。

區(qū)域（c）所示的不規(guī)則性由后向散射的劇烈增強(qiáng)所致，這種變化可能由外部測(cè)試原因二次反射余波（鬼影）產(chǎn)生能量疊加和內(nèi)部原因光纖本身缺陷（小裂紋）造成的，先必須確認(rèn)是何種原因，再采用兩端測(cè)量來測(cè)定這種不規(guī)則對(duì)衰減的影響。

區(qū)域（d）即后向散射曲線有時(shí)出現(xiàn)弓形彎曲。有內(nèi)部因素，一般是吸收損耗變化導(dǎo)致衰減變化。對(duì)于外部因素，可能與光纖受力增加有關(guān)。如何確定是何種因素，可對(duì)光纖或光纜施加外力或改變其溫度，如特性不變，是內(nèi)部因素，反之為外部因素。

區(qū)域（e）光纖的端點(diǎn)或任何的不連續(xù)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生菲涅爾反射或后向散射功率損耗（無菲涅爾反射），由此可測(cè)定這些端點(diǎn)或不連續(xù)點(diǎn)的位置。機(jī)械式接頭界面往往產(chǎn)生這種反射。

圖11所示的現(xiàn)象為光纖末端無菲涅爾反射峰，曲線斜率、衰減正常，無法確認(rèn)光纖長(zhǎng)度。原因：光纖末端面上比較臟或光纖端面質(zhì)量差；對(duì)策：清洗光纖末端面或重新做端面。

圖11

圖12所示的現(xiàn)象為曲線成明顯弓形，衰減嚴(yán)重偏大或偏小，無菲涅爾反射峰；原因：量程設(shè)置錯(cuò)誤（不足被測(cè)光纖長(zhǎng)度2倍以上）；對(duì)策：增大量程。

圖12

圖13所示的現(xiàn)象是在曲線斜率恒定的曲線中間有一個(gè)“小山峰”（背向散射劇烈增強(qiáng)所致），原因有二，其一是光纖本身質(zhì)量原因（小裂紋）；其二是二次反射余波在前端面產(chǎn)生反射；對(duì)策：在這種情況下改變光纖測(cè)試量程、脈寬、重新做端面，再測(cè)試如“小山峰”，消失則為原因2，如不消失則為原因1。

圖13

圖14所示的現(xiàn)象是在光纖連接器、耦合器、熔接點(diǎn)處產(chǎn)生一個(gè)明顯的增益；原因：模場(chǎng)直徑不匹配造成的；對(duì)策：測(cè)試衰減和接頭損耗必須雙向測(cè)試，取平均值。

圖14

圖15所示的現(xiàn)象是曲線斜率正常，光纖均勻性合格，但兩端光纖衰減系數(shù)相差很大；原因：模場(chǎng)不均勻造成，一般為光纖拉絲引頭和結(jié)尾部分；對(duì)策：測(cè)試衰減必須雙向測(cè)試，取平均值。

圖16所示的現(xiàn)象是整根光纖衰減合格，曲線大部分斜率均勻，但在菲涅爾反射峰前沿有一小凹陷；原因：末端幾米或幾十米光纖受側(cè)壓；對(duì)策：復(fù)繞觀察有無變化，無變化則剪掉。

圖17所示的現(xiàn)象是1310nm光纖曲線平滑，光纖衰減斜率基本不變，衰減指標(biāo)略微偏高；但1550nm光纖衰減斜率增加，衰減指標(biāo)偏高；原因：束管內(nèi)余長(zhǎng)過短，光纖受拉伸；對(duì)策：確認(rèn)束管內(nèi)的余長(zhǎng)，增加束管內(nèi)的余長(zhǎng)。

圖17

圖18

圖18所示的現(xiàn)象是1310nm光纖曲線平滑，光纖衰減斜率基本正常，衰減指標(biāo)正常；但1550nm光纖衰減斜率嚴(yán)重不良，衰減指標(biāo)嚴(yán)重偏高；原因：束管內(nèi)余長(zhǎng)過長(zhǎng)，光纖彎曲半徑過??；對(duì)策：確認(rèn)束管內(nèi)的余長(zhǎng)，減少束管內(nèi)的余長(zhǎng)。

圖19所示現(xiàn)象是尾纖與過渡纖有部分曲線出現(xiàn)有規(guī)則的曲線不良，但被測(cè)光纖后半部分曲線正常，整根被測(cè)光纖衰減指標(biāo)基本正常；原因：一般是由設(shè)備本身和測(cè)試方法綜合造成的；對(duì)策：關(guān)機(jī)，重新啟動(dòng)，對(duì)各個(gè)光纖接觸部分進(jìn)行清潔。

圖19

圖20的現(xiàn)象是光纖似斷非斷，實(shí)際里面的光纖纖芯已斷，由于塑料涂層的拉力使光纖斷裂面對(duì)準(zhǔn)良好，這點(diǎn)光纖的損耗增大，但不會(huì)大很多。一般比光纖連接器的損耗略大，在0.5～1.0dB；原因：一般是由安裝時(shí)造成的；對(duì)策：對(duì)該處光纖進(jìn)行熔接。

圖20

圖21所示的現(xiàn)象是光纖徹底斷開，光脈沖不能通過，該處有個(gè)強(qiáng)反射；原因：一般是由安裝時(shí)造成的；對(duì)策：對(duì)該處光纖進(jìn)行熔接。

圖21

圖22所示的現(xiàn)象是光纖損耗增大——數(shù)值一般在1～5dB之間，個(gè)別區(qū)段可以增大到不能使用，類似斷芯狀態(tài)；原因：由于光纖受到拉伸、裂紋、彎曲、壓扁等力的影響，使光纖局部損耗增大；對(duì)策：當(dāng)外力消除后，一般光纖損耗都能恢復(fù)到正常狀態(tài)，個(gè)別情況下如光纖涂覆層受損壞或不能恢復(fù)時(shí)，應(yīng)對(duì)該處光纖進(jìn)行重新熔接。

圖22

5 測(cè)試極限值的預(yù)算

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《綜合布線工程驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50312-2007）中對(duì)光纖測(cè)試極限值的規(guī)定，光纖鏈路的插入損耗極限值可用以下公式計(jì)算：

光纖鏈路損耗=光纖損耗+轉(zhuǎn)接器損耗+光纖連接點(diǎn)損耗

光纖損耗=光纖損耗系數(shù)（dB/km）×光纖長(zhǎng)度（km）

連接器件損耗=單個(gè)連接器件損耗×連接器件個(gè)數(shù)

光纖連接點(diǎn)損耗=單個(gè)光纖連接點(diǎn)損耗×光纖連接點(diǎn)個(gè)數(shù)

依據(jù) GB 50312-2007的光纖測(cè)試極限值的規(guī)定：

光纖鏈路損耗=光纖損耗+轉(zhuǎn)接器損耗+光纖連接點(diǎn)損耗

由于室內(nèi)單模1310nm和1550nm下的衰減系數(shù)均為1.0，所以如果所測(cè)損耗小于該值便算通過。

正向測(cè)試：序號(hào)1～6，表示在1310nm下所測(cè)的數(shù)據(jù)：

光纖鏈路損耗=0.318×0.544+0.317×1.133+0.317×0.54+0.19+0.51+0.084+0.731 =2.218dB

序號(hào)7～12，表示在1550nm下所測(cè)的數(shù)據(jù)：

光纖鏈路損耗=0.182×0.545+0.21×1.133+0.196×0.539+0.228+0.407+0.088+0.634 =1.7998dB

反向測(cè)試：序號(hào)13～18，表示在1310nm下所測(cè)的數(shù)據(jù)：

光纖鏈路損耗=0.308×0.541+0.315×1.142+0.3×0.538+0.367+0.228+0.439+0.37=2.097dB

序號(hào)19～25，表示在1550nm下所測(cè)的數(shù)據(jù)：

光纖鏈路損耗=0.181×0.536+0.206×1.146+0.181×0.539+0.306+0.282+0.309+0.378=1.7057dB

由此可見，上面的檢測(cè)點(diǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

不合格鏈路的故障排除：如果測(cè)試得到的損耗值超出極限值，可以通過以下幾方面來排除故障。首先，重新清潔所有被測(cè)鏈路以及參考跳線的連接器端面。重新連接，確保所有的連接器完全插入光纖適配器中。其次，檢查光纜和跳線的彎曲半徑是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。特別是光纖箱內(nèi)的纜，是否彎曲半徑過小。

如果還無法通過，則采用熔接方式接續(xù)，重新進(jìn)行尾纖熔接。端接方式則更換連接頭，再進(jìn)行新的測(cè)試。