光時域反射儀

1、光時域反射儀科技名詞定義中文名稱：光時域反射儀英文名稱：定義：通過對測量曲線的分析，了解光纖的均勻性、缺陷、斷裂、接頭耦合等若干性能的儀器。所屬學(xué)科：通信科技（一級學(xué)科）；通信計(jì)量（二級學(xué)科）概述光時域反射儀（），是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表。用于光纜線路的施工、維護(hù)之中，可以進(jìn)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。編輯本段9.6.1光時域反射儀概述tm光時域反射儀OTDR（OpticalTimeDomainReflectometer），是利用光線在光纖中傳輸時的瑞利散射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，廣泛應(yīng)用于

2、實(shí)驗(yàn)、教學(xué)和施工現(xiàn)場QTDR采用背向散射測試技術(shù)，能夠測試整個光纖鏈路的衰減，并能提供和長度有關(guān)的衰減細(xì)節(jié)。OTDR同時可測試接頭損耗及故障點(diǎn)。它具有非破壞性且只需在一端測試的優(yōu)點(diǎn)。OTDR功能多、操作簡便、測量的重復(fù)性高、體積小、不許其它儀表配合、能自動存儲和打印測量結(jié)果，目前已成為光通信系統(tǒng)工程檢測中最重要的儀表。如圖9-13所示是HP8147光時域反射儀。光時域反射儀（OTDR）的主要功能為：m（1）單光盤光纜傳輸損耗和光纜長度的檢測。（2）光纜連接工藝的監(jiān)測。（3）中繼段狀態(tài)的測量，包括各盤光纜的損耗、各個接頭的損耗及整個種極端的平均損耗的測量。（4）線路故障原因及故障點(diǎn)位置的準(zhǔn)確判斷

3、。（5）OTDR自動存儲、打印的背向散射信號曲線可以作為線路的重要技術(shù)檔案。9.6.2OTDR9.6.2OTDR工作原理工作原理1瑞利散射瑞利散射：當(dāng)光線在光纖中傳播時，由于光纖中存在著分子級大小的結(jié)構(gòu)上的不均勻，光線的一部分能量會改變其原有傳播方向向四周散射，這種現(xiàn)象被稱為瑞利散射。其強(qiáng)度與波長的4次方（入4）成反比，其中又有一部分散射光線和原來的傳播方向相反，被稱為背向散射，如圖9-14所示。2.菲涅爾反射當(dāng)光線由一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)時，會產(chǎn)生的一種反射。其反射強(qiáng)度與兩種媒質(zhì)的相對折射率的平方成正比。如圖9-15所示，一束能量為P0的光，由媒質(zhì)1（折射率為nl）進(jìn)入媒質(zhì)2（折射率為n2）

4、產(chǎn)生的反射信號為P1，則A點(diǎn)經(jīng)背向散射回到輸入端的光功率為其中，S：光纖背向散射系數(shù)；a:光纖傳輸衰減常數(shù)。光信號由注入端進(jìn)入光纖到達(dá)A點(diǎn)經(jīng)背向散射回到注入端的時間t和L之間的關(guān)系為T1CtL二一vt22(9_5)其中，c：光在真空中的傳播速度(3X105km/s)。n1：光纖纖芯折射率。t：一束光由注入端起到回到該點(diǎn)的時間?？梢?，只要測出光信號返回時間及其對應(yīng)的光功率就可算出光纖的長度，并由式(9-6)進(jìn)行光纖衰減計(jì)算。在圖9-16中，光纖中B點(diǎn)經(jīng)散射返回到始端的光功率為P(B)二SFQ2心以)(9-6)則AB間光纖的衰減為2SPW2噸百(9_7)=lgSPe2aL-llgS_2a(J)(d

5、B)根據(jù)上述原理，由光纖一端注入一個很窄的光脈沖，以在該端接收背向散射信號，并對數(shù)處理后，所得結(jié)果作為縱坐標(biāo)，以信號回到該點(diǎn)的時間先后為橫坐標(biāo)(實(shí)際儀表顯示采取長度L=ct/2n),顯示該光纖的背向散射曲線，如圖9-17所示。2009-12-30門川】1OA段：為盲區(qū)，其長度和注入光脈沖寬度成正比。AB、BC、CD段：均勻光纖。B點(diǎn)：光纖的熔接接頭產(chǎn)生的下降臺階。C點(diǎn)：光纖的活動連接器接頭產(chǎn)生的菲涅爾反射的下降臺階或由光纖裂縫產(chǎn)生的局部菲涅爾反射。D點(diǎn)：光纖末端由于光纖與空氣之間的折射率差而產(chǎn)生的菲涅爾反射。在曲線中只要讀出兩點(diǎn)的電平差就是該點(diǎn)間的光纖衰減；水平兩點(diǎn)間的差即為該兩點(diǎn)間的距離；下

6、臺階的高度即表征了光纖的接頭衰減。上述結(jié)果儀表均可直接讀出，并可得到光纖的衰減常數(shù)a，根據(jù)光在光纖中傳輸?shù)乃俣扰c時間的關(guān)系，可測出光纖長度。963OTDR的主要參數(shù)（1）動態(tài)范圍當(dāng)被測光纖過長時，測試曲線就會出現(xiàn)如圖9-8所示的情況。儀表實(shí)際可以測量的光纖最大長度為j（9衛(wèi)）a式中：D稱為OTDR的動態(tài)范圍，即：初始背向敎射電平與噪聲電平的差值（clB）定義為動態(tài)范圍，&為光纖的衰減常數(shù)料由分析可知：對衰減一定的光纖，儀表的動態(tài)范圍越大，可測量朋長度越長，反之越短：對同一動態(tài)范圍的儀表，光纖9盲區(qū)是指：由于光纖和儀表耦合時存在空隙，由此產(chǎn)生的菲涅爾反射遠(yuǎn)大于背向散射，致使放大器飽和，而掩蓋了背

7、向散射信號，致使儀表無法測量那段光纖長度，如圖9-19所示。注：實(shí)際工程測量時，常加入一段篥過渡光纖來減小盲區(qū)對測量結(jié)果的影響口是指因儀表方面的因素對長度測量結(jié)果的影響，有：第一是儀表折射率的設(shè)置。由于OTDR是依據(jù)測量時間，利用公式L=ct/2n來計(jì)算光纖長度的。為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，每次測量之前必須根據(jù)光纖實(shí)際折射率值對儀表參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，但因它們之間總存在誤差，導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。第二是儀表內(nèi)部作為時鐘的晶振頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定度。因所測得時間的準(zhǔn)確度受時鐘影響，所以時鐘影響會給長度測量帶來一定的誤差。第三是儀表在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時采樣的間隔。取樣點(diǎn)越多，取樣間隔越小，實(shí)際曲線和顯示曲線就越

8、接近，誤差就越小。9.6.4OTDRHP8147的使用方法(1)HP8147面板及功能鍵說明硬功能鍵硬功能鍵由縮放鍵、改動旋鈕、打印鍵、存儲鍵軌跡/事件鍵開始/停止鍵和自動測試鍵組成，其前面板示意圖如圖9-20?？s放鍵：用于改變垂直和水平方向上顯示的幅度。游標(biāo)鍵：使游標(biāo)在ABCABA間滾動激活。全景鍵：顯示整條曲線。局部鍵(又叫游標(biāo)區(qū)域)：激活以游標(biāo)為中心的區(qū)域，對曲線進(jìn)行放大。如果游標(biāo)AB被激活時，顯示區(qū)域?yàn)锳B之間的區(qū)域。FlF2屁示屏F3F4F51F6I聚焦義11幫助1縮放鍵游標(biāo)局部全景改動旋鈕軟盤驅(qū)動器自動鍵：可使儀表進(jìn)入自動檢連按兩次可留踴的烽圖化模式為標(biāo)準(zhǔn)模式。存儲鍵：將OTDR測

9、試的曲線存儲到指定的磁盤（軟盤或硬盤）中。軌跡/事件鍵：可改變主顯示區(qū)的顯示內(nèi)容為軌跡或事件表。開始/停止鍵：用于OTDR的測試開始與停止。軟功能鍵軟功能鍵包括測量軟功能鍵（F1F6）和菜單軟功能鍵兩部分。菜單軟功能鍵有3層顯示方式，習(xí)慣上經(jīng)常用1/3、2/3、3/3菜單表示。1/3：由設(shè)置、分析、文件、查看和配置組成。2/3：由開始位置、區(qū)間、脈寬、波長和平均時間組成。3/3:由概覽、最優(yōu)化、折射率（IOR）、垂直偏移和文件名（或空白）組成。對應(yīng)相應(yīng)的軟功能鍵，可激活一系列相對應(yīng)的菜單。每組功能鍵由5組菜單組成，每個菜單又有多項(xiàng)選擇，某些選項(xiàng)上還需進(jìn)一步選擇。這些選項(xiàng)都以實(shí)心的右箭頭來標(biāo)識。

10、2009-12-30（2）HP8147參數(shù)設(shè)定根據(jù)被測光纖的長度、傳輸波長和折射率來設(shè)定OTDR的測試參數(shù)。需要設(shè)置的參數(shù)主要有測量參數(shù)、光纖參數(shù)、前面板連接和事件門限4類。測量參數(shù)測量參數(shù)包括起始位置、測試區(qū)間、脈沖模式、優(yōu)化模式、測量模式和平均時間參數(shù)。起始位置：設(shè)定測量的起始位置。測試區(qū)間：設(shè)定測量的距離。脈沖寬度：設(shè)定測量所用脈沖寬度，如不知具體脈沖寬度，可以用自動測試方法獲得相應(yīng)的測量結(jié)果。HP8147的脈沖寬度有10ns、30ns、100ns、300ns、1ps、3ps和10ps等。波長：設(shè)定測量時所用波長，這與OTDR所配模塊有關(guān)。HP8147的測試波長有兩擋，即1310nm和1

11、550nm。工作模式：主要指儀表是以自動或手動方式工作。最優(yōu)化：根據(jù)測試需求選擇不同的優(yōu)化模式。HP8147允許用戶根據(jù)需要選擇4種優(yōu)化模式，即標(biāo)準(zhǔn)模式、分辨率優(yōu)化模式、動態(tài)范圍優(yōu)化模式和線性優(yōu)化模式。標(biāo)準(zhǔn)模式是儀表自動選擇模式；當(dāng)希望可測距離盡可能長時應(yīng)選擇動態(tài)范圍優(yōu)化模式；當(dāng)用戶對一段短距離光纖進(jìn)行測量時，測試結(jié)果中的分辨率十分重要，此時可采用分辨率優(yōu)化模式；當(dāng)希望對光纖上某點(diǎn)進(jìn)行相對測量時應(yīng)選擇線性優(yōu)化模式。測量模式設(shè)定：根據(jù)測試要求選擇測試模式分為平均、刷新、回?fù)p和連續(xù)（又叫CW）方式。平均時間設(shè)定：平均時間一般為30秒3分種，推薦在1分鐘左右為好。光纖參數(shù)：包括折射率和散射系數(shù)。折射率設(shè)定：可選擇整體和部分折射率設(shè)定。參數(shù)的設(shè)置方法參數(shù)設(shè)置有兩種方式：一種用2/3和3/3中的相關(guān)單項(xiàng)設(shè)置；另一種方式為選擇3/3中的概覽項(xiàng)，統(tǒng)一對光纖的測試參數(shù)、光纖參數(shù)、前面板連接器和事件門限進(jìn)行設(shè)置。以統(tǒng)一設(shè)置方式為例說明。統(tǒng)一設(shè)置參數(shù)概覽顯示如圖9-21所示。概覽(3/3)測量參數(shù)開始位置區(qū)間脈寬波長IIkm1kmLI11模式最優(yōu)化測量模式平均時間11J1111光纖參數(shù)前面板連接器折射率散射系數(shù)警告級別1111IdB事件門限非反射事件反射事件光纖末端1IdB11dB1IdB參數(shù)設(shè)置的步驟如下。z首先選擇3/3菜單，