OTDR原理使用详解部分动画.ppt

,2012年9月2日 制作,Gentek,OTDR,目录,为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置,目录,为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置,通信质量,管道、人孔、手孔、防雷设施、入土出土护管,1,2,3,4,光缆布放质量,光衰减,色散,基建质量,弯折、拉力、侧压力,光缆施工质量,传统测试方式,熔接,弯折,活动连接器,机械固定接头,断裂,光纤尾端,光纤尾端,标准光源发射=xdb,光功率计接收=ydb,测量优点：可以直接测出全链路的光衰减、成本低、简单可靠、不需要专业知识,测量缺点：不能测熔接损耗、光缆弯折损耗、活动连接损耗、机械连接损耗、光纤断裂、更不能进行距离测试,标准光源-光功率计测量,全链路损耗=x-ydb,工程及维护需求,光缆总长度,熔接损耗,活动连接损耗,光弯折损耗,光缆总损耗,故障点定位,?,光路测量利器,OTDR,?=,目录,为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置,OTDR定义,定义OTDR的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer，中文意思为光时域反射仪工作原理OTDR在精准时钟电路的控制之下，按照设定的参数向光口发射光脉冲信号，之后OTDR不断的按照一定的时间间隔从光口接收从光纤中反射回的光信号，分别按照瑞利背向散射（测试光钎的损耗）和菲涅尔反射（测试光钎的反射）的原理对光纤进行相应的测试。,Rayleigh 背向散射（瑞利散射）,原因源于光纤内部微小粒子或不均匀结构反射和吸收，当光照射到杂质上时，一些颗粒将光重定向到不同的方向，同时产生了信号衰减和背向散射。规律其损耗的大小与波长的4次方成反比，即随着波长的增加，损耗迅速下降。光纤中某一点的后向回波可以反映出光纤中光功率的分布情况，椐此可以测试出光纤的损耗。,Rayleigh 背向散射（瑞利散射）,Rayleigh 背向散射（瑞利散射）,损耗：Rayleigh Backscatter(瑞利背向散射)=5Log(P0WS)-10ax(loge)式中：P0:发射的光功率（瓦）W：传输的脉冲宽度（秒）S：光纤的反射系数（瓦/焦耳）a：光纤的衰减系数（奈踣/米）1奈踣=8.686dBx：光纤距离,Fresnel 反射（非涅尔反射）,原因当光到达折射率突变的位置（比如从玻璃到空气）时，很大一部分光被反射回去，产生 Fresnel 反射，它可能比 Rayleigh 背向散射强上千倍。Fresnel 反射可通过 OTDR 轨迹的尖峰来识别。产生位置这样的反射例子有连接器、机械接头、光纤、光纤断裂或打开的连接器。用途可检测链路沿线的物理事件。,Fresnel 反射（非涅尔反射）,反射光直线返回光源(OTDR),空气,斜角端面,粗糙端面,肮脏端面,光纤端面质量不同，返回OTDR的反射光强度也不同。,空气,OTDR 的结构,控制系统(高精度时钟控制),CRT 或 LCD显示器,激光器,探测器,耦合器/分路器,待测光纤,OTDR测试过程,熔接点,弯折,活动连接器,机械固定接头,断裂,光纤尾端,光纤尾端,第一步：清理光纤接口端面（法兰口）,第二步：用光功率计测试链路是否有光（有强光会损坏OTDR）,第三步：了解待测链路的状态，设置OTDR相应的参数,第四步：OTDR测试及结果分析，保存,OTDR测试过程,熔接点,弯折,活动连接器,机械固定接头,断裂,光纤尾端,光纤尾端,距离测量原理,t0,t1,如果折射率“n”设置不正确，所测出的距离也将是错误的！,距离=D,t=t1-t0,C=光速 n=光纤纤芯的折射率,损耗测量原理,A,熔接点,入射=xdbm反射=xdbm*f(c),B,入射=x-0.3dbm反射=(x-0.3)dbm*f(c),损耗=0.3db,熔接损耗=0.3db,OTDR 产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线,0,-,返回的信号电平(dB),距离,+,-,+,(公里，米，英里，英尺等),-,0,+,沿光纤的背向散射采样点,OTDR 产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线,返回的信号电平(dB),距离,+,-,+,(公里，米，英里，英尺等),0,位于光纤远端的背向散射采样点,OTDR 产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线,-,返回的信号电平(dB),距离,+,-,+,(公里，米，英里，英尺等),0,连接这些采样点,OTDR 产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线,-,返回的信号电平(dB),距离,+,-,+,(公里，米，英里，英尺等),0,仅仅观察连接线,OTDR 产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线,-,返回的信号电平(dB),距离,+,-,+,(公里，米，英里，英尺等),0,端面反射,OTDR 产生返回光强度（背向散射加上反射）与光纤长度相关的光纤曲线,-,返回的信号电平(dB),距离,+,-,+,(公里，米，英里，英尺等),熔接损耗是一种由于信号电平在接头点突然下降而造成的点损耗,0,熔接损耗,-,返回的信号电平(dB),距离,+,-,+,(公里，米，英里，英尺等),熔接时如果接点含有空气隙，就会产生具有反射的点损耗。,0,接头损耗,反射,-,返回的信号电平(dB),距离,+,-,+,(公里，米，英里，英尺等),目录,为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置,典型的后向散射信号曲线,a、输入端的Fresnel反射区（即盲区）b、恒定斜率区c、局部缺陷、接续或耦合引起的不连续性d、光纤缺陷、二次反射余波等引起的反射e、输出端的Fresnel反射,外部因素引起的可能曲线变化,这里的外部因素指施加于光缆并传递至光纤的张力及侧向受力，还有温度的变化。这些都会造成曲线弓形弯曲。外部因素引起的弓形弯曲在外力作用下使曲线斜率改变。如图所示，外力作用前曲线斜率恒定，在外力作用下可出现如下情况之一：,曲线斜率不变，衰减不变,斜率变化，衰减线性增加,整个长度呈弓形弯曲，各处斜率不同：衰减连续增加,沿长度斜率增加，有限区域衰减线性增加,实际在测试中最常见的异常曲线、原理和对策,现象：光纤未端无菲涅尔反射峰，曲线斜率、衰减正常，无法确认光纤长度原因：光纤未端面上比较脏或光纤端面质量差；对策：清洗光纤未端面或重新做端面；,现象：在整根光纤衰减合格，曲线大部分斜率均匀，但在菲涅尔反射峰前沿有一小凹陷原因：未端几米或几十米光纤受侧压对策：复绕观察有无变化,现象：1310nm光纤曲线平滑，光纤衰减斜率基本不变，衰减指标略微偏高，但1550nm光纤衰减斜率增加，衰减指标偏高；原因：束管内余长过短，光纤受拉伸；对策：确认束管内的余长，增加束管内的余长,现象：1310nm光纤曲线平滑，光纤衰减斜率基本正常，衰减指标正常，但550nm光纤衰减斜率严重不良，衰减指标严重偏高；原因：束管内余长过长，光纤弯曲半径过小；对策：确认束管内的余长，减少束管内的余长,正常曲线,A 为盲区，B 为测试末端反射峰。测试曲线为倾斜的，随着距离的增长，总损耗会越来越大。用总损耗（dB）除以总距离（km）就是该段纤芯的平均损耗（dB/Km）。,异常情况,原因：（1）仪表的尾纤没有插好，光脉冲根本打不出去；（2）断点位置比较进，OTDR 不足以测试出距离来；方法：（1）要检查尾纤连接情况（2）把 OTDR 的设置改一下，把距离、脉冲调到最小，如果还是这种情 况的话，可以判断 1 尾纤有问题；如果是尾纤问题，更换尾纤。,非反射事件(台阶),这种情况比较多见，曲线中间出现一个明显的台阶，多数为该纤芯打折，弯曲过小，受到外界损伤等因素造成。,台阶,曲线远端没有反射峰,这种情况一定要引起注意！曲线在末端没有任何反射峰就掉下去了，如果知道纤芯原来的距离，在没有到达纤芯原来的距离，曲线就掉下去了，这说明光纤在曲线掉下去的地方断了，或者是光纤远端端面质量不好。,测试距离过长,这种情况是出现在测试长距离的纤芯时，OTDR 所不能达到的距离所产生的情况，或者是距离、脉冲设置过小所产生的情况。如果出现这种情况，OTDR 的距离、脉冲又比较小的话，就要把距离、脉冲调大，以达到全段测试的目的，稍微加长测试时间也是一种办法。,正增益现象处理,正增益,正增益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而形成的。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值作为该熔接损耗。,目录,为什么要使用OTDROTDR的原理OTDR曲线分析各项参数设置,主要参数设置,Range,基本但非常重要的设置,Wavelength,根据光传输系统要求,Resolution,确定距离 精度,Averaging,使你最好地观察曲线,Pulse width,最有用的控制,测 试 范 围,范围 是指距离 或显示范围。对这一参数的设置意味着告诉OTDR应该在屏幕上显示多长距离。为了显示整个光纤曲线，设置时这一范围必须大于被测光纤长度。,通常选择的测试范围应比实际待测光纤长20%。,对于25公里的光纤，选择13公里测试范围是过短了。,对于25公里的光纤，选择32公里测试范围是比较合适的,必须注意，测试范围相对于被测光纤长度不要差异太大，否则将会影响到有效分辨率。同时，过大的测试范围还将导致过大而无效的测试数据文件，造成存贮空间的浪费。,测 试 范 围,选择164Km 测试范围对于 7.6Km 的实际光纤来说是过长了。,文件尺寸:9Km 范围=2kbytes 164Km 范围=10kbytes,脉 冲 宽 度,脉冲宽度 表示脉冲的时间长度，同时也可换算为脉冲在光纤上所占的空间长度。,OTDR注入光纤的光沿着光纤的传播与水在管道内流动很相似。,30ns 脉宽,脉冲宽度 与盲区和动态范围直接相关。在下图中，用8个不同的脉冲宽度测量同一根光纤。最短的脉宽获得了最小的盲区，但同时也导致了最大的噪声。最长的脉宽获得了最光滑的测试曲线，与此同时，盲区长达接近1公里。,使用中等脉宽获得了较好的盲区和清晰的曲线,曲线最光滑但盲区最大,最短的盲区但噪声很大,脉 冲 宽 度 1,长脉宽,中等脉宽,短脉宽,脉 冲 宽 度 2,盲 区,在被测光纤始端，脉冲宽度的影响是显而易见的。下图中，位于540米处的第一个接头点在长脉宽下观察不到。,3,000,950,250,长脉宽,中脉宽,短脉宽,965m3,165ft,540m1,773ft,7620ns,960ns,120ns,拖 尾,不同的脉宽在接头处会产生不同长度的拖尾。对于不同的脉宽，拖尾长度亦有不同，下图例中960ns脉宽时的拖尾淹没了第二个接头。机械接头在同样脉宽下的拖尾将大于熔接接头。这里所谈及的拖尾即是我们通常所说的事件盲区。,km,350,70,动 态 范 围,脉宽决定了可测试的光纤长度较长的脉宽可得到较大的动态范围.,以长脉宽(7620ns)OTDR能够测量 很远。但盲区也比较大。,以中等脉宽(120ns)测量 20公里。噪声变的比较大。,以中等脉宽(960ns)OTDR能够较好地测量 40余公里。盲区也比较适中。,All measurements taken at 1310nm Wavelength,波 长,原则:如果可能，总是同时测试1310和1550纳米两个波长以便比较不同波长上的测试结果，判断光缆是否受到应力。,1550nm 曲线,1310nm 曲线,对同一根光纤，不同波长 下进行的测试会得到不同的损耗结果。测试波长越长，对光纤弯曲越敏感。1550nm下测试的接头损耗大于在1310nm处的测试值.下图中，第一个熔接点存在弯曲问题，而另外的熔接点在两测试波长下状态近似，这表明光纤未受力。,分辨率（数据采样间隔）确定了事件点的定位精度OTDR在测试时沿光纤长度方向以固定的间隔进行数据采样，采样间隔越短，采集的数据也越多，同时意味着定位精度越高，但与此同时测试花费的时间也会越长，测试结果文件也越大。,文件大小:8m 采样=4kbytes 1m 采样=32kbytes,分 辨 率,光纤端点的读出值可能由于+/-一个采样点而不同。在此情况下，由于分辨率设置而导致的读出误差可能达到 8米。,红线=1m 分辨率绿线=8m 分辨率,平 均,平均(有时也称为扫描)可降低测试结果曲线的噪声水平，提高判读精度。测试时，可以设定扫描次数为快,中,慢等三挡或一个特定的时间长度。长的平均时间使你能够获得较好的结果曲线。如果你使用较短的测试脉宽或测试较长的光缆区段，就应该选择较长的平均时间。,噪声 会导致曲线的变化，增加平均次数可降低噪声电平.,慢扫描,快扫描,关 键 点,改善信噪比为增强信号 须使用 长脉宽(增加注入光纤的能量)为减少噪声 加长平均时间,如果你需要观察两个很接近的事件点 使用短脉宽如果你使用短脉宽，可使用 长平均 减少曲线噪声如果使用 FAS 分析功能，请注意选择分辨率/脉宽组合,谢谢,