传输线路维护技术培训(仪器仪表OTDR部分).ppt

光缆线路维护技术培训,南京欣网视讯通信科技有限公司 宣城移动网络维护中心 2011年09月,-仪器仪表OTDR部分,OTDR的相关介绍,OTDR基本知识,OTDR的工作原理,内容提要,OTDR的常规使用,光纤断点定位与误差分析,OTDR基本知识,OTDR的制造原理：它是利用光的背向散射和菲涅尔反射原理制作的；背向散射法（1）：在光纤始端数值孔径以内，测量反射回来的瑞利散射光的 一种非破坏性的光纤损耗测量法；背向散射法（2）：将大功率的窄脉冲光注入被测光纤，然后在同一端检测沿 光纤背向返回的散射光功率；瑞利散射：它是材料分子对光波产生散射的一种物理现象；瑞利散射光：它只能在数值孔径以内才能沿光纤传输，又因为光纤存在着损 耗，所以散射光是沿传播方向逐渐减少，且减少的程度取决于 光纤的衰减系数和长度。基于以上原因，在光纤始端接受数值孔径以内的返回散射光，同样具有光纤损耗的信息。这就是背向散射法测量的光纤损耗的原理。利用这种工作原理做成的仪表，叫做光时域反射仪，英文缩写OTDR。,OTDR的实际应用：、测量光纤断点的位置、光纤的衰减、光纤的接头损耗、测量光纤的长度、测量光纤沿长度的衰减分布、台站之间的纤芯的对应关系,OTDR的日常维护、勿使用非给定的AC/DC转换器或电池，否则回对仪器造成伤害；、电池一定要充满，否则将缩短其可使用的时间；、在几周内不使用OTDR时，将电池取出，以延长其寿命，并在下次使用重新充电；、面板、被板、机箱不要用汽油、三氯乙烯、苯或酒精这样的产品清洗，应使用肥皂水进行清洗；、清洁屏幕请使用防静电产品；、一般光接头的使用寿命为几百次，因此建议最好尽量少使用；、对光接头的清洁及小心使用是对测量能力极端重要的；、光接头必须清洁而无灰尘，不使用时，请加上提供的保护套。,OTDR的参数设置：线路故障判断和纤芯损耗测试中，正确设置OTDR的参数才能快速有效的判断出故障点的位置和纤芯损耗值。现将我单位使用的G.652单模光纤OTDR参数设置标准归纳如下：1、探测条件参数设置：A、激光波长：1550nm 注意：现阶段宣城移动目前所用光纤的本地网大多波长为1550nm,接入网波长为1310nm。但对同一根光纤，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。故测量时须设为该值，此值改变时，光纤参数菜单中的波长和散射系数值也会相应的发生改变。,OTDR基本知识,B、模式：手动 注意：该项若设为自动，则脉冲、范围、分辨率三项不可设置，系统将进行自动配置数据进行测试。但为了测量更加准确，应设为手动。C、脉冲：视探测距离而定 注意：脉冲设得越窄，盲区越小，但探测距离短；脉冲设的越宽，盲区越大，但探测距离长。D、范围：视探测距离而定 注意：范围的设置必须是大于实际距离的1.4倍。E、分辨率：自动 注意：分辨率设为自动才能根据脉冲和范围的改变而自动改变为相应的标准值。F、探测时间/平均化次数：注意：该项设置范围可根据探测光缆长度设置。时间/次数越长越准确。2、测量结果参数设置A、接头门限：全部 注意：此值为默认值。若设为没有，则测试纤芯时迹线 图不显示接头损耗值，但时间表中有显示。B、反射门限：全部 注意：此值为默认值。若设为没有，则测试纤芯时迹线 图不显示反射数据，但时间表中有显示。,OTDR基本知识,注意事项：请小心连接光纤，否则测试结果将受到较大影响。请勿使用非给定的AC/DC转换器，或电池。否则会对本仪器造成损害。当电池充电量已经超过95%时，充电将不会开始。（一旦充电完毕，指示灯将灭，变压器可取下。）电池一定要充满，否则将缩短其可使用时间。只有当电池完全充满后（一般须2个半小时/一个电池），在屏幕上显示的充电量才是准确的。当您在几周内不使用OTDR时，请将电池取出，以延长其寿命，并在下次使用时，重新充电。当室内温度超过阈值时，充电将自动停止。（正常温度为：25）当OTDR工作于电池供电的情况，建议背景灯不使用30秒选项，以尽量延长电池的供电时间。面板、被板及机箱不要用汽油、三氯乙烯，苯或酒精这样的产品清洗。请使用肥皂水进行清理。10）清洁屏幕请使用防静电产品。11）一般光接头的使用寿命为几百次。因此建议最好尽量少的使用。12）此仪器的设计是在常规的环境中正常使用。因此对光接头的清洁及小心使用是对测量能力极端重要的。13）光接头必须清洁而无灰尘。当其不被使用时，请加上提供的保护套。,OTDR基本知识,OTDR的相关介绍,OTDR基本知识,OTDR的工作原理,内容提要,OTDR的常规使用,光纤断点定位与误差分析,OTDR的相关介绍,OTDR的发展外国品牌：安捷伦（Agilent）、安立（ANRITSU）、EXFO、韦夫泰克WAVETEK、安藤等国内品牌：41所（AV6411型 OTDR)选择如选择40/39dB动态范围的，那么它的测试距离为:当 1310nm，L40/0.35=114KM当 1550nm，L39/0.25=156KMOTDR共分三个主要部分(如图）：1）光模块单元，主要功能是光的收发、光放大和光功率的调制。2）控制电路单元，主要进行光电转换。3）CPU、显示器单元，主要用于信息处理和显示信息。,OTDR的相关介绍,控制系统,CRT 或 LCD显示器,激光器,探测器,耦合器/分路器,待测光纤,OTDR的相关介绍,OTDR基本知识,OTDR的工作原理,内容提要,OTDR的常规使用,光纤断点定位与误差分析,OTDR的工作原理,掌握OTDR的工作原理有助于使用有助于仪表维护有助于分析测试误差特别提示：当不能确定被测试光纤是否有业务时，应先用光功率计或光纤识别器测试是否有业务运行，以免损坏OTDR或其它相关设备。概述 OTDR是光缆工程施工和光缆线路维护工作中最重要的测试仪器，它能将长100多公里光纤的完好情况和故障状态，以一定斜率直线（曲线）的形式清晰的显示在几英寸的液晶屏上。根据事件表的数据，能迅速的查找确定故障点的位置和判断障碍的性质及类别，对分析光纤的主要特性参数能提供准确的数据。,工作原理：OTDR在电路的控制之下，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（测试光纤的损耗）和菲涅尔反射（测试光纤的反射）的原理对光纤进行相应的测试。瑞利散射：由于光纤本身的缺陷，制作工艺和石英玻璃材料组分的不均匀 性，使光在光 纤中传输将产生散射 菲涅尔反射：由于机械连接和断裂等原因将造成光在光纤中产生反射。由光纤沿线各点反射回的微弱的光信号经光定向耦合器到仪 器的接收端，通过光电转换器，低噪声放大器，数字图象信号处理等过程，实现图表、曲线扫迹在屏幕上显现。,OTDR的工作原理,背向散射 来自于沿着光纤纤芯分布的不均匀的沉积部分和杂质,纤芯,背向散射,1,2,当 OTDR 通过不均匀的沉积点时，它的一部分光功率会被散射到不同的方向上。向光源方向散射回来的部分叫做背向散射.由于散射损耗的原因，这一部分光脉冲强度会变得很弱。,沉积点,由前向不均匀点导致的背向散射,反射 仅仅发生于光纤的端面。光信号通过光纤的端面-类似于手电筒的光穿过玻璃窗-一部分光以入射时相同的角度反射回来。反射回来的光强可达入射光强度的 4%。,反射光直线返回光源(OTDR),无论光信号自光纤进入空气还是自空气进入光纤，反射光强度比例是相同的。,光纤端面质量不同，返回OTDR的反射光强度也不同。,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 散射是光线遇到微小粒子或不均匀结构时发生的一种光学现象。这种散射主要是瑞利散射，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，瑞利散射的方向是分布与整个立体角的，其中一部分返回到光纤的注入端，形成连续的后向散射回波，成为背向散射光或称为后向散射光。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。,OTDR的工作原理,OTDR 如何测量距离,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！,“d”,“t”=t1-t0,“C”=光速.“n”=光纤纤芯的折射率,OTDR的相关介绍,OTDR基本知识,OTDR的工作原理,内容提要,OTDR的常规使用,光纤断点定位与误差分析,OTDR的常规使用,三种方式 自动方式：当需要概览整条线路的状况时，采用自动方式，它只需要 设置折射率、波长最基本的参数，其它由仪表在测试中自 动设定，按下自动测试（测试）键，整条曲线和事件表都 会被显示，测试时间短，速度快，操作简单，宜在查找故 障的段落和部位时使用 手动方式：需要对几个主要的参数全部进行设置，主要用于对测试曲 线上的事件进行详细分析，一般通过变换、移动游标，放 大曲线的某一段落等功能对事件进行准确定位，提高测试 的分辨率，增加测试的精度，在光纤线路的实际测试中常 被采用。实时方式：实时方式是对曲线不断的扫描刷新，由于曲线在 不断的跳动和变化，所以较少使用。但在障碍抢修过程中可以精确地判断出障碍点。,OTDR的常规使用,测试项目：光纤接续点的接头损耗了解沿光纤长度的损耗分布光纤链路的全程损耗和回波损耗等光纤断点的位置,模式事件采样点分辨率,波长距离范围脉宽折射率平均化单位平均化值背向散射电平,事件阀值 接续损耗 行业标准一般为 0.08dB 回损 光纤远端 告警阀值 非反射性损耗 反射性损耗 回损 光纤损耗 全损耗 全回损 平均损耗,OTDR的常规使用,1、接续门限值：接头损耗作为事件的门限值。所有接头中，其损耗凡超过该门限值的即称为事件（即不合格接点）。在电信部门为：双向平均损耗为0.08dB。在广电部门为：双向平均损耗为0.05dB。2、接续门限值（第二极）：光纤冷接器作为连接器的连接损耗门限值。一般清况下，超过该值，OTDR即认为光纤已到末端。3、反射、非反射：事件是光纤中引起轨迹从直线偏移的变动。可以分析为反射或非反射。反射事件：当一些脉冲能量被反射，例如在连接器上，反射事件发生。反射事件在轨迹中产生尖峰信号（有一个急剧的上升和下降）非反射事件：在光纤中有一些损耗但没有光反射的部分发生。非反射事 件在轨迹上产生一个倾角。通常为熔接接头 OTDR判断被测试光纤中反射事件的门限值。在测试过程中，凡有超过该值的反射点即称为事件点。,OTDR的常规使用,4、距离/分辨率：对被测光纤设置的测试距离和采样点的间隔。距离的设定原则为：大于被测光纤实际距离的1.5到2.0倍，以保证分析软件提供一个曲线端点之后足够清洁的噪声区。分辨率的设定原则见上表5、脉冲宽度：脉冲宽度决定了OTDR所发出的光功率的大小。脉冲宽度选择的越宽，OTDR所发出的光功率越大，测试的距离也就越远。反之，脉冲宽度越窄，OTDR发出的光功率也就越低，测试的距离也就越近。但决不是说，脉冲宽度越宽越好，脉冲宽度越宽，盲区（尤其是近端盲区）越大，不可测试的损耗区和不可分辨的事件区越大。因此，必须综合考虑该参数的设置。一般情况下，建议用户遵照下属原则：脉冲宽度 长度分辨率8/光速/光纤折射率例如：当长度分辨率=0.25米时，脉冲宽度 0.25米8/300000000米/s/1.4681100ns但需注意：脉冲宽度又与测试距离有关，因此测试距离、分辨率、脉冲宽度等参数的设置应参照上面表中的设置参数。,OTDR的常规使用,6、折射率：此处折射率的数据应为被测光纤折射率的数据。该数据与被测光纤折射率实际值的偏差将直接影响到OTDR对被测光纤距离的测试精度。因此，该折射率数据的设置应与被测光纤实际的折射率相一致。默认值为：SM(单模):1550nm为1.468100，1310nm为：1.467500，MM（多模）1300nm为1.487000，850nm为1.496000。7、背向散射：此处背向散射的数据应为被测光纤背向散射的数据。该数据与被测光纤背向散射实际值的偏差将直接影响到OTDR对被测光纤损耗的测试精度。因此，该背向散射数据的设置应与被测光纤实际的背向散射相一致。背向散射的默认值为：SM（单摸）：1550nm为83.0dB、1310nm为80.0dB、MM(多模)：1300nm为74.0dB、850nm为67.0dB、,OTDR的常规使用,8、平均时间 OTDR每当向被测光纤发出一个光脉冲后，即按照一定的时间间隔对由被测光纤返回的背向散射的光信号进行采样。但由于在每一个采样点上均有噪声信号，因此将严重的影响到测试的准确度。根据噪声信号的随机特性，为了极大的减小噪声信号对测试准确度的影响，OTDR采用了反复发送光脉冲、反复进行采样计算的测试方法，最后将每一采样点反复采样的数据进行求和并取平均值，以此对噪声信号进行抑制。这就要求OTDR要有一定的测试平均时间，平均时间越长，OTDR对噪声信号的抑制性能越好，损耗测试的精度也就越高。一般情况下，平均时间应在2到3分为好。,OTDR的常规使用,轨 迹分析,1、正常轨迹,2、脉冲设置较小,3、阻断图形,4、衰减图形,5、严重受损图形,6、成端故障图形,7、发光受阻图形,9、仪表发光受损图形,图形分析,OTDR的常规使用,1、正常图形,这是一条比较完好的纤芯背向散射图形。,OTDR的常规使用,2、脉冲设置较小,由于脉冲的设置较小，电平噪声十分明显。,OTDR的常规使用,3、阻断图形,此图反映出光缆已经发生阻断,OTDR的常规使用,4、衰减图形,类似台阶的图形就是一个衰减事件，台阶幅度越大说明光纤衰减量就越大。,OTDR的常规使用,5、严重受损图形,如箭头所示，此图有多个衰减事件，严重影响光纤传输质量，应找出原因，进行整治。,OTDR的常规使用,6、成端故障图形,此图反映出成端无正常反射峰，说明有几个问题：1、法兰盘故障 2、光缆纤芯故障 3、尾纤故障,OTDR的常规使用,7、发光受阻图形,此图无背向散射图形显示，说明仪表发光部分故障或成端部分如：尾纤、法兰盘故障等。,OTDR的常规使用,8、跳纤图形,每一次跳纤，在图形上都会形成一个反射峰。,OTDR的常规使用,9、仪表发光受损图形,注意箭头所指的弧线部分，说明激光器受损 或光接口不清洁。正常情况下应该是直角。,OTDR的常规使用,OTDR的相关介绍,OTDR基本知识,OTDR的工作原理,内容提要,OTDR的常规使用,光纤断点定位与误差分析,光纤断点定位与误差分析,障碍点的判断 1.按障碍性质可分为两种:一种为断纤障碍，一种为光纤链路某点衰减增大性障碍。2.按障碍发生的现实情况可分为显见性障碍和隐蔽性障碍。初步解决方法 显见性障碍 查找比较容易，多数为外力影响所致。可用OTDR仪表测定出障碍点与局(站)间 的距离和障碍性质，线路查修人员结合竣工资料及路由维护图，可确定障碍点 的大体地理位置，沿线寻找光缆线路上是否有动土、建设施工，架空光缆线路 是否有明显拉断、被盗、火灾，管道光缆线路是否在人孔内及管道上方有其它 施工单位在施工过程中损伤光缆等。发现异常情况即可查找到障碍点发生的位 置。隐蔽性障碍 查找比较困难，如光缆雷击、鼠害、枪击(架空)、管道塌陷等造成的光缆损伤及 自然断纤。因这种障碍在光缆线路上不可能直观的巡查到异常情况，所以称隐 蔽性障碍。如果盲目去查找这种障碍就可能造成不必要的财力和人力的浪费，如直埋光缆土方开挖量等，延长障碍历时。,分类解决1.部分光纤阻断障碍 精确调整OTDR仪表的折射率、脉宽和波长，使之与被测纤芯的参数相同，尽可能减少测试误差。将测出的距离信息与维护资料核对看障碍点是否在接头处。若通过OTDR曲线观察障碍点有明显的菲涅尔反射峰，与资料核对和某一接头距离相近，可初步判断为光纤接头盒内光纤障碍(盒内断裂多为小镜面性断裂，有较大的菲涅尔反射峰)。修复人员到现场后可先与机房人员配合进一步进行判断，然后进行处理。若障碍点与接头距离相差较大，则为缆内障碍。这类障碍隐蔽性较强，如果定位不准，盲目查找就可能造成不必要的人力和物力的浪费。如直埋光缆大量土方开挖等，延长障碍时间。可采用如下方式精确判定障碍点。用OTDR仪表精确测试障碍点至邻近接头点的相对距离(纤长)，由于光缆在设计时考虑其受力等因素，光纤在缆中留有一定的余长，所以OTDR测试的纤长不等于光缆皮长，必须将测试的纤长换算成光缆长度(皮长)，再根据接头的位置与缆的关系以确定障碍点的位置，即可精确定位障碍点。,光纤断点定位与误差分析,具体算法如下(1)纤长换算成皮长 La=(S1-S2)/(1+P)式中La为光缆皮长;S1为测试的相对距离长度;S2为光缆接头盒内的单侧盘留长度，一般取0.6-1.2;P为该光缆的余长，因光缆结构不同而异。可用同型号的备用光缆进行测试。也有的厂家提供该项指标。余长也可简单表示为P=(Sa-Sb)/Sb，其中Sa为单盘光缆的测试纤长;Sb为单盘光缆标记的皮长尺码长度。对中心管式光缆和层绞式光缆是不同的。一般光缆余长是根据结构基本固定的中心管式光缆余长为:3-5 层绞式光缆余长为:10-15 左右，具体可以向供货商询问。(2)光缆障碍点皮长尺码的计算 Ly=LbLa 式中:Ly为障碍点的皮长尺码值;Lb为邻近接头点的盒根光缆皮长尺码，+、-符号的选择可以根据光缆的布放端别确定。确定了Ly的值，即可根据资料确定障碍点的具体位置。采用这种方法可以减少由于工程资料不准，仪表和光纤的折射率偏差等原因造成的测试误差，避免长距离核算光缆长度，测试结果较为准确。实距证明这种方法简单有效。,光纤断点定位与误差分析,2、光缆全阻障碍对于光缆线路全阻障碍，查找较为容易，一般为外力影响所致。可利用OTDR测出障碍点与局(站)间的距离，结合维护资料，确定障碍点的地理位置，指挥巡线人员沿光缆路由查看是否有建设施工，架空光缆是否有明显的拉伤、火灾等，一般可找到障碍点。若无法找到就需要用上面介绍的方法进行精确计算，确定障碍点。3、光纤衰耗过大造成的障碍 用OTDR测试系统障碍纤芯，如果发现障碍是衰耗突变引起的，可基本判定障碍点位于某接头出处，多是由于弯曲损耗造成的。盒内余留光纤盘留不当或热缩管脱落等形成小圈，使余纤的曲率半径过小。还有就是由于环境温度的变化使光缆中的纤膏流出时将光纤带出产生弯曲。热缩管固定不好引起热缩管盒内脱落还可能使线路的衰减随着外界的震动(如风激震动等)引发变化等。另外，接头盒进水也是造成接头处障碍的主要原因之一。打开接头盒后，可进一步进行判断，仔细查看障碍光纤有无损伤或盘小圈，若有小圈将其放大即可，否则进行重接处理。,光纤断点定位与误差分析,4、机房线路终端障碍 如果障碍发生在终端机房内，此时在障碍端测试，OTDR仪表净化不出规整曲线，在对端测试可以发现障碍纤芯测试曲线正常。为精确定位，需要加一段能避开仪表盲区的尾纤，一般长度不少于500m，先精确测出尾纤长度，再接入障碍光纤测试。OTDR在短距离测试状态下分辨率很高，可以比较准确地测出是跳纤还是终端盒内障碍。对于离终端较近的盒内障碍用可见光源进行辅助判断更为方便，距离的远近取决于光源的发射功率，有的光源可以达到20km。特别提示：接头处的障碍比例也较大。这就需要除在维护中加以宣传保护外，施工中也要严格要求，符合操作规程。如余纤盘留规整，热缩管固定牢用，接头盒密封要严密等。,光纤断点定位与误差分析,分析影响光缆线路障碍点准确定位的主要因素 有助于精确寻找断点,4.光纤插接件，连接器件不清洁5.其它原因,1.仪表的固有误差2.事件盲区引起的误差3.仪表设置不当产生的误差,光纤断点定位与误差分析,光纤断点定位与误差分析,3、仪表设置不当产生的误差：距离范围设置的比被测纤长小可产生较大的误差；衰减的门限值设置的太大（一般设在0.01dB）使得光纤微弯、应力造成的轻微损伤、较小的接头损耗等事件不能被找到，实际上降低了测量精度；设置的折射率和光缆上的标示值有偏差，能引起较大的误差，折射率是个重要的参数，测试前应严格核实；均化时间对提高测试的信噪比有重要作用，为了提高测试精度，宜设较长的均化时间，但为了缩短测试时间，需要均化的时间要少，所以应统筹考虑；游标设置不正确，尤其在测接头损耗和有反射的事件时，必须把游标设置在事件曲线的前沿上，错误的设置能造成大的误差。4、光纤插接件，连接器件不清洁 物理连接性能不良，可能引起较大的测试误差，这在日常测试中经常碰到，它可以使曲线上产生严重的噪声和毛刺，甚至曲线不能测出。细致的清洁工作有着重要的意义，测试中不可忽视。,光纤断点定位与误差分析,5、其它原因 A、光缆在敷设安装时和资料的记载产生的偏差 B、OTDR 测试的是光缆中光纤的物理长度，而光缆线路从设计资料 上的数据，经过敷设的过程，到每个标石上的数字，尽管进行过各 种各样的折算，仍会产生一些偏差。如接头盒边、进出局盘留缆的 实际长度与资料的不一致 C、光缆弯曲率所取值和实际敷设弯曲度存在着差别，缆内光纤扭绞系 数与实际值的偏离 D、光缆的热胀冷缩是产生这种测试偏差的主要原因。光缆遇冷收缩 产生断纤的事例，可以充分说明这一现象。,光纤断点定位与误差分析,光纤断点定位与误差分析,光纤断点定位与误差分析,光纤断点定位与误差分析,光纤断点定位与误差分析,光纤断点定位与误差分析,LSA法（最小二乘法）通过计算两个标识间的所有测量数据到直线的距离的最小二乘方来画出这条线。该方法适用于含有噪声的数据。,光纤断点定位与误差分析,2PA法（两点近似)法该方法画一条线将两个标识处的两个测量数据点连接起来。,光纤断点定位与误差分析,LSA法和2PA法的比较 在损耗测量及接续损耗和回损测量中，在数据含有大量噪声的情况下，对此两种方法进行比较。,当在损耗测量中选择LSA方法时，如果对一条有接续损耗的光纤沿着其长度方向进行测量，就有可能产生较大的误差。,光纤断点定位与误差分析,选择2PA方法时当噪声很大时，就有可能产生较大的误差，以下是一个接续损耗和回损测量的例子。,光纤断点定位与误差分析,以上内容有不到之处，请各位同仁们多多谅解，多多指教。大家共同学习！共同进步！,