光纤光缆测试讲座

1. 光纤光缆测试讲座

2. 光时域反射仪（OTDR）工作原理 • OTDR将一光脉冲反射到待测光纤中并测量其反射信号，光纤上的任何变化均导致一部分脉冲能量反射回来，所谓变化是指光纤连接点、熔接点以及由于折射率的正常变化而引起的背向散射。OTDR接收这些反射信号并把它们与距离的函数关系显示在显示屏上。OTDR是从事件的反射信号返回接收端的时间来计算其距离的事件，离接收端越远，其反射信号返回的时间就越长。通过分析反射信号的轨迹，就可以了解光纤连接点、熔接点及其它部分的状况。

3. 光时域反射仪（OTDR）作用 • OTDR具有广泛的用途，主要用来测量光纤长度、光纤故障点、光纤衰耗以及接头损耗，它是一种非破坏性的测试方法，测试只需在光纤的一端进行，而且一般有较好的重复性，是施工、维护不可缺少的重要仪器。

4. OTDR的基本使用方法 • OTDR各部分功能： • 荧光屏：可以显示被测光纤的菲涅尔反射背向散射，并可显示刻度、测试条件、测试结果、标记、光标等。荧光屏的颜色分为：红色、黄色、彩色、绿色等。 • 距离量程：可根据光纤的长度来选择具体量程。 • 脉冲宽度：根据光纤的长度选择。 • 测试模式的选择：根据具体测试内容选择两点法、接续损耗、链路回损、事件回损。 • 波长、折射率的选择：根据采用的光纤来定波长、折射率 • 自动/手动（人工）的转换。 • 平均化功能键：根据光纤的长短，选择时间（平均化次数） • 垂直轴刻度设定键：可以改变纵轴刻度 • 水平刻度设定键：可以改变横坐标刻度。 • 大容量存储器：A－从磁盘向机内存储装入文件。B-文件存入磁盘中。C－磁盘格式化。D－拷贝 • 语言：中、日、英、法、德、西、葡 （Tektronix）

5. OTDR测试基本步骤： • 接仪表。按规定电压值接通电源，荧光屏出现光栅。 • 清洁被测光纤的光连接器、插件，然后接至OTDR的光输出接口。 • 根据被测光纤情况，调整折射率、量程、脉冲宽度，垂直刻度范围、水平刻度范围、增益调节等测试条件。 • 按检测内容测试光纤线路损耗，连接损耗 • 打印、记录反射信号曲线

6. OTDR测试光纤的长度及损耗测试系统 用OTDR测试光纤时，在始端有一个盲区，我们通常接入尾纤（测单模光纤时的尾纤为1公里长的单模光纤）再进行测试。OTDR可测量光纤上任意点距离始端（即OTDR输出连接器）的长度及任意二点间的距离，常用来测量单盘光纤长度，光中继段长度及光纤接头间距离等。 测量系统

7. OTDR测试光纤的长度及损耗测试系统 将光标设定在显示器荧光屏上光纤的故障点、连接点或光 纤端头等被测点上，在光标的下方则显示出距始端的相应被测距离。 在测量损耗时，只要把标记X和※设定在任意的两点上，这两点之间光纤的损耗，单位长度损耗及二点的距离可以同时被测定。单盘光纤的损耗测试，是对出厂数据的检查及检验，并作为光缆配盘、配纤的依据，也便于在敷缆后对照检查光纤衰耗的变化。因为单盘光纤均匀性较好，在工程中只测一个方向。 测光中继段光损耗时，因接头和缺陷的存在以及各节光纤的背向散射系数不同，故全段光纤线路是非均匀的必须进行两个方向的测试，并取平均值。

8. 接头损耗测量 • 一般都是在被测接续光纤的两端分别测量该接头的台阶落差即接头损耗，然后取平均值。因为接头的存在，不同方向光纤的背向散射系数不同，两端测出的损耗值有差别，所以必须进行两个方向（A-B、B-A）的测试，这样测得的结果与接头的实际损耗很接近。 • 还需要指出的是：在测试接头损耗时，有个别接头某一个方向出现负值，也就是假增益。这主要是这两根光纤的芯径出现偏差造成的，仍按照测出两个方向的损耗值在进行平均。如：A-B=-0.2dB;B-A=+0.08dB (-0.2+0.08)/2=-0.06dB

9. 接头损耗测量 单模光纤指标要求：在一个光中继段内每个接头的损耗和整个中继段接头平均损耗不大于(0.08dB/个)(0.08 dB/段)。

10. 接头损耗测量 OTDR始终放在光纤接续方向前一个接头点上，并在对端分别将两根光纤熔接形成环路。当OTDR分别连接两根光纤，就能分别测出两个方向的接头损耗值。当OTDR通过裸纤连接器接1#光纤时，可测出1#光纤接头的A-B方向损耗和2＃光纤的B-A方向损耗。反之，可以测试出2＃光纤接头A-B方向损耗和1#光纤接头的B-A方向损耗。如图： 接头损耗测试示意图

11. 实测某接头1＃－4＃光纤的损耗值如表：

12. 说明 • 我们在光纤接头时，要求接续部位外观没问题，同时熔接机本身自测值显示0.05dB以下，但需要指出的，熔接机上的损耗值是估算值，它只考虑了光纤的芯径，同心度，不圆度等几何性质，它没有考虑到折射率分布，截止波长等光学特性。故熔接机上的值和OTDR测试值有区别，以OTDR测试值为准。 • 光缆单盘测试及检查项目 ①外观检查：主要检查光缆的包封是否良好，外层PE防护套是否完整，光缆两端头处理是否有无破损现象等。 ②光缆衰减测量：用OTDR测试仪在单盘光缆的外端头当单端测试异常时进行时双端检测）检测出单盘曲线较平直区段的平均衰减常数（dB/km)，并监测其单盘光缆的衰减。 ③光缆长度测量：由于用OTDR的起止光标定点可较准确测出光纤长度。由于光纤长度与光缆长度存在一定的换算规律：L缆=R1×L纤（纤长）。 L缆试 R1= — — — —同时又R1≈1，所以可以用纤长近似等效为缆长。 L纤试 ④背向散射曲线观察：用0TDR测试仪观察单盘光缆某一光纤的末端反射峰位置距起始端的距离，整个曲线线的平滑，均匀程度及异常突降点反射峰的位置，从而判断被测光纤的质量。 在此四项测试指标中，长度复测及衰减常数测量为重点，主要测试项目。

13. 光缆单盘测试及检查项目 2、单盘测试示意图 3、典型测量曲线图：

14. 光缆单盘测试及检查项目 从图中所示的几项性能指标中可以看出,被测光纤的实测衰减值小于理论计算值,此测试值为正常现象,这里由于测试时两光标点定位在非涅尔反射的急剧起伏区段,所以造成测量结果失真。 4、单盘光缆测试常用方法及注意事项 ①单盘光缆常用的方法为背向散射测量法。即利用高质量的OTDR测试仪即可一次性完成单盘光缆的衰减监测、平均衰减常数、光缆长度复测的精密测量及背向散射曲线的观察等工作。 ②单盘光缆测试的注意事项 a 光纤的折射率直接影响长度复测的测试值，所以务必根据光缆生产厂家提供的正确的光纤折射率进行长度测量。 b 活动连接器（或V型槽）的耦合程度要达到最佳效果，必要时加入适量匹配液，否则将影响测量精度，造成测量误差。 C 测试假纤的单端FC（PC）适配端头，要保持清洁，每次使用前用酒精纱团轻柔的拈拭处理以保证其端面清洁程度，使用完后要及时套上防尘罩。

15. 光缆单盘测试及检查项目 d 测量时对光缆的光纤逐根按序号进行，并填写好单盘测试记录，切勿漏测或盲目的主观臆测现象。当发生异常现象时经几次反复测量仍然如此，可采用类比法判断其是否为故障纤，当内端头有足够长度时，也可进行双端测量，即能准确地判断其故障点。 e 测量时要对曲线进行充足时间的平均化处理，以保证曲线图形的处理精度，减少人为测量误差。 f 使用OTDR进行单盘测试时，在测试一项目终了及其测试间隙，平均化处理完毕后，切勿忘记关闭光源发送置的激光管以延长其正常使用寿命。

16. 光中继段测试 • 有两种方法：1）介入损耗法；2）后向散射法 • 我们只介绍后向散射法，因为OTDR能方便直观的将整个中继段沿线的衰耗、波导结构均匀性、光纤接头损耗全部反映出来，从而用OTDR测光纤线路是必要的。光中继段的光纤衰耗特性曲线要求平滑，无异常现象，并可将全程曲线打印记录或拍照，便于今后维护对照参考。 • 光中继段光纤线路衰耗的测试值不应大于光中继段光纤线路衰耗计算值。其计算值为：a = a0L + aN + acM (dB) 式中：a0---光纤衰耗标称值（dB/km） a---光纤接头平均损耗（dB/处） 单模光纤(1310nm)波长a≤0.08dB/处，多模光纤a≤0.2dB/处 ac—光纤活动连接器平均损耗（dB/处） 单模光纤ac≤0.7dB/处，多模光纤ac≤1.0dB/处 L-光中继段长度（km） N－光中继段光纤接头数 M－光中继段光纤活动连接器数

17. 光缆 线路 连接器1 连接器2 光源 光功率计2 1km假纤 光功率计1 介入损耗法测试示意图 光中继段线路衰耗测试方法 • 由于目前OTDR功能齐全，动态范围较大，测试直观简单，在这里只介绍后向散射法，用光时域反射仪（OTDR）分别放在光中继段两端，利用后向散射法测得两个方向光中继段光纤衰耗值，然后取平均值 • 光中继段单模光纤（1310nm波长）接头损耗平均值不应大于0.08dB/处；多模光纤接头损耗平均值不应大于0.2dB/处。也是利用后向散射法：将OTDR分别放在光中继段两端，利用后向散射法测出每个接头点的两个方向接头损耗（a1、b1）进行平均，得出光纤接头损耗平均值。 • A=P1-P2（dB) • A—线路总衰减 P1—发送光功率 P2—接收光功率 • A=p1-p2-2cy-e • c—连接器平均损耗（一般取0.7db/个） y—连接器个数 • e—两台光功率计间的平均修正值 • 某中继段中—序号光纤单方向线路衰耗测试实测 • 目前我们见到的OTDR仪表，脉冲宽度10ns,30ns,100ns,300ns,1μs,3μs,10μs等在进行光缆线路测试时，根据不同的测试距离，选用不同的脉冲宽度。

18. 距离/分辨率及脉冲宽度设置的典型值为：

19. 光脉冲宽度与测试精度的关系 在OTDR的显示屏上，水平轴显示测试距离，垂直轴显示测试损耗值，实际使用中是光缆始端发送的光脉冲，随着测试距离的增加，光脉冲产生展宽畸变，测试精度也随之变化而降低。例如在一条30公里的光缆路上其中： A－线路始端测试点。 B－线路终端。C－距线路始端2公里处光缆接续点。D－距线路始端28公里处光缆接续点。 E－距线路始端15公里处光缆接续点。

20. 光脉冲宽度与测试精度的关系 在一点法的自动化光纤熔接机上反映C、D、E三个光纤接头的连接损耗是一样的（0.04dB），但是当我们在A点始端用OTDR来测试光纤接头的连接损耗时，会发现C、D、E三点的测试值与自动光纤熔接机上反映的读数值不同。C点的损耗值用两种方法测试的结果可能差不多，但是E点和D点的损耗值用两种方法测试的结果相差较大，这是因为从A点发出的光脉冲经过15公里或28公里的传输损耗之后，脉冲展宽产生畸变造成的测试精度不同而造成的。根据OTDR仪表生产厂家的介绍，测试精度与测试距离是成线性关系的。 即： （dB） 式中 ---X点从A----B方向测得接头损耗值 ---- X点从B---A方向测得接头损耗值 n---- OTDR在光中继段上实际测得到的接头数。

21. 强调 • 在这里着重强调一下，公司下达的每年计表测试，其中中继段年度测试规定了填写《维规》中的附表3、表5（只填OTDR法）并制定管内接头坐标。因为每年光缆线路都有可能发生变化如：增加换光缆接头、光纤本身裂变等，因为每年测出的值，通过比较发现问题，及时预防和处理，每年测得磁盘要保存好。

22. 用光时域反射仪测试光缆线路时应注意的问题 • TDR动态范围与测试距离的关系 • 不论是哪个国家，哪一个厂家生产的哪一种光时域反射仪（OTDR）都有一个确定的动态范围是指（单程）后向散射光测定动态范围。 动态范围的确定，也就是确定了仪表的最大测试距离是多少？ • 例如：HP8146A动态是28db，对于每公里损耗0.4dB的光缆线路来说最大传输距离：28db÷0.4dB=70公里。工程部们和维修部们利用OTDR进行光缆线路测试时，首先了解仪表的动态范围，然后大致估算一下光缆线路的最大测试距离和光缆线路每公里的损耗值，才能确定这块OTDR仪表是否能胜任。

23. 用光时域反射仪测试光缆线路时应注意的问题 • OTDR的光脉冲宽度与测试距离的关系 • 光脉冲的能量与脉冲宽度有关，脉冲宽度小，则能量小；脉冲宽度大，则能量大。从OTDR的基本原理知道，如果反射脉冲光及后向散射光返回到入射侧时，因信号能量太弱而检测不准确，则测试的结果也必将是不准确的。

24. 用光时域反射仪测试光缆线路时应注意的问题 • 光纤接头损耗的双向性问题 • 在用OTDR仪表来测试光纤接头的连接损耗时，由于测试方向不同，所得到的测试损耗值也不同，这是由下列原因造成的： • 由于测试的方向不同，从测试端到该接头的距离不同，因此对于该接头点来说，两个方向来的光脉冲在该点的入射条件不同，反射面也不相同，反射光脉冲返回到测试点的条件也不同。所以得出的测试结果必然不同。 • 光纤的连接是采用电弧熔接法，两根光纤是在熔接过程中，光纤的本身结构是受到一定程度的变形的，两根光纤的变形也不会一致的，所以对两个方向来的光脉冲来讲形成的反射条件也是不一样的。 • 光脉冲从两个方向传送到光纤连接点时，由于传输的途程距离不同，光脉冲到达该点时的能量也就不同，反射回到测试点后反射出来的测试精度也就不同。

25. 用光时域反射仪测试光缆线路时应注意的问题 • 怎样才能获得准确的光纤长度 • 要使光纤的测试长度准确，必须正确设定光纤的折射率（ ） L—光纤长度；C—光在真空中的速度； ---光纤的折射率；t---传输时间 从上式中可看出，光纤的长度与光纤的折射率成反比。我们对同一长度的光纤进行测量，由于取值不同，实测长度也不同。见表：

26. 用光时域反射仪测试光缆线路时应注意的问题 • 测试距离，两点间衰耗，接续损耗，链路回损的光标设置 • 测反射事件距离时，左侧距离光标应前一反射波形的前边沿，右测距离光标设在后一反射波形的前边沿 • 测接续损耗时，距离光标应设在接续点波形起始转折处

27. 用光时域反射仪测试光缆线路时应注意的问题 • 测两点间的衰耗，两光标应放在较平坦，避开反射的影响 • 链路回损的测试：左侧光标距离应设在第一个反射波形的前边沿，右侧的光标距离应在最后一个反射波形的后沿。

28. 用光时域反射仪测试光缆线路时应注意的问题 • 由于时间的关系单盘测试、光缆线路的维护、光缆线路障碍处理等以后再讲。

29. 名词解释： • 菲涅尔反射――指接头连接时，光纤之间的玻璃－空气界面造成的反射损耗。 • 盲区――是指光纤后向散射信号曲线的始端，由于受近端菲涅尔反射的影响，在一定距离内被掩盖，无法反映曲线的状态。 • 光纤后向反射信号曲线――称为光纤时域反射波形。 • 散射损耗――以光能形式把能量辐射，其主要的是瑞利散射它与波长四次方成正比。光纤的结构不完善如有微气泡、折射率不均匀或有内应，也会使光纤产生散射损耗。

30. 名词解释 • 光纤色散――光脉冲通过光纤后，不但幅度下降、波形也展宽，产生这种脉冲展宽现象称为色散。 • 脉冲长度――光速X脉宽。光速是指光纤中光的传播速度。 • 波长――波长所指的是光源的波长。 • 折射率指数――是指光脉冲在光纤中传播的快慢。是一个没有单位的物理量。 • 测试距离＝仪表动态范围dB数÷光纤线路平均dB/km。 • 动态范围（峰值）比动态范围大1.8dB（信噪比N=1）在购置OTDR时应看厂家给的动态范围指标是峰值还是不是峰值，有区别。

31. 名词解释 • 模式――光学波动理论认为，光纤是一种传光的波导，光波在光纤中只能以一定形式的电磁场分布进行传输，这种周期性的电磁场分布称为模式，通常为模。 • 单模光纤特性： • 几何特性：模场直径、包层直径、包层不园度、模场同心度。 • 光学特性：截止波长 • 回波损耗——回波损耗是指光波反向传输时的损耗。（也可以用回损表示） • 反射损耗——反射损耗是指光波正向传输时由于反射造成的损耗。（也可以用反射系数表示）

32. 几款OTDR

33. 光纤光缆测试讲座结束 谢谢