OTDR技术范文
OTDR技术范文（精选8篇）
OTDR技术 第1篇
1 OTDR主要参数
下面以应用FTB-150测试一条距离约60公里的光缆为例, 分析比较OTDR几个主要参数在不同情况下的差异, 从而更好地理解掌握这些概念。
1.1 波长
波长是指OTDR激光器发射光脉冲的波长, 根据瑞利散射原理, 波长越短, 散射的光功率就越强, 在OTDR接收端产生的轨迹图就越高, 如图1所示, 1310nm测试产生的轨迹图样就要比1550nm产生的图样要高。在长距离光缆测试时, 由于1310nm损耗较大, 激光器发出的光脉冲在待测光纤的末端会变得很微弱, 这样受噪声影响较大, 形成的轨迹图就不理想且盲区大, 如图1红圈中所示, 1310nm在长距离测试时无法显示一个明显的损耗非反射事件, 因此宜采用1550nm作为长距离测试波长。
1.2 测试距离
OTDR测量时选取合适的测试距离可以生成比较全面的曲线轨迹图, 能够有效判断分析光纤特性, 一般选取整条光缆长度的1.5～2倍之间最为合适。如图2红圈中所示, 以测试距离为60公里的光缆为例, 选择70公里较为合适, 而选择160公里可以看到曲线轨迹图不合适, 显然给分析各光缆事件带来困难。
1.3 脉冲宽度
脉冲宽度的大小直接影响着光脉冲的大小, 光脉冲越长光的能量就越大。同时脉冲宽度的大小也直接影响着测试盲区, 也就是决定了两个可辨别事件之间的最短距离, 即分辨率。显然, 脉冲宽度越小, 分辨率越高, 脉冲宽度越大分辨率越低。
如图3所示, 选择1μs和10μs不同的脉冲宽度测试结果, 在A、B点同一光缆距离位置, B点无法显示一个明显的损耗非反射事件, 同时, 从图3上可以看出光缆始端和末端出现的菲涅尔反射波峰盲区也较大。
2 OTDR主要事件
OTDR事件是指除光纤材料本身正常散射外的任何导致损耗或反射的事物, 可以是反射或非反射事件。同样以测试上述60公里光缆实例, 分析OTDR事件。
2.1 非反射事件
非反射事件是背向散射信号强度突然降低。通常由光纤中的熔接点、宏弯或微弯造成。如果OTDR设置了阈值, 一旦测量值超过损耗阈值, 就会在OTDR事件表中指出非反射故障。图4箭头所指就是一个典型的非反射事件。
2.2 反射事件
反射事件显示为光纤曲线中的尖峰。它们是由于光在传输过程中, 通过不同折射率的介质或端面产生反射。如果出现该事件, 则表示可能存在劣质连接器、熔接点或断裂。如图5所示, 除光缆始端和末端出现正常的菲涅尔反射波峰外, 其他位置均未产生反射事件, 说明光缆情况良好。
2.3 增益事件
增益事件是具有明显增益现象的熔接点, 一般是由于使用了两条背向散射系数不同的光缆, 由于连接点的后端散射系数大于前端散射系数, 导致后端反射回来的光功率高于前端反射光功率的缘故。这个损耗值并不代表此事件的实际损耗, 必须进行双向光纤测量取平均值, 才能测出实际损耗。图6箭头所示就是一个典型的增益事件。
3 FTB-150 OTDR使用注意
FTB-150 OTDR功能全面, 使用方便, 具有高级OTDR和自动测试模式, 一般在平时使用中只需要通过自动模式就可以完成测试工作, 这里介绍的是在高级模式中大家可能容易忽视的一点。如图7所示, 同样通过高级模式测试, A处事件表中测试结果呈灰色无法显示, 而B处事件表中可以正常显示结果, 它们为什么会有这个差异呢?大家在使用中可能都会疏忽, 其实只要进入OTDR设置 (如图8所示) , 在“分析”选项中, 将分析设置在按事件分析还是按距离, 就可以解决。在高级OTDR测试中, 如果忽视了这点, 有可能会给测试工作带来一些不便。
4 结束语
OTDR技术 第2篇
【关键词】光纤通信；OTDR；故障定位：经验
【中图分类号】TN913.33 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0181-02
一、概述
近年来，光纤通信技术以其传输频带宽、抗干扰性高、信号衰减小的传输特点，得到了越来越广泛的应用11l。而光纤作为光信号的传播媒介，其重要性是不言而喻的：光纤一旦中断，将直接影响正常的光纤通信。因此，如何快速定位光纤故障点，成为迅速排除故障的关键。光时域反射仪（OTDR）可以进行光纤长度、光纤的传输衰耗、接头衰耗和故障定位等的测量，是光纤通信工程施工和维护工作中必不可少的测试仪器。本文对OTDR的原理及使用方法进行分析，并结合实际工作，总结出使用OTDR的经验和技巧。
二、OTDR测试原理
（一）测试原理
光时域反射仪（Optical Time Domain Reflectometer，OTDR）是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它可测量整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，以一定斜率直线（曲线）的形式清晰地显示在几英寸的液晶屏上。根据测试结果，可对光纤链路中的事件点及故障点精确定位，并可分析整个光纤链路的性能。
OTDR的原理框图如图1所示。脉冲信号发生器用来产生各种宽度的脉冲信号，由光源变成光信号后（EIO），以耦合器送入光纤。光纤中的背向信号由耦合器送至探测器完成光/电转换（O/E）。信号处理部分是对电信号部分进行采样、放大及对数处理后送到显示器上，以曲线的形式显示出来。
OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，由于光纤本身的性质，连接器，接合点，弯曲或其它类似的事件而产生散射，反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在光纤中的传播速度，就可以计算出距离。
因此，用OTDR测量距离的公式如下：
d=（c*t）/2n
在这个公式里，c是光在真空中的速度，t是光脉冲发射后到接收到信号（双程）的总时间，n为光纤的折射率。n一般由光纤生产商来标明。
（二）性能参数
1.动态范围
动态范围是OTDR的重要参数，该参数显示从OTDR端口的背向散射水平降到特定噪声水平时OTDR所能分析的最大光损耗。换句话说，它是最长的脉冲所能到达的光纤最大长度。因此，动态范围越大（以dB为单位），到达的距离越长。显而易见，最大距离因应用不同而变化，因为被测链路的损耗不同。连接器、熔接点和分光器是降低OTDR最大作用长度的因素。因此，对较长时间进行平均并使用合适的距离范围是增加最大可测距离的关键。大多数动态范围规范使用3分钟内的平均最长脉冲宽度，信噪比（SNR）为1（均方根噪声值的平均水平）来给定。
2.盲区
OTDR的盲区是指：由于光纤和仪表耦合时存在空隙，由此产生的菲涅尔反射远大于背向散射，致使放大器饱和，而掩盖了背向散射信号，致使仪表无法测量的那段光纤长度。
盲区的长度和仪表发射光脉冲的宽度成正比。一般的仪表均设有多个光脉冲宽度供不同的测试条件选择。为了减少盲区可选用最小的光脉冲宽度进行短距离测量，但应注意此时仪表处于最小动态范围工作。在实际的工程测量中，常加入一段300m～2km的附加光纤来减少盲区对测量结果的影响。
三、OTDR参数设置
只有准确地设置测试仪表的基本参数，才能为准确地测试创造条件。
1.波长选择
因为不同的波长对应不同的光线特性，测试波长一般遵循与系统传输通信波长相对应的原则：如系统开放1310nm波长，则测试波长为1310nm。若系统采用1550nm波长，测试用1310nm波长则所测损耗值偏大。1550nm Hil310nm单位长度衰减更小，1310nm比1550nm测的熔接或连接器损耗更高。由于光纤微弯等对于1550nm波长影响更大，因此采用1550nm进行测试，更能反映光纤接续的质量。在实际的光缆维护工作中一般对两种波长都进行测试、比较，以便进行综合分析。
2.脉宽
脉冲宽度事实上是激光处于开通状态的时间。根据OTDR的测试原理，时间被转化为距离，因此脉冲宽度具有长度值。在OTDR中，脉冲携带产生背向散射实现链路鉴定所需要的能量。因为沿着链路存在损耗（即衰减、连接器和熔接点），所以脉冲越短，携带的能量越低，传输的距离越短。较长的脉冲可以携带较多的能量，可在特别长的光纤中使用。脉宽越长，动态测量范围越大，测量距离更长，但在OTDR曲线波形中产生盲区更大；短脉冲注入光平低，但可减小盲区。脉宽周期通常以ns来表示。一般10公里以下选用lOOns、300 ns，10公里以上选用300ns、1μs。
3.测量范围
OTDR测量范围是指OTDR获取数据取样的最大距离，此参数的选择决定了取样分辨率的大小。最佳测量范围为待测光纤长度1.5倍距离之间。
4.平均时间
由于后向散射光信号极其微弱，一般采用统计平均的方法来提高信噪比，平均时间越长，信噪比越高。例如，3min的获得取将比1min的获得取提高0.8dB的动态。但超过10min的获得取时间对信噪比的改善并不大。一般平均时间不超过3min，以20s为宜。
5.折射率设置
在日常测试中，折射率一般在1.47左右，折射率越大，则光纤测试长度越短；折射率越小，光纤测试长度越长。就光纤长度测量而言，折射系数每0.01的偏差会引起7m/km之多的误差，因此，对于较长的光纤段，应该采用光缆生产厂家提供的折射率，有助提高测量的准确性。
四、OTDR使用经验和技巧
进行测量前，要做好接头的清洁工作。光纤活接头接入OTDR前，必须认真清洗，包括OTDR的输出接头和被测活接头，否则插入损耗太大、测量不可靠、曲线多噪音甚至使测量难以进行。避免用酒精以外的其它清洗剂或折射率匹配液，因为它们可使光纤连接器内粘合剂溶解。
除了做好接头的清洁工作外，还应准备被测光纤的原始资料，以便测量后进行综合分析，准确定位故障点，达到快速消缺的目的。
前期准备工作做好以后，合理设置OTDR的各项参数，就可对光纤进行测量。进行光缆故障定位时，测试点离故障点的距离应尽可能地缩短。远端进行光纤测试时，应该判断故障点位于哪两个光缆接头点之间。如果条件允许，测试人员可以到最近或比较近接头点处将光纤断开，待测试结束后再恢复。这样能最近、最准确地测试光纤故障点的位置。
在测得光纤长度之后，必须把光纤长度折换成光缆长度才有实际意义。光纤在成缆过程中会设定余长，即光纤纤芯长度总是比光缆长度要长一些。这是由于光缆在敷设时的拉伸以及光缆安装后热胀冷缩造成的。不同结构的光缆，其光纤余长不尽相同。现假设故障点距测试点的纤长是60kin，光纤余长值为5%，则实际故障点光缆长度应为60km*（1-5%）=57km。可见，光纤余长对光缆故障定位的影响是不容忽视的。3km的误差，给现场处理故障带来很大麻烦。因此，在进行故障定位前，应知悉该型号光缆的光纤余长值，该值可从光缆生产厂家处获得。
当把光纤长度换成光缆长度后，我们应该观察测试点或接头点的光缆长度标记。现假设用OTDR测得故障点距离测试点的纤长为3km，则光缆长度为3*（1-5%）=2.85km。假设缆标的起始值为0015m，那么故障点的缆标值应为2850m+0015m=2865m。根据上面的例子的计算，我们在到达现场后，就可以在缆标值为2865m前后几米的光缆范围内手工寻找光缆故障点了。
此外，为了快速做到光缆故障定位，测试人员应该尽量做到以下三点：
1.建立准确的原始资料，并及时更新
在光缆投产时，应记录测试端至每个接头点位置的光纤累计长度及中继段光纤总衰减值，同时也将测试仪表型号、测试时折射率的设定值等关键参数进行记录，准确记录各种光缆余留。此外，还必须及时更新原始资料，以使资料能准确反映真实情况。
2.保持测试条件的一致
测试时应尽量保证测试仪表型号、操作方法及仪表参数设置等的一致性，使得测试结果有可比性。假如每次测量使用的仪器不同，测试参数也不同，即使测试相同的光缆段，其结果也会有较大误差，这为排除故障带来一定麻烦。因此，每次测试仪表的型号、测试参数的设置都要做详细记录，便于日后参考利用。
3.随机应变，综合分析
障碍点的定位要求测试人员要有清晰的思路和灵活的处理方式。一般情况下，可在光缆线路两端进行双向故障测试，并结合原始资料，计算出故障点的位置，再将两个方向的测试和计算结果进行综合分析、比较，以使故障点具体位置的判断更加准确。对于现场测试的结果，要综合各种资料进行分析。例如：24芯的光缆，测试所得23芯都在相近的地方中断，则很有可能是光缆在外力作用下光缆被剧烈破坏，几乎整条光缆都已断开；如果测得纤芯并非全部断开，而是部分光纤曲线在某一点（非接头点）有较大台阶时，很有可能是光缆敷设工程中有“背扣”的现象。现场情况多样，测试人员要有清晰思路，灵活应对，才能在最快的时间长到故障点，排除光缆中断故障。
五、结束语
OTDR测试与误差分析 第3篇
一、OTDR测试
1. 测试方式:
利用OTDR进行光纤线路的测试, 一般有三种方式, 自动方式, 手动方式, 实时方式。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。
2. OTDR可测试的主要参数:
(1) 测纤长和事件点的位置。 (2) 测光纤的衰减和衰减分布情况。 (3) 测光纤的接头损耗。 (4) 光纤全回损的测量。光纤距离的测量是以激光进入光纤到它遇到故障点返回光时域反射仪的时间间隔来计量纤长的。为了提高测量的精确度, 应根据被测纤的长度设置合适的“距离范围”和“脉冲宽度”, 距离一般选被测纤长的1.5倍, 使曲线占满屏的2/3为宜。脉冲宽度直接影响着OTDR的动态范围, 随着被测光纤长度的增加, 脉冲宽度也应逐渐加大, 脉宽越大, 功率越大, 可测的距离越长, 但分辨率变低。脉宽越窄, 分辨率越高, 测量也就越精确。一般根据所测纤长, 选择一个适当大小的脉冲宽度, 经常是试测两次后, 确定一个最佳值。光纤的衰减是客观的反映光纤制作质量的一个参数, 是光纤固有的损耗, 它代表着光在光纤中传输光功率损耗的情况, 相同长度的光纤衰减越小, 光可传输的距离就越远。衰减还包括光纤接头、连接器、光纤弯曲断裂等引起的损耗。
二、误差分析
随着OTDR制造技术的日益成熟, 其测量精度也不断提高, 但是为什么实际操作中, 测试的数据与线路上故障点的位置有较大的差距呢?下面我们对测试误差进行简要的分析。
2.1仪表的固有误差
仪表的固有误差包括刻度误差和分辨率误差, OTDR的采样点数直接影响距离的分辨率。如OTDRMW9076B距离的测量精度为:±1m±3测量距离10E-5±标识分辨率, 对于一定长度的光纤, 前两项是个常量, 只有分辨率是可变的, 所以要提高测量精度, 采样点数必须设置在较高的数值上。
2.2事件盲区引起的误差
脉冲宽度设置的越宽, OTDR输出的能量越大, 可测的距离越远, 但使事件的盲区加大, 降低了分辨率和测试精度, 一般采用OTDR的纵横向放大功能提高分辨率, 减小读数和测量误差。如在光缆单盘检测时, 为了避开开始段较大的盲区, 在OTDR输出端口先接入几百米的裸纤, 这样测试的数据就比较准确。若直接测, 必须把游标打在盲区后曲线趋平直的地方, 不然可能造成较大的测试误差。
2.3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0.01d B) 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。
2.4其他原因
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。
以上产生的测试误差通过正确的设置, 细心的操作一般是可以避免或减小的, 而且可以获得准确可靠的测试数据。笔者曾组织用两台不同型号的OTDR对100多公里的光纤线路用同一根尾纤先后进行纤长的测试, 在全自动方式下, 两块仪表的测试数值只相差2-3米。
除了以上可能的误差外, 还应充分考虑光缆在敷设安装时和资料的记载产生的偏差。OTDR测试的是光缆中光纤的物理长度, 而光缆线路从竣工资料上的数据, 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。如接头盒旁边、进出局盘留缆的实际长度与资料的不一致性, 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, 这些不确定的因素综合起来构成了不可忽视的与实际物理长度的误差, 这可能是故障点定位不准确的又一个原因。
有时在实际测试时发现, 对某一点, 不同时间的两次测试仍有或大或小的偏差, 通过考察分析, 测试的季节不同或这两次测试时室外的温度相差较大时, 偏差也较大。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。所以在做原始资料的测试时应备注当时的室外温度和天气情况, 然后在维护中通过多次测试数据的比较, 找到一个能接近实际变化的热胀冷缩的系数。
资料的动态管理在实际维护中也有着重要的意义。测试产生的误差, 外界环境条件对光缆物理长度变化的影响是产生测试误差的两个主要因素, 因此除了要求原始资料的准确、完整并确实与OTDR的实测数据相符外, 还应对实测现场进行综合分析, 以测试数据为依据, 找出附近段落的特殊点 (如接头盒) , 易受损点, 估测和判断可能的故障部位, 在逐渐缩小故障部位的范围中, 找准故障点的位置。准确的测试数据和维护经验的结合是快速准确定位故障点的最好办法。
OTDR测试技能是理论知识和实践经验的有机结合, 在实际的测试工作中要善于思考和不断的总结, 多分析测试实例找出产生误差的根源, 不断提高测试精度, 使对故障点的判断和定位更加精细准确, 缩短抢修的时间, 减少因误测误判造成的不必要的人力和财物的浪费。
参考文献
[1]胡先志等.光缆及工程应用, 北京人民邮电出版社, 1998年
[2]张引发等.光缆线路工程设计、施工与维护 (第2版) , 电子工业出版社.2007年
OTDR技术 第4篇
OTDR(光时域反射仪)是基于光反射的时域分析法，根据菲涅耳反射定位反射事件和光纤末端，根据瑞利散射计算出光纤中的各点的传输特性，如损耗、衰减等。OTDR是当前光纤通信施工维护中使用最广泛的测量仪器，也是目前测量光纤损耗用得最多的仪器。
本文提出了一种基于FPGA(现场可编程门阵列)和ARM(精简指令集处理器)结构的嵌入式手持OTDR设备。简单阐述OTDR系统的硬件设计架构和电路组成部分，重点介绍系统的软件部分，主要是FPGA程序软件，并介绍了ARM11的上位机软件。最后给出了OTDR系统搭建完成后的实验结果分析。
1 工作原理
OTDR通过发射光脉冲到光纤内，在其端口接收返回的光信息进行光纤传输特性的测试，其基本原理如图1所示。
光脉冲在光纤内传输时，由于光纤本身的特性，如缺陷和掺杂组分的非均匀性，光脉冲在光纤中发生瑞利散射，大多被散射到光纤包层，只有一小部分沿脉冲相反的方向被散射回来，又称之为瑞利背向散射。瑞利背向散射用于计算光纤内随着距离而变化的衰减水平(单位为dB/km)，由OTDR曲线中的直线斜率来显示。
连接器、接合点、弯曲、断面或其他类似的事件由于折射率发生突变，较多的光线会被反射回去，造成菲涅耳反射，它可能比瑞利背向散射强数千倍。瑞利背向散射和菲涅耳反射光返回到OTDR中，由光电探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。确定从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中传输的速度，就可以计算出光纤长度。通过对采集信号的分析，能获得光纤损耗、连接和故障点位置等情况。
由于光传输往返两次，所以光纤长度的计算公式为
式中，c为真空中的光速;n为光纤群折射率;ΔT为发射光脉冲到返回事件的间隔。光纤上两点间损耗系数的计算公式为
式中，PL1为L1点功率;PL2为L2点功率。
2 硬件设计
根据OTDR的工作原理，结合国内外的研究现状，我们提出并实现了一种基于FPGA和ARM结构的嵌入式手持OTDR设备。
采用FPGA作为前端采样的逻辑控制和数据处理芯片，驱动1 550或1310nm激光器发出一束窄脉冲激光，利用APD(雪崩光电二极管)对瑞利背向散射和菲涅耳反射信号进行光电转换，再通过A/D(模/数)转换器进行数据采样。FPGA处理器对采样数据作相应的处理，累加平均和数字滤波。采用目前主流用于工控方面的ARM11作为人机界面载体，安装Windows CE6.0版本系统。ARM11的主要功能是人机界面交互、数据存储事件算法分析等。
OTDR除了前端关键电路以外，高速采样、人机界面和数据管理等都是一些比较关键的技术，其系统整体结构框图如图2所示。
FPGA采样主板完成光信号转成电信号后的高速采样、激光器的控制以及信号放大电路的自动调控。LD双波长激光器采用了负电源驱动的方式，利用继电器自由切换激光器波长，D/A(数/模)转换器调整激光器的输出功率。FPGA内核采用200MHz主频，A/D转换器转换频率达到了65MHz，使得采样精度更高，分辨率更好。为了提高测量的灵敏度，光电接收管采用了APD，外加60V偏压，前端放大电路采用分档式，根据测量光路的特性选择最佳的测量设置，电路中还加了频率响应电路，以消除电路的频率共振。为了提高信噪比，电路中采用了电压信号向电流信号转换，然后又由电流信号向电压信号转换的处理方式。
3 软件设计
软件设计分为FPGA和ARM两部分，其中FPGA软件主要用以控制各个功能模块和进行简单的数据处理，而ARM软件主要作为上位机进行人机界面交互、数据存储和事件算法分析等。
3.1 FPGA程序开发
FPGA程序的功能主要是实现D/A转换器的控制和A/D转换器的采集，并把采集数据存储到SRAM中，进行累加平均。我们使用Altera公司的Cyclone IV系列FPGA，利用其集成开发环境Quartus10.1编写程序，并使用Altera-modelsim进行各功能级仿真。FPGA操作流程如图3所示。
ARM与FPGA并口通信接口及时序，主要参照SRAM的通信接口及时序。由20根地址线、16根数据线、一个CE(使能)端，一个WR(写)控制，一个RD(读)控制和一个IRQ(中断请求)位组成。
系统开机后，FPGA采集板并不上电，仅打开ARM核心板，开启应用程序，等待用户操作;开始采集时打开FPGA采集板电源，此时FPGA开启，初始化所有设置参数，等待ARM进一步操作。接收ARM发送设置参数，校验正确，FPGA开始采集;校验错误，FPGA发送中断标志，等待重新接收设置参数。
FPGA开始采集后，先设置D/A转换器参数，调整差分A/D转换器的输入共模线，调整激光器功率，按照设置参数开启相应脉宽的激光脉冲，按照设置的采集长度完成一次数据采集，并将数据存储到SRAM1中。完成后，D/A转换器参数不再重新设置，紧接着开始第二次数据采集，将对应的采集数据存储到SRAM2中。以此类推，直到完成设置的平均次数。完成全部采集后，向ARM发送中断标志。
接收到中断标志后，ARM将会通过读控制RD开始读取数据，地址线对应SRAM地址，而数据线获得相应的采集数据。
同时，我们在FPGA采集板上加入了TEM温度感应芯片，可以根据温度变化，调节D/A转换器的不同参数。由于A/D转换器差分输入、正负输入端不能倒向，但又需要严格控制共模线获得较低噪声。因此D/A转换器控制共模线电压就比较关键，甚至于几个摄氏度的温度变化就可能会使共模线发生反转。FPGA能实时获得温度信息并反馈给ARM，以此来监控电路板的温度状态。
3.2 ARM程序开发
我们选用ARM11为核心的嵌入式主板，操作系统为Windows CE6.0，带中文输入法(全拼)，支持U盘和SD卡，以及USB鼠标和USB键盘。
Windows CE 6.0可以为多种设备构建实时操作系统，如IP(互联网协议)机顶盒、GPS(全球定位系统)、无线投影仪，以及各种工业自动化、消费电子和医疗设备等。
使用微软Visual Studio软件，选择智能设备，建立MFC(微软基础类库)智能设备应用，选择基于TE6410的platform SDK，就可以进行应用程序的编写。编写Windows CE应用程序和编写Windows应用程序差别不大，它们有着相同的消息循环、窗口，资源和控件也大都相同。
4 实验结果
嵌入式OTDR系统搭建完成后，对其各项功能进行实验检测。其结果如图4所示。在短距离测量中，反射盲区<3 m，衰减盲区<10 m，大脉宽1 550nm激光的测量长度达到135km以上，也就是动态范围可达33dB以上。
5 结束语
本文设计并实现了一种采用FPGA和ARM架构的便携嵌入式OTDR系统，其中FPGA专注于数据采集和逻辑控制，ARM专注于人机界面和数据分析，充分发挥了各自器件的特性和优点。
摘要：为开发实用便携的嵌入式OTDR(光时域反射仪),文章提出了一种采用FPGA(现场可编程门阵列)进行数据采集和累加平均等简单处理、ARM(精简指令集处理器)进行人机交互和数据分析的设计方案。介绍了该系统的工作原理、硬件设计和软件设计,并对其中FPGA程序进行了重点阐述。实验结果表明,此设计方案融合了两种芯片的特性和优势,系统性能获得了较大提升。
关键词：光时域反射仪,现场可编程门阵列,精简指令集处理器
参考文献
[1]陈春明.便携式OTDR的研制[D].成都:电子科技大学,2009.
[2]华为技术有限公司.光纤通信基础[D].深圳:华为技术有限公司,2004.
[3]Rossaro A,Schiano M,Tambosso T,et al.Spatiallyresolved chromatic dispersion measurement by a bidi-rectional OTDR technique[J].IEEE J Sel TopicsQuantum Electron,2001,7(3):475-483.
[4]何宗键.Windows CE嵌入式系统[M].北京:北京航空航天大学,2007.
[5]Samsung ComPany.3 2-bit Cmos MicrocontrollerUser's Manual,Revision[J/OL].www.samsung.com,2008-08-22.
OTDR技术 第5篇
随着目前光纤技术的不断成熟以及现代通信对高效率、高带宽传输的要求,使得光纤通信系统得到大量普及和应用。寻找一种合适的光纤监测方法,实现光纤网络状态的实时检测、故障的及时上报和故障点的智能定位,是目前光纤通信面临的一个首要问题。OTDR(光时域反射计)作为一种光纤检测仪器,能够实现光纤的非破坏性测试,同时具有操作方便、快速直观等优点,在光缆网监测中得到广泛应用[1]。
本文基于OTDR测量光纤线路的工程实际,将小波变换引入OTDR的曲线分析和处理。在实现小波变换去噪的基础上,提出了一种事件定位算法,通过实际测量验证了算法的可行性和有效性。
1OTDR测量原理
OTDR是基于背向散射法的一种光纤测量仪器。它是将大功率的窄脉冲光注入被测光纤,然后在光入射端监测沿光纤背向返回的散射光功率。因为光纤主要的散射机理是瑞利散射[2],而瑞利散射光的光功率与入射光功率成正比,所以通过测量沿光纤返回的背向瑞利散射光功率就可以获得光沿光纤传输遭受损耗的信息,进而可以测得光纤的衰减。
在OTDR显示的背向散射信号曲线上,存在以下几种事件:反射事件和非反射事件、饱和反射事件以及光纤末端。其中反射事件主要对应光纤耦合设备、前端面以及光纤断裂处造成的事件,非反射事件则包括光纤熔接、不均匀、老化等造成的事件。为了在测得的原始光纤衰耗曲线上,实现光纤事件点的智能定位,需要在OTDR采集的数据基础上,进行相应的分析和处理。主要包括曲线噪声抑制以及曲线事件点的分析定位。
2小波变换在OTDR曲线处理中的应用
2.1小波变换基础
设有一平方可积的函数ψ(x),其傅立叶变换满足:
称其为允许小波函数或基小波,其中Ψ(w)为ψ(x)的傅立叶变换。ψ(x)经伸缩和平移后得到下面一组函数序列:
称为小波基函数。其中a为伸缩因子,b为平移因子。则信号f(x)的积分变换称为连续小波变换:
在式(3)中,令a=2k,将连续小波的缩放因子离散化,得到二进制小波变换:
在式(4)础上,进一步令b=n2k,将连续小波的缩放因子和平移因子都离散化,则得到离散小波变换:
由此可见,小波变换实质是选择适当的基小波,通过对基小波平移、伸缩形成一系列的小波,然后,将要分析的信号投影到由平移、伸缩小波构成的信号空间中。因而,小波变换具有多分辨率分析的特点,可以对信号进行多尺度的细化分析,故在噪声处理、奇异性检测方面十分有效。
2.2OTDR曲线去噪
作为一种新的时频分析方法,小波变换具有多分辨率和在时频两域同时表征信号的能力,能够很好地实现信噪频带混叠情况下的去噪[3]。利用小波变换进行信号去噪,常用的方法有:小波分解重构法、阈值法、模极大值法[3,4,5]。其中小波分解重构法多用于信号、噪声频带相分离的确定性噪声;阈值法和模极大值法主要用于高斯白噪声的处理。阈值法在处理信号噪声时,能够得到信号的近似最优估计,但是在不连续点会出现伪吉布斯现象;模极大值法适用于含有较多奇异点的信号,在去噪的同时可以有效保留信号的奇异点信息。
OTDR曲线上的各点对应于光纤各处的衰耗,由于光纤传输的固有特性,正常情况下OTDR曲线信噪比较高,不需要额外的去噪处理。但在测量曲线末端以及判断较小事件点时,设计的算法需要在OTDR曲线上进行局部去噪以突出事件点。考虑实际工程应用,采用模极大值法对OTDR曲线进行消噪。图1是对一段OTDR曲线采用模极大值法进行去噪的结果。去噪参数采用dB5小波和三层分解[4]。从图中可以看到,采用模极大值法去噪,能够在消噪的同时很好地保留OTDR曲线的变化特征。
2.3OTDR曲线事件点检测定位
长期以来,傅立叶变化是分析信号奇异性的主要工具,但它只提供信号突变性的一个全局反映,并不适合发现奇异点的位置和空间分布[6]。而利用小波变换的空间局部化特性,可以很好地实现曲线奇异点定位和性质描述。小波变换定位奇异点的原理是用局部化的平滑函数[7]对原信号在不同尺度上进行平滑以消除噪声,然后再对平滑信号的一阶或二阶导数检测其极值点或过零点。在OTDR曲线中,其上的奇异点包含了所有要分析的事件点[8],可以通过小波变换进行分析。
图2(a) 所示为实测OTDR曲线的一部分,两个脉冲峰分别反映了存在光纤耦合设备和结尾事件的情况。观察OTDR曲线大致可以判断,信号在第3000和8000个数据点附近出现了突变。由于在检测信号突变时,短的小波通常比长的小波更有效,在这采用db1小波、3层分解实现突变点检测。图2(b) 为图2(a) 信号经小波分解后,重构第一层高频系数获得的图像,可以看到其清楚定位了频率突变点位置。
在小波分解高频系数的基础上,设计算法实现事件的定位。算法的基本思想是:从高频系数的第一个点起,分别取其后(iden-1)个数据点作为一组数据并求其方差,依次处理到倒数第iden个点,从而得到d1高频系数对应的一条方差曲线。通过分析该方差曲线,在误差允许的范围内,认为方差曲线的某处突变峰对应了OTDR曲线上的一个事件:突变峰起始点代表了某一事件点开始;突变峰的峰值代表事件点的结束。算法的具体实现如下:
步骤1 获取高频系数曲线CSignal(t)对应的方差曲线s_var(t);
步骤2 在所得到的方差曲线s_var(t)上每隔100个点采样一次,并将所有采样点求平均得到阈值thr;
步骤3 根据阀值thr将方差曲线s_var(t)上的突变峰归一化为脉冲峰。其中第i个脉冲峰的起点作为事件i的起点event_start(i),第i个脉冲峰的终点作为事件i的伪结尾点event_end(i);
步骤4 更新事件结尾点位置;
步骤5 消除步骤1中的位置偏移。
event_start(t)=event_start(t)-index;
event_end(t)=event_end(t)-index;
本算法得到的最终事件定位结果,如图3(b) 所示。
表1列出了基于上述算法的OTDR事件定位结果,并同市面上一款商业OTDR事件定位软件处理结果进行了比较。OTDR测试波长为1625nm;测试脉宽分别为:光纤1～3为100ns,光纤4为300ns,光纤5为1000ns;测试光纤:光纤1～4都为单段光纤,其测试曲线上的事件只有一个即为结尾点事件;光纤5由3段光纤连接而成,其测试曲线上的事件共有3个,分别为2个光纤连接点和1个结尾点。
由表1可以看到,无论是单段光纤还是多段光纤,本文设计的算法都体现出了很好的定位性能,事件点定位的误差在±2m之内。对比商业软件定位和本文算法定位,在单段光纤测试情况下,商业软件测试的结果相对更为精确,但注意到在测试光纤4时,其产生了较大的误差。这是由于当光纤长度超过一定范围后,OTDR测试参数发生自适应调整,此时要求算法能够检测到这一调整并进行相应的修正,否则将会导致测试结果出现较大误差。本文设计的算法很好地克服了这一问题。
3结语
本文首先借助小波变换模极大值法实现了对OTDR曲线噪声的有效抑制。在此基础上进一步利用小波变换空间局部化特性对OTDR曲线进行奇异点分析,实现了OTDR曲线的事件定位。通过对光纤线路的实际测试,验证了本算法的可行性和有效性。
摘要：光时域反射计(OTDR)作为现代光纤网络监控的重要部件,采集的数据只能反映光纤各点的衰耗值,无法实现智能的事件检测分析。基于小波变换信号去噪和奇异性检测的理论,通过算法实现了OTDR测量曲线的噪声抑制和OTDR事件点定位。实际测量结果表明了算法在工程应用中的可行性和有效性。
关键词：光时域反射计,小波分析,模极大值,奇异点
参考文献
[1]倪玉婷,吕辰刚,葛春风,等.基于OTDR的分布式光纤传感器原理[J].光纤与电缆及其应用技术,2006,1(1):1-4.
[2]Wameke B,last M,Liebowitz B,et al.Smart dust:Communicating witha cubic-millimeter computer[J].IEEE Computer Magazine,2001,34(1):44-51.
[3]王茜.小波变换及其在信号去噪中的应用[J].苏州科技学院学报:工程技术版,2005,18(4):88-90.
[4]张玉新,赵氧,李阅历,等.基于小波变换模极大值的信号去噪方法研究[J].河北农业大学学报,2009,32(1):114-116.
[5]张旭东,詹毅,马永琴.不同信号的小波变换去噪方法[J].石油地球物理勘探,2007,42(增刊):108-122.
[6]Mallat S,Hwang W L.Singularity Detection and Processing with Wave-lets[J].IEEE Trans Information Theory,1992,38(2):617-643.
[7]朱磊.一种基于小波变换的OTDR事件分析算法的研究[J].现代电子技术,2004,27(3):106-108.
OTDR技术 第6篇
关键词：OTDR,分布式光纤,海底管道,安全检测
海底油气管道相对于陆地普通管道相比,其工作条件更恶劣,管内油气腐蚀,管外波流作用,海床运动,外物撞击等都增加了其运行的风险。现有的油气管道安全检测方法较多应用Sagnac光纤干涉仪原理检测法。这种检测法须将一固定光纤回路置于管道内作为检测泄漏信号的传感组件,在使用环境上不利于测试系统的维护,同时也有碍管内检测器的检测,不适用于海底油气长输管道的安全检测。而且由于Sagnac光纤干涉仪原理检测法容易受到信号干扰,所以稳定性不够,容易出现漏报,误报的情况[1]。为了解决这些问题,文中提出了一种基于OTDR(optical time domain reflectometer,光时域反射)的分布式光纤传感系统的海底管道安全检测技术。
OTDR分布式光纤传感系统是将光纤敷设于管道外层,利用光纤激光器发射脉冲信号,采用对注入脉冲与接收到的信号之间的时间延迟分析得到扰动的位置[2]。该检测系统敷设方便,易于检测和维护,能准确检测出海底油气输送管道沿线发生的管道泄漏、屈服力失效造成的管道变形等危害管道安全的事件,由于激光脉冲信号不受电磁波等因素的干扰,所以该系统可以对所发生的长距离的危害管道安全的事件进行准确定位,稳定性强。
1 系统组成及测量原理
1.1 系统的组成
实验系统结构框图如图1所示。光纤激光器发出的连续光经过调制器后产生光脉冲,光脉冲被EDFA(Er:fiber amplifier,掺铒光纤放大器)放大,由带通滤波器(包含光纤布拉格光栅的结构)滤除自发辐射光后通过一个3 d B的耦合器进入传感光纤,用带有前置运算放大和滤波功能的光电探测器探测后向瑞利散射光[3],采用200 k Hz的低通滤波器滤波,用采样率为40 MS/s的数据采集卡采集数据,并用Matlab进行数据处理,在人机界面上显示发生故障的具体位置,以及可能的故障原因。
1.2 测量原理
首先要在海底管道的外层沿管道同沟铺设一条传感光纤,不断地向光纤中发射具有一定时间和功率的光脉冲波。当管道沿线存在泄漏等问题时,会引发振动信号,信号对光纤施加应力时,使传感光纤弯曲或断裂,散射光将在该处发生散射或端面反射,OTDR系统测得这些突变[4]。利用这一特性,可通过对光纤输出光功率频谱以及相位变化的分析,判定油气管道是否有泄漏等事件的发生。用该方法获得光纤上各点的损耗特征、障碍点位置和光纤长度,即可确定管道泄漏的位置,如图2a所示。
假设光纤激光器发出的是连续的正弦波,如图2b所示。
A处和B处分别表示已调信号末端和前端两个正弦信号的位置。激光器产生B处的正弦信号,接着产生A处的正弦信号,假设时间间隔为τ,即τ =( d + s)×n /c,其中,n为光纤纤芯的折射率;c为光速。如果A处和B处振动方程分别为
A处的瑞利后向散射比在B处的瑞利后向散射先到达探测器,这样该处两点产生的瑞利后向散射不会产生相干干涉。而真正的干涉是由于A处的正弦波达到C处时产生的瑞利散射与B处的瑞利散射将会一起被探测器探测,即产生相干干涉[5]。在满足条件d = s的情况下,瑞利后向散射光振动方程分别为
其中,K和 φ 分别为后向散射光强系数和后向散射的附加相位。这样,返回到探测器时产生的干涉方程可以表示如下
上式在理想的情况下,可以认为任意ωA= ωB,则有下式
即检测到的功率可以表示如下
在实际的应用中,激光器的频移是不能忽视的[6]。如果激光器频率为线性漂移,漂移速率由α表示,则有下式
代入式(4),在满足ατ≤f B的情况下,可以得到
如果ατ尽可能的小,式(7)和式(4)相同。然而当激光器频移速率相对较快的情况下,可以看出,当激光器的频移速率α = 1 MHz ,τ = 1μs ,则
从上式可以看出,光功率将发生较快的变化,为了避免这一不利因素,实验中要尽量采用频率漂移速率较低的激光器。所以,采用窄线宽、大功率的光纤激光器在OTDR技术中是必须的[7]。
2 实验过程及结果
光纤激光器的工作波长为1 550 nm(EDFA信号增益波长范围可覆盖C波段,增益系数很高且该波长光源在光纤中的损耗小,适合于长距离传输[8],调制器的调制输入端是周期为1 ms的脉冲信号,光脉冲重复周期需满足大于光脉冲在光纤中传播的往返时间(1 ms重复周期的脉冲信号对于待测光纤长度小于100 km都能满足该条件),以避免光脉冲在光纤中发生混叠,影响系统工作。光脉冲的宽度为500 ns(占空比为1/2 000),对应于40 m的定位精度。
室内模拟实验中光纤的总长度为16 km,因OT-DR系统极其敏感,故需采用一定的措施对光纤进行保护,以尽可能降低外界环境(如微扰和声波)对系统的影响[9]。模拟实验中,将光纤放入厚度为20cm的泡沫箱中,并在2 km和14 km位置处抽出大约30 m长的两段,放置于箱外作为传感部分,如图3a所示,当有微扰发生时(甚至于空气的流动)作用于传感光纤时,系统便能做出响应。
当受到强烈干扰时如图3b所示为在上述方案中,连续80条后向瑞利散射曲线的叠加图(末端的强反射是菲涅耳散射)。假设x(i)是80条散射曲线中的第i条,那么图3b就是对图3a中80条散射曲线做 [x(i)- x(i - 2)]/x(i) 处理后的叠加效果图。而除以x(i)转换成相对坐标后,可以避免因后向瑞利散射曲线前后端功率相差过大带来的负面影响。从图3b可以明显看出,在10 Ls和75 Ls分别等价于2 km和14 km的位置有明显的峰值出现,信噪比约为12 d B[10]。
3 结 论
OTDR技术 第7篇
OTDR,即Optical Time Domain Ref lectometer,被叫作光时域反射仪。其是通过光脉冲在传输过程中由瑞丽散射与菲涅尔反射产生的背向散射构成的一种光电一体化的仪表,属于高精密仪器[1]。在驱动电路调制下,半导体光源(LD或者LED)输出光脉冲,通过定向的光耦合其以及活动连接器注入被测光缆线路,使其变成入射光脉冲。OTDR作为主要仪表,其优点是测试精度高、测试速度快、测试时间较短,因此,在维护光缆线路、光缆线路施工中的应用非常广泛,被用于测量光纤长度、故障定位、光纤传输衰减等。
在线路传输中,入射光脉冲会沿途产生菲涅尔反射光与瑞利反射光,大多数的瑞利散射光折射入包层之后衰减,瑞利散射光和光脉冲传播的方向相反,沿着光纤向线路的进光端口传输,通过定向的耦合分路向光电探测器射出,从而向电信号转变,通过低噪声放大与数字平均化的处理,把处理以后的电信号和光源的背面发射提取的触发信号向示波器进行扫描,从而使其成为反射光脉冲[2]。通过OTDR探测器测量返回的有用信息,将其当作被测光纤中不同位置的时间以及曲线的片断。基于发射信号与返回信号之间的时间,对光在石英物质中的速度L进行确定,从而对距离进行计算。
其中,平均折射率用n表示,传输的时延用△t表示。
通过入射光脉冲与反射光脉冲对应的功率的电平和被测光纤长度,对衰减α进行计算。
2 OTDR精度的保障
2.1 选择测试波长
因为OTDR服务于光纤通信,所以,测试光纤前需要对测试波长进行选择。通常为单模光纤,选择1310nm或是1550nm。因为对光纤弯曲损害的影响而言,1550nm的影响要大于1310nm的影响,所以,无论是光缆线路施工以及维护光缆线路时,通常选择1550nm波长作为OTDR测试光缆信号的波长。1550nm波长与1310nm波长具有相近的测试曲线形状,同时,具有基本一致的光纤接头损耗值。利用1550nm的波长能够发现光纤全程存在的弯曲过度的问题。通过1310nm波长复测曲线上存在较大损耗台阶的问题,利用1310nm波长进行复测时,当损耗消失,表明此处弯曲过度的情况存在,应该进行进一步故障查询[3]。通常情况下,测试单模光纤线路,利用1550nm波长具有更好的测试效果。
2.2 选择光纤折射率
当前单模光纤折射率范围大约为1.460~1.480,选择折射率是基于光缆或者光纤厂家的数据进行的。如单模关系,如果其实测波长是1550nm,那么选择1.4685的折射率,如果实测波长是1310nm,那么选择1.4680的折射率。测试长度受折射率的直接影响。维护光缆与排查故障时,非常小的失误会造成比较大的误差,因此,需要给予重视。
2.3 选择测试脉冲的宽度
光脉冲宽度设置过大,使得菲涅尔反射加强,从而增加盲区。尽管测试光脉冲较窄时期盲区比较小,然而,过窄的测试光脉冲造成较弱的光功率,因此,减弱背向散射信号,造成背向散射信号曲线出现起伏的问题,造成较大的测试误差。因此,光脉冲信号宽度设置时,一方面应确保盲区效应比较小,同时确保背向散射信号曲线的分辨率足够。通常基于被测光纤长度,对合适的测试脉宽进行选择,进行预测试之后,对最佳值进行确定。
2.4 选择测试量程
OTDR的量程指的是OTDR横坐标中可以达到的最大距离。测试过程中基于被测光纤的长度对量程进行选择,一般情况下最好选择量程等于1.5倍的被测光纤的长度。选择过小的量程,不能全面看到光时域反射仪显示屏;选择过大的量程,由于压缩光时域反射仪显示屏的横坐标,同样会造成不清晰。一般而言,选择测试量程能够使得背向散射曲线大约占70%的OTDR显示屏,此时,无论是测试长度还是测试损耗其测试结果以及直观显示效果都比较良好。
2.5 选择平均化时间
因为背向散射光具有非常微弱的光信号,因此,通常通过多次统计平均值的方式使得信噪比提高。OTDR测试曲线把输出脉冲之后的反射信号的采样进行平均化处理,使得随机事件消除,噪声电平随着平均化时间的增加,而不断和最小值接近,并且增加平均化的时间,也会增大动态范围,其测试精度也不断提升。为了提高测试速度,将整体的测试时间缩短,通常选择0.5~3min的测试时间。
3 光缆施工中OTDR光纤测试法的应用
利用OTDR光纤测试法测试光缆施工中的光纤,主要是测试到货后光缆的单盘测试、测试光纤接续、测试光纤中继段、测试光纤故障点。
进行测试的流程为:OTDR→过渡光纤→关系连接器→第一盘光缆→第二盘...第n盘光缆。终端不与任何设备进行连接[4]。
3.1 单盘测试
对到货的电缆进行单盘测试,通过OTDR对光纤平均损耗与光纤长度进行测量,同时,基于分析光纤OTDR测试曲线,对光缆质量是否合格进行确认。
3.2 测试光纤接续
通过光纤熔接机对光纤进行接续的过程中,通常在熔接完一根纤芯之后,给出熔接机对节点估算的衰耗值,然而,为了使得光纤接续损耗能够满足要求,需要利用光时域反射仪进行实时监控。因为测试原理以及光纤结构等因素,造成了在OTDR单向监测过程中,虚假增益问题的发生,从而使得虚假大衰耗的问题出现。就一个光纤接头来说,利用两个方向的衰减的值的数学平均值对其真实的衰耗值进行反映。例如当从A到B一个接头的测衰耗是0.18d B,从B到A测的衰耗是﹣0.14d B,那么,事实上,这个接头的衰耗等于(0.18+(﹣0.14))/2=0.02d B。光缆施工过程中在OTDR现场监测的方式主要包括:
(1)OTDR后向测试法。在光纤的接续方向后端测试时,需要维持OTDR不动。通过上述方法监测光缆接续。通过配备的专用光纤熔接机以及光时域反射仪进行光缆接续。利用上述方法测试的优势在于:第一,固定OTDR不动,使得转移仪表需要的人力、物力、车辆等资源得到减少;第二,在有市电的区域选择测试点,不需要对汽油发电机进行配备;第三,固定测试点,使得剥开光缆减少。当然,使用该方法存在的不足是一方面由于距离以及地形的制约,不能保障联络畅通,另外一方面,增加接续距离,会使OTDR精度受到影响。为了使上述问题得到有效解决,可以采用如下措施:一是通过移动电话随时保持测试人员与接续人员的联系,从而能够方便协调,使得工作效率提高;二是通过光电话进行联系。通过一根确定好的光纤与光电话的连接进行联络。需要注意的是,被用于联络的光纤在熔接时不可以进行监测。三是如果光缆接续达到中继距离,向前移动OTDR。
(2)OTDR向前单程测试法。OTDR对于光纤的接续方向,向前一个接头点测试。通过施工车辆把测试的仪表以及测试人员进行超前转移,利用该方法监测,使得测试点和接续点能够始终存在于一盘光缆长度,通信联络方便,并且对接头的损耗进行测试具有较高的准确性。通常一盘光缆大约2~3km的长度,通过对讲机能够实现一般地形下的通信。当光缆存在皱纹钢保护层时,通信联络可以通过磁石电话实现。
(3)OTDR前向双程测试法。和前向单程监测具有相同的OTDR位置,然而,接线方向的始端通过两根光纤进行短接,从而构成回路。这种测试方法一方面能够使中继段光纤测试得到满足,同时也可以监测光纤接续。测试中继段能够在光时域反射仪显示屏对入射光脉冲进行清晰体现,同时能够清晰地显示出反射光脉冲、接头点、断裂点、故障点等。通过监测光纤接续,使得环回点增加,因此,可以在OTDR上对接续衰耗双向值进行测量。其优势在于,能够对接头的好坏进行准确评估。
3.3 测试中继段
测试中继段可以基于OTDR对中继段光纤总损耗、光纤长度、回波损耗、平均损耗等进行测试,同时基于分析光纤OTDR测试曲线,对中继段整体光纤的质量进行明确。然而,测试OTDR中有近端盲区的存在。因此,因为损耗使得测试的数据不准确,通常通过测试稳定光源与光功率对光纤中继段的损耗进行测试,同时,通过OTDR分析测试曲线。
3.4 测试故障点
通过OTDR测试,能够对测试的与故障点之间的距离进行较为准确的测量。为了使得测试的精度提高,应该在距离故障点比较近的光纤接头的位置进行测试。
4 结语
作为光纤通信的重要设备,OTDR在电缆施工、维护等方面的作用非常大。当前,OTDR仪表在应用的过程中,其测试的精度以及测试的盲区等关键技术都会由于测试者水平不同而不同。当前,科学技术不断进步,OTDR技术也在不断发展中,在电缆施工在OTDR全智能技术将会得到应用,其前景无疑非常广阔。
参考文献
[1]赵宏波,赵子岩,丁健.基于双向OTDR测试的长距离光缆线路的测量[J].光通信研究,2011(1):26-28.
[2]田国栋.基于OTDR技术的光纤测试方法探讨[J].现代电子技术,2009(19):99-101.
[3]田国栋.光纤通信技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.
OTDR技术 第8篇
1 光缆单盘检验之长度复测
光缆出厂的标称长度与实际长度通常情况下会不完全一致。为了按正确长度配盘,以确保光缆安全敷设和不浪费光缆,在单盘检验中对光缆长度的复测十分必要。
光时域反射仪(OTDR)可以根据光纤折射率进行相应的参数设置和测量,对于不清楚光纤折射率的光缆可推算出较为接近的折射率系数。
1.1 光折射率的计算
不同折射率测出的纤长相差较多,因此,测量光纤长度前,首先应了解其折射率系数。当不了解光纤折射率或对工厂提供的折射系数进行验证时,用标准光纤测定n值。用同一厂家生产标准光纤,如已知长度为500 m或1 km的标准光纤或“假纤”(测试用),用OTDR仪测量其长度,改变仪表的n调节旋钮使其长度显示为标准光纤的长度,此时n调节旋钮所指的数值即为被测光纤的n标称值。国产光缆通过标准长度的光纤测试样,比较容易得到n标称值。
1.2 光缆长度复测
光缆长度复测是测定其缆内光纤的长度,对每盘光缆只要测准其中1~2根光纤。其余光纤一般只进行粗测,即看末端反射峰是否在同一点上。由于每条光纤的折射率有一些微小的偏差,所以有时同一缆中的光纤长度有一点差别。但应注意,发现偏差大时,应判断该光纤是否在末端附近有无断点,其方法是从末端进行一次测量。
1.3 光缆复测注意事项
测量光纤长度时,应注意OTDR仪表长度设置范围,不同档位的测量精度都不一样。盘测量时,若同时用几部仪表,则应选择同一档位。
2 光缆单盘检验项目中光纤损耗量
光缆单盘检验项目中光纤损耗量是十分重要的。它直接影响线路传输质量,同时由于损耗测量工作量较大、技术性较强,因此,根据现场特点,掌握基本方法,正确地测量、分析,及时完成测量任务,对确保工期、工程质量均有重要作用。
光纤的光损耗是指光信号在传送过程中随着传输距离的增加而光功率的衰减。单位长度上的损耗量称为损耗常数,单位为d B/km。单盘检验,主要是测出其损耗常数,方法有切断测量法、后向测量法(OTDR)、插入法等。在工程实际测量时主要用到的是使用OTDR的后向测量法,又称为OTDR法(如图1所示)。
以上三种测量方法,只要条件允许,应首选后向法。切断法一般不宜普遍采用,主要用于少数光缆的测量对比以及其他方法测出的光缆不合格时,用该法进一步确认,以便正确地作出光缆是否合格的严肃性结论。单盘光缆损耗测试后,应认真填写检验记录表。
目前,光时域反射仪发展较快,具有微机处理质量高、操作方便、重复性好等优点。当采用辅助光纤时,双方向测量可以得到与切断法同样的精度,同时可以与测长、曲线观察等项目同步进行。
3 OTDR-光时域反射仪
3.1 OTDR的测试原理
采用OTDR(光时域反射仪)可以测试光纤故障点的位置、光纤衰减、光纤接头损耗以及光纤长度等,并且在屏幕上以图形曲线的形式直观地表现出来,还可以自动存储测试结果。由于它可在光纤一端进行测量,所以使用非常方便。
由于光纤本身的散射特性,既光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射,光脉冲在纤芯中传输时,后向散射信号会返回OTDR,OTDR根据后向散射信号的强弱,数值化及多次均值的计算可得出光纤的衰减特性及距离。
注意:若光缆发生故障时,因为设备还在发光,一般不要用OTDR测试,需要注意设备与OTDR发出的同样的光,有可能把设备或OTDR毁坏,这时要用光功率计测试。
3.1.1 瑞利散射
当光线在光纤中传播时,由于光纤中存在着分子级大小的结构上的不均匀,光线的一部分能量会改变其原有传播方向向四周散射。
3.1.2 菲涅尔反射
当光线由一种媒质进入另一种媒质时,会产生的一种反射。
使用OTDR进行测量时,衰减由背向散射可以测得光功率;长度由背向散射返回的时间测得距离。
3.2 后向散射信号曲线的观察
OTDR横坐标是距离(长度km),纵坐标是损耗(衰减d B),OTDR测试主要内容包括长度、衰减系数、平均损耗、总损耗、接头损耗、熔点损耗、任意两点的损耗及平均损耗、弯曲损耗、裂痕和故障点测试等(如图2所示)。
4 使用OTDR应注意的问题
第一,波长对损耗值的影响。用OTDR测试损耗时,1 550nm波长对光纤弯曲的损耗比1 310nm波长测试时要敏感,所以光纤接续损耗测试时,应设置选择1 550nm。第二,用OTDR分别测试光纤A、B端,所得结果会有不同。光纤芯径和相对折射都不相同,不仅会造成熔接损耗增加,还会造成OTDR两个方向(A端到B端,B端到A端)的测量值相差甚远。这时,要从两个不同方向测试并取平均值后,所得损耗才是熔接点的真实损耗。第三,要选择与被测光纤匹配的OTDR进行测量。在测量之前,要将测试光纤连接到OTDR上端标有OTDR的接口,不同的光纤型式(单模或多模)需要接到相对应的接口上。第四,被测光纤的接头必须保持清洁。
摘要：光缆单盘检验是光缆线路工程施工中准备阶段的一个重要环节。单盘检验中主要对光缆的长度、规格和光纤损耗等进行审核,而光缆单盘检验中主要测试的指标是光纤的损耗和长度,主要用到的仪器就是O TD R,以确定光缆的主要性能指标是否达标,并为后续的光缆配盘提供依据。
关键词：单盘检验,OTDR(光时域反射仪),损耗,光缆
参考文献
[1]郭瞻,肖祖铭.OTDR曲线分析在光纤测试中的应用[J].景德镇高专学报,2013,(06):13-14.
OTDR技术范文
声明：除非特别标注，否则均为本站原创文章，转载时请以链接形式注明文章出处。如若本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。
