OTDR測(cè)試與誤差分析

        OTDR是光纜工程施工和光纜線路維護(hù)工作中重要的測(cè)試儀器，它能將長幾十公里（有的可以達(dá)100多公里）光纖的完好情況和故障狀態(tài)，以一定斜率直線（曲線）的形式清晰的顯示在幾英寸的液晶屏上。根據(jù)事件表的數(shù)據(jù)，能迅速的查找確定故障點(diǎn)的位置和判斷障礙的性質(zhì)及類別，對(duì)分析光纖的主要特性參數(shù)能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。Wit780OTDR光時(shí)域反射儀是經(jīng)典產(chǎn)品，成熟的設(shè)計(jì)，優(yōu)惠的價(jià)格(目前促銷的價(jià)格降到3K以下，是光通信運(yùn)維的好幫手。

OTDR主要是根據(jù)光學(xué)原理以及瑞利散射和菲涅爾反射理論制成的。儀表的激光源發(fā)出一定強(qiáng)度和波長的光束至被測(cè)光纖，由于光纖本身的缺陷，制作工藝和石英玻璃材料組分的不均勻性，使光在光纖中傳輸將產(chǎn)生瑞利散射；由于機(jī)械連接和斷裂等原因?qū)⒃斐晒庠诠饫w中產(chǎn)生菲涅爾反射，由光纖沿線各點(diǎn)反射回的微弱的光信號(hào)經(jīng)光定向耦合器到儀器的接收端，通過光電轉(zhuǎn)換器，低噪聲放大器，數(shù)字圖象信號(hào)處理等過程，實(shí)現(xiàn)圖表、曲線掃跡在屏幕上顯現(xiàn)。目前OTDR型號(hào)種類繁多，操作方式也各不相同，但其工作原理是一致的。在光纖線路的測(cè)試中，應(yīng)盡量保持使用同一塊儀表進(jìn)行某條線路的測(cè)試，各次測(cè)試時(shí)主要參數(shù)值的設(shè)置也應(yīng)保持一致，這樣可以減少測(cè)試誤差，便于和上次的測(cè)試結(jié)果比較。即使使用不同型號(hào)的儀表進(jìn)行測(cè)試，只要其動(dòng)態(tài)范圍能達(dá)到要求，折射率、波長、脈寬、距離、均化時(shí)間等參數(shù)的設(shè)置亦和上一次的相同，這樣測(cè)試數(shù)據(jù)一般不會(huì)有大的差別。    

一、 OTDR測(cè)試     

1.測(cè)試方式：利用OTDR進(jìn)行光纖線路的測(cè)試，一般有三種方式，自動(dòng)方式，手動(dòng)方式，實(shí)時(shí)方式。當(dāng)需要概覽整條線路的狀況時(shí)，采用自動(dòng)方式，它只需要設(shè)置折射率、波長基本的參數(shù)，其它由儀表在測(cè)試中自動(dòng)設(shè)定，按下自動(dòng)測(cè)試（測(cè)試）鍵，整條曲線和事件表都會(huì)被顯示，測(cè)試時(shí)間短，速度快，操作簡(jiǎn)單，宜在查找故障的段落和部位時(shí)使用。手動(dòng)方式需要對(duì)幾個(gè)主要的參數(shù)全部進(jìn)行設(shè)置，主要用于對(duì)測(cè)試曲線上的事件進(jìn)行詳細(xì)分析，一般通過變換、移動(dòng)游標(biāo)，放大曲線的某一段落等功能對(duì)事件進(jìn)行準(zhǔn)確定位，提高測(cè)試的分辨率，增加測(cè)試的精度，在光纖線路的實(shí)際測(cè)試中常被采用。實(shí)時(shí)方式是對(duì)曲線不斷的掃描刷新，由于曲線在不斷的跳動(dòng)和變化，所以較少使用。    

2.OTDR可測(cè)試的主要參數(shù)：

⑴測(cè)纖長和事件點(diǎn)的位置。

⑵測(cè)光纖的衰減和衰減分布情況。

⑶測(cè)光纖的接頭損耗。

⑷光纖全回?fù)p的測(cè)量。

光纖距離的測(cè)量是以激光進(jìn)入光纖到它遇到故障點(diǎn)返回光時(shí)域反射儀的時(shí)間間隔來計(jì)量纖長的。為了提高測(cè)量的度，應(yīng)根據(jù)被測(cè)纖的長度設(shè)置合適的“距離范圍”和“脈沖寬度”，距離一般選被測(cè)纖長的1.5倍,使曲線占滿屏的2/3為宜。

脈沖寬度直接影響著OTDR的動(dòng)態(tài)范圍，隨著被測(cè)光纖長度的增加，脈沖寬度也應(yīng)逐漸加大，脈寬越大，功率越大，可測(cè)的距離越長，但分辨率變低。脈寬越窄，分辨率越高，測(cè)量也就越。一般根據(jù)所測(cè)纖長，選擇一個(gè)適當(dāng)大小的脈沖寬度，經(jīng)常是試測(cè)兩次后，確定一個(gè)佳值。

光纖的衰減是客觀的反映光纖制作質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)，是光纖固有的損耗，它代表著光在光纖中傳輸光功率損耗的情況，相同長度的光纖衰減越小，光可傳輸?shù)木嚯x就越遠(yuǎn)。因此在相同條件下，應(yīng)選用平均每公里損耗值小的光纖。衰減還包括光纖接頭、連接器、光纖彎曲斷裂等引起的損耗，在實(shí)際維護(hù)中應(yīng)盡量減少這些衰耗。

衰減測(cè)試有兩點(diǎn)法和五點(diǎn)法，前者適合于圖線的線性較好，噪聲較小的情況，在測(cè)整條光纖或某兩點(diǎn)間的衰減值時(shí)一般也采用此方式。后者適用于光纖的一致性較差，噪聲較大的情況，測(cè)接頭損耗，連接器等反射引起的損耗也常用此方法，因它基于數(shù)學(xué)上的求偏差的理論，所以其測(cè)量精度較高，要求高的場(chǎng)合多被采用。在要求不太嚴(yán)格的情況下，也可直接從事件表中讀出各接點(diǎn)衰減值的大小。有的OTDR還具有回?fù)p和全回?fù)p的測(cè)試功能，但維護(hù)中很少使用。全回?fù)p測(cè)試的是反射光的能量和入射光的能量的比值的對(duì)數(shù)表示，而回?fù)p測(cè)試的原理與全回?fù)p有所不同。全回?fù)p和回?fù)p的測(cè)試可以在自動(dòng)或手動(dòng)模式下通過移動(dòng)游標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。

隨著OTDR制造技術(shù)的日益成熟，其測(cè)量精度也不斷提高，但是為什么有時(shí)測(cè)試的數(shù)據(jù)與線路上故障點(diǎn)的位置有較大的差距呢？

下面我們對(duì)測(cè)試誤差進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。    

二、 誤差分析     

1．儀表的固有誤差：儀表的固有誤差包括刻度誤差和分辨率誤差，OTDR的采樣點(diǎn)數(shù)直接影響距離的分辨率。如OTDR WIT780距離的測(cè)量精度為：±1m±3×測(cè)量距離×10E-5±標(biāo)識(shí)分辨率,對(duì)于一定長度的光纖,前兩項(xiàng)是個(gè)常量,只有分辨率是可變的,所以要提高測(cè)量精度,采樣點(diǎn)數(shù)須設(shè)置在較高的數(shù)值上。     

2．事件盲區(qū)引起的誤差：脈沖寬度設(shè)置的越寬，OTDR輸出的能量越大，可測(cè)的距離越遠(yuǎn)，但使事件的盲區(qū)加大，降低了分辨率和測(cè)試精度，一般采用OTDR的縱橫向放大功能提高分辨率，減小讀數(shù)和測(cè)量誤差。如在光纜單盤檢測(cè)時(shí)，為了避開開始段較大的盲區(qū)，在OTDR輸出端口先接入幾百米的裸纖，這樣測(cè)試的數(shù)據(jù)就比較準(zhǔn)確。若直接測(cè)，須把游標(biāo)打在盲區(qū)后曲線趨平直的地方，不然可能造成較大的測(cè)試誤差。    

3．儀表設(shè)置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差：距離范圍設(shè)置的比被測(cè)纖長小可產(chǎn)生較大的誤差；衰減的門限值設(shè)置的太大（一般設(shè)在0.01dB）使得光纖微彎、應(yīng)力造成的輕微損傷、較小的接頭損耗等事件不能被找到，實(shí)際上降低了測(cè)量精度；

設(shè)置的折射率和光纜上的標(biāo)示值有偏差，能引起較大的誤差，折射率是個(gè)重要的參數(shù)，測(cè)試前應(yīng)嚴(yán)格核實(shí)；均化時(shí)間對(duì)提高測(cè)試的信噪比有重要作用，為了提高測(cè)試精度，宜設(shè)較長的均化時(shí)間，但為了縮短測(cè)試時(shí)間，需要均化的時(shí)間要少，所以應(yīng)統(tǒng)籌考慮；

游標(biāo)設(shè)置不正確，尤其在測(cè)接頭損耗和有反射的事件時(shí)，須把游標(biāo)設(shè)置在事件曲線的前沿上，錯(cuò)誤的設(shè)置能造成大的誤差。

4．光纖插接件，連接器件不清潔，物理連接性能不良，可能引起較大的測(cè)試誤差，這在日常測(cè)試中經(jīng)常碰到，它可以使曲線上產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲和毛刺，甚至曲線不能測(cè)出。細(xì)致的清潔工作有著重要的意義，測(cè)試中不可忽視。    

 以上產(chǎn)生的測(cè)試誤差通過正確的設(shè)置，細(xì)心的操作一般是可以避免或減小的，而且可以獲得準(zhǔn)確可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)。

我曾用兩臺(tái)不同型號(hào)的OTDR 對(duì)50多公里的光纖線路用同一根尾纖先后進(jìn)行纖長的測(cè)試，在全自動(dòng)方式下，兩塊儀表的測(cè)試數(shù)值只相差2-3米。

除了以上可能的誤差外，還應(yīng)充分考慮光纜在敷設(shè)安裝時(shí)和資料的記載產(chǎn)生的偏差，OTDR 測(cè)試的是光纜中光纖的物理長度，而光纜線路從設(shè)計(jì)資料上的數(shù)據(jù)，經(jīng)過敷設(shè)的過程，到每個(gè)標(biāo)石上的數(shù)字，盡管進(jìn)行過各種各樣的折算，仍會(huì)產(chǎn)生一些偏差。如接頭盒旁邊、進(jìn)出局盤留纜的實(shí)際長度與資料的不一致性，光纜彎曲率所取值和實(shí)際敷設(shè)彎曲度存在著差別，纜內(nèi)光纖扭絞系數(shù)與實(shí)際值的偏離，這些不確定的因素綜合起來構(gòu)成了不可忽視的與實(shí)際物理長度的誤差，這可能是故障點(diǎn)定位不準(zhǔn)確的又一個(gè)原因。

根據(jù)需要，有的光纜線路可能已用OTDR經(jīng)過反復(fù)測(cè)試核對(duì)較準(zhǔn)確的定位了每個(gè)接頭點(diǎn)的位置，測(cè)定了線路的全長，積累了一套較詳細(xì)的維護(hù)原始資料，在線路的搶修維護(hù)中發(fā)揮了重要作用，可以說是一份寶貴的財(cái)富。但有時(shí)在實(shí)際測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)某一點(diǎn)，不同時(shí)間的兩次測(cè)試仍有或大或小的偏差，通過考察分析，測(cè)試的季節(jié)不同或這兩次測(cè)試時(shí)室外的溫度相差較大時(shí)，偏差也較大。光纜的熱脹冷縮是產(chǎn)生這種測(cè)試偏差的主要原因。光纜遇冷收縮產(chǎn)生斷纖的事例，可以充分說明這一現(xiàn)象。所以在做原始資料的測(cè)試時(shí)應(yīng)備注當(dāng)時(shí)的室外溫度和天氣情況，然后在維護(hù)中通過多次測(cè)試數(shù)據(jù)的比較，找到一個(gè)能接近實(shí)際變化的熱脹冷縮的系數(shù)。資料的動(dòng)態(tài)管理在實(shí)際維護(hù)中也有著重要的意義。測(cè)試產(chǎn)生的誤差，外界環(huán)境條件對(duì)光纜物理長度變化的影響是產(chǎn)生測(cè)試誤差的兩個(gè)主要因素，因此除了要求原始資料的準(zhǔn)確、完整并確實(shí)與OTDR 的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相符外，還應(yīng)對(duì)實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行綜合分析，以測(cè)試數(shù)據(jù)為依據(jù)，找出附近段落的特殊點(diǎn)（如接頭盒），易受損點(diǎn)，估測(cè)和判斷可能的故障部位，在逐漸縮小故障部位的范圍中，找準(zhǔn)故障點(diǎn)的位置。準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合是快速準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)的好辦法。     

OTDR 測(cè)試技能是理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，在實(shí)際的測(cè)試工作中要善于思考和不斷的總結(jié)，多分析測(cè)試實(shí)例找出產(chǎn)生誤差的根源，不斷提高測(cè)試精度，使對(duì)故障點(diǎn)的判斷和定位更加精細(xì)準(zhǔn)確，縮短搶修的時(shí)間，減少因誤測(cè)誤判造成的人力和財(cái)物的浪費(fèi)。