浅谈OTDR在光缆故障定位中的使用

【摘要】光纤作为光信号的传播媒介，在光纤通信系统里具有举足轻重的意义。一旦光纤中断，将直接影响正常通信。OTDR是光缆线路维护必不可少的测量仪器。本文对OTDR的原理及使用特性进行分析，并结合工作实际，提出OTDR的使用经验和技巧，有助于快速查找光缆故障点，为进一步排除故障奠定基础。

【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

光纤中断将直接影响正常的光纤通信。快速找查光缆中断点是排除故障的关键。运维人员必须熟练使用包括OTDR在内的各种仪器仪表，不断总结经验，提高知识水平，才能将通信设备的运维工作做得更好。