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OTDR在光纤测量中的应用
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2008-10-17
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OTDR在光纤测量中的应用光时域反射计OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)是表征光纤传输特性的测试仪器.此仪器主要用于测试整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节,具体表现为探测,定位和测量光纤链路上任何位置的事件(事件是指因光纤链路中熔接,连接器,弯曲等形成的缺陷,其光传输特性的变化可以被测量).OTDR测试的非破坏性,只需一端接入及直观快速的优点使成为光纤光缆生产,施工,维护中不可缺少的仪器.
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OTDR 在光纤测量中的应用
OTDR 在 光 纤 测 量 中 的 应 用 光 时 域 反 射 计 OTDR(Optical
Time Domain Reectometer)是表征光纤传输特性的测试仪器.
此仪器主要用于测试整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的 衰减
细节,具体表现为探测,定位和测量光纤链路上任何位置的事件(事件
是指因光纤链路中熔接,连接器,弯曲等形成的缺陷,其光传输特性的
变化可以被测量).OTDR 测试的非破坏性,只需一端接入及直观快速
的优点使成为光纤光缆生产,施工,维护中不可缺少的仪器.
1 OTDR 原理
1.1 瑞利后向散射由于光纤本身的缺陷和掺杂组分的非均匀性,使得
光 纤 中 传 播 的 光 脉 冲 发 生 瑞 利 后 向 散 射 . 一 部 分 光 ( 大 约 有
0.0001%(1))沿脉冲相反的方向被散射回来,因而被称为瑞利后向散
射,后向散射光提供了与长度有关的衰减细节.设注入光功率为 P0,则
沿光纤传输到 z 处的后向散射光再传回到始端的光功率为其中 、
γf(z),γb(z)分别为 z 处正向,后向传输时的衰减系数,η(z)为光纤在 z
处的后向散射系数,与瑞利散射系数及光纤的结构参数有关.如果能测
得 z1,z2 两处散射回来的光功率,即可求得 z1,z2 间前后向传输的平
均衰减系数 α 若光纤结构参数沿轴向均匀(即 η(z1)=η(z2))时,则
z1 和 z2 点间的衰减系数可表述为与距离有关的信息是通过时间信
息而得到的(此即光时域反射计中时域的由来),OTDR 测量发出脉冲
与接收后向散射光的时间差,利用折射率 n 值将这一时域信息转换成
距离其中 c 为光在真空中的速度(3×108ms)。OTDR 可以非常精
确测量后向散射光功率 P(z1),P(z2),并通过式(3)与式(4)来测量沿
光纤长度上任一点光纤特性的微小变化,如图 1 所示.
图 1 OTDR 曲线与光纤链路的对应关系在不同折射率两传输介质的
边界(如连接器,机械接续、断裂或光纤终结处)会发生菲涅耳反射,此
现象被 OTDR 用于准确确定沿光纤长度上不连续点的位置.反射的大
小依赖于边界表面的平整度及折射率差,利用折射率匹配液可减小菲
涅耳反射.
1.2 OTDR 结构方框图图 2 OTDR 原理结构方框图图 2 是 OTDR 原
理结构方框图.脉冲发生器发出宽度可调的窄脉冲驱动激光二极管
(LD),产生所需宽度的光脉冲(通常为 2ns~20μs),经方向耦合器后
入射到被测光纤,光纤中的后向散射光和菲涅耳反射光经耦合器进入
光电探测器,光电探测器把接收到的散射光和反射光信号转换成电信
号,由放大器放大后送信号处理部件处理(包括取样,模数转换和平均),
结果由显示部件显示:纵轴表示功率电平,横轴表示距离.时基与控制
单元控制脉冲宽度,取样和平均.
2 OTDR 主要性能指标对 OTDR 的性能参数的了解有助于 OTDR 的
实际光纤测量.OTDR 性能参数主要包括动态范围,盲区、分辨率,精
度等.
2.1 动态范围(Dynamic range)
动态范围是 OTDR 主要性能指标之一、它决定光纤的最大可测量长
度.动态范围越大,曲线线型越好,可测距离也越长.动态范围目前还没
有一个统一的标准计算方法(1),常用的动态范围定义主要有以下四
种:
①IEC 定义(Bellcore):常用的动态范围定义之一.取始端后向散射电
平与噪声峰值电平间的 dB 差,测量条件为取 OTDR 最大脉冲宽
度,180 秒的测量时间.
②RMS 定义:最常用的动态范围定义.取始端后向散射电平与 RMS 噪
声电平间的 dB 差.若噪声电平呈高斯分布、则 RMS 的定义值比 IEC
定义值高约 1.56dB.
③N=0.1dB 定义:最实用的定义方法.取可以测量损耗为 0.1dB 事件
时的最大允许衰减值.N=0.1dB 定义值比信噪比 SNR=1 的 RMS 定
义值小大约 6.6dB,这意味着若 OTDR 有 30dB 的 RMS 动态范围,则
N=0.1dB 定义的动态范围只有 23.4dB,即只能在 23.4dB 衰减范
围内测量损耗为 0.1dB 的事件.
④ 端探测(End detection):光纤始端的 4%菲涅耳反射峰与 RMS 噪
声电平的 dB 差,此值比 IEC 定义值高约 12dB.
上述四种动态范围定义可用图 3 表示.除以上四种常用的定义外,还
有其它的定义方法.需要注意的是,对同样性能 OTDR,不同的定义方
法,动态范围值不同、在检查 OTDR 动态范围指标时必须清楚动态范
围值是以哪种定义给出.
图 3 动态范围的定义(对给定的平均时间和脉宽)
2.2 盲区(Deadzone)
盲区又称死区、是指受菲涅耳反射的影响、在一定的距离范围内
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- wph55258532014-05-13OTDR的使用要求
herofuzhou2008
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