1、光时域反射仪（光时域反射仪（OTDROTDR）测）测试原理与相关知识交流试原理与相关知识交流内容提要内容提要测试原理测试原理名词解释名词解释性能参数性能参数常见问题常见问题实际应用实际应用测试原理测试原理OTDR利用其激光光源向被测光纤发送一光脉冲，光脉冲在光纤本身及各特性点上会有光信号反射回OTDR，反射回来的光信号又通过一个定向耦合器耦合到OTDR的接收器，并在这里转换成电信号，通过相关数据分析，最终在显示器上显示出测试结果的曲线，OTDR的组成方框图如下所示：测试原理测试原理测试原理测试原理各部分作用如下：各部分作用如下：光源：将符合规定要求稳定的光信号发送到被测光纤光源：将符合规定要求
2、稳定的光信号发送到被测光纤脉冲发生器：控制光源发送的时间，控制数据分析和脉冲发生器：控制光源发送的时间，控制数据分析和显示电路与光源同步工作，以得到正确的分析结果显示电路与光源同步工作，以得到正确的分析结果定向耦合器：将光源发出的光耦合到被测光纤，并将定向耦合器：将光源发出的光耦合到被测光纤，并将光纤沿线各点反射回的光耦合到光检测器光纤沿线各点反射回的光耦合到光检测器光检测器：将被测光纤反射回的光信号转换为电信号光检测器：将被测光纤反射回的光信号转换为电信号放大器：将光检测器送来的电信号放大，整形放大器：将光检测器送来的电信号放大，整形数据分析及显示：将反射回的信号与发送脉冲比较，数据分析及显
3、示：将反射回的信号与发送脉冲比较，计算出相关数据，并配有分析电路，为曲线分析提供计算出相关数据，并配有分析电路，为曲线分析提供支持支持名词解释名词解释1 1、背向散射、背向散射定义：光纤自身反射回的光信号称为背向散射光，定义：光纤自身反射回的光信号称为背向散射光，简称背向散射简称背向散射产生原因：产生背向散射光的主要原因是瑞利散射。产生原因：产生背向散射光的主要原因是瑞利散射。瑞利散射是由于光纤折射率的不同而引起的，散射瑞利散射是由于光纤折射率的不同而引起的，散射会作用于整个光纤。瑞利散射将光信号向四面八方会作用于整个光纤。瑞利散射将光信号向四面八方散射，我们把基中沿光纤原径路返回散射，我们把
4、基中沿光纤原径路返回OTDROTDR的散射光的散射光称为背向散射光称为背向散射光应用：应用：OTDROTDR正是利用其接收到的背向散射光强度的正是利用其接收到的背向散射光强度的变化来衡量被测光纤上各事件损耗的大小，变化来衡量被测光纤上各事件损耗的大小，OTDROTDR不不仅能对各事件点上的反射光信号进行测量，同时也仅能对各事件点上的反射光信号进行测量，同时也可对光纤本身的反射光信号进行测量。因此我们可可对光纤本身的反射光信号进行测量。因此我们可以在以在OTDROTDR上观察到光纤沿线各点上的曲线状况。上观察到光纤沿线各点上的曲线状况。名词解释名词解释2 2、非反射事件、非反射事件光纤中的熔接头
5、和微弯都会带来损耗，但光纤中的熔接头和微弯都会带来损耗，但不会引起反射，由于它们的反射较小，我不会引起反射，由于它们的反射较小，我们称之为非反射事件们称之为非反射事件非反射事件在非反射事件在OTDROTDR测试结果曲线上，以背测试结果曲线上，以背向散射电平上附加一个突然下降的台阶形向散射电平上附加一个突然下降的台阶形式表现出来，因此在竖轴上的改变即为该式表现出来，因此在竖轴上的改变即为该事件的损耗大小事件的损耗大小名词解释名词解释3 3、反射事件、反射事件活动连接器、机械接头和光纤中的断裂点活动连接器、机械接头和光纤中的断裂点都会引起损耗和反射，我们把这种反射幅都会引起损耗和反射，我们把这种反
6、射幅度较大的事件称之为反射事件度较大的事件称之为反射事件反射事件损耗的大小同样是在背向散射电反射事件损耗的大小同样是在背向散射电平值的改变量来决定。反射值（通常以回平值的改变量来决定。反射值（通常以回波损耗的形式表示）是同背向散射曲线上波损耗的形式表示）是同背向散射曲线上反射峰的幅度所决定反射峰的幅度所决定名词解释名词解释名词解释名词解释4、光纤末端光纤末端通常有两种情况如果光纤的末端为平整的端面或末端接有活动连接器（平整、抛光），在光纤的末端就会存在反射率为4%的菲涅尔反射如果光纤的末端是破裂的端面，由于末端端同的不规则性，会使光线漫射而不引起反射第一种情况为一个反射幅度较高的菲涅尔反射名词
7、解释名词解释第二种情况光纤末端显示的曲线从背向反射电第二种情况光纤末端显示的曲线从背向反射电平简单地降到平简单地降到OTDROTDR噪声电平以下。有时破裂的噪声电平以下。有时破裂的末端也可能会引起反射，但它的反射峰不会像末端也可能会引起反射，但它的反射峰不会像平整端面或活动连接器带来的反射峰值那么大平整端面或活动连接器带来的反射峰值那么大其他几种光纤末端识别如图反示：其他几种光纤末端识别如图反示：在测量光纤长度确定末端点（在测量光纤长度确定末端点（B B点）时，必须选点）时，必须选准光纤末端，才能精确测量出光纤长度。在测准光纤末端，才能精确测量出光纤长度。在测试过程中，会遇到以下几种光纤末端的
8、显示曲试过程中，会遇到以下几种光纤末端的显示曲线，以便于区分线，以便于区分名词解释名词解释名词解释名词解释相关性能参数相关性能参数1 1、动态范围、动态范围定义：我们把初始背向散射电平与噪声底电平定义：我们把初始背向散射电平与噪声底电平的差值（的差值（dBdB）定义为动态范围）定义为动态范围动态范围的作用：动态范围可决定最大测量长动态范围的作用：动态范围可决定最大测量长度，大动态范围可提高远端小信号的分辨率，度，大动态范围可提高远端小信号的分辨率，动态范围越大，测试速度越快，动态范围是衡动态范围越大，测试速度越快，动态范围是衡量议表性能的重要指标量议表性能的重要指标动态范围的表示方法：有峰动态
9、范围的表示方法：有峰峰值（又称峰值峰值（又称峰值动态范围）和信噪比（动态范围）和信噪比（SNR=1SNR=1）两种表示方法。）两种表示方法。峰峰峰值动态范围，是一种传统的、比较有意峰值动态范围，是一种传统的、比较有意义的指标，它取背向散射电平初始点的电平值义的指标，它取背向散射电平初始点的电平值与噪声峰值电平之差为峰值动态范围。与噪声峰值电平之差为峰值动态范围。相关性能参数相关性能参数SNR=1SNR=1动态范围，它取背向散射电平初始动态范围，它取背向散射电平初始点的电平值与噪声电平的均方根值之差为点的电平值与噪声电平的均方根值之差为SNR=1SNR=1时的动态范围时的动态范围在峰值动态范围表
10、示中，背向散射信号电在峰值动态范围表示中，背向散射信号电平与噪声电平峰值相等或低于噪声电平时，平与噪声电平峰值相等或低于噪声电平时，背向散射信号就成为不可见信号（信号被背向散射信号就成为不可见信号（信号被噪声淹没），两种表示如下图：噪声淹没），两种表示如下图：相关性能参数相关性能参数动态范围的应用：动态范围的应用：动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度。动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度。如果如果OTDROTDR的动态范围不够大，在测量远距离背的动态范围不够大，在测量远距离背向散射信号时，就会被噪声淹没，将不能观测向散射信号时，就会被噪声淹没，将不能观测至接头、弯曲等小的特征点至接头、
11、弯曲等小的特征点在进行全程光纤链路事件损耗测试时，观查事在进行全程光纤链路事件损耗测试时，观查事件点损耗所需的信噪比，再加上光纤的链路损件点损耗所需的信噪比，再加上光纤的链路损耗即为所需测试信号的动态范围，如图所示：耗即为所需测试信号的动态范围，如图所示：相关性能参数相关性能参数相关性能参数相关性能参数分辨事件损耗所需信噪比电平值见下表：分辨事件损耗所需信噪比电平值见下表：例：当一条端到端的光纤链路损耗为例：当一条端到端的光纤链路损耗为22dB22dB时，时，为了对光纤末端的一个损耗点为为了对光纤末端的一个损耗点为0.02dB0.02dB的事件的事件进行有效测量，需要的进行有效测量，需要的OT
12、DROTDR的动态范围是多大？的动态范围是多大？（34dB=22+1234dB=22+12，SNU=1SNU=1）相关性能参数相关性能参数动态范围与测量范围的关系：动态范围与测量范围的关系：初始背向散射电平与一定测量精度下可识别事初始背向散射电平与一定测量精度下可识别事件点电平的最大衰减差值被定义为测量范围，件点电平的最大衰减差值被定义为测量范围，测量范围与动态范围的关系如图：测量范围与动态范围的关系如图：针对各种测量事件其测量范围与动态范围的关针对各种测量事件其测量范围与动态范围的关系如下表所示：系如下表所示：相关性能参数相关性能参数相关性能参数相关性能参数距离刻度：距离刻度：距离刻度是表示
13、距离刻度是表示OTDROTDR测量光纤的长度指标，测量光纤的长度指标，是是OTDROTDR的主要参数，仪表一般只给出最大的主要参数，仪表一般只给出最大测试距离刻度。把仪表给出的最大距离刻测试距离刻度。把仪表给出的最大距离刻度理解为可测光纤的最大距离是一种常见度理解为可测光纤的最大距离是一种常见的错误，最长测量距离一般由仪表的动态的错误，最长测量距离一般由仪表的动态范围和被测光纤的衰减所决定。当背向散范围和被测光纤的衰减所决定。当背向散射电平低于射电平低于OTDROTDR噪声电平时，背向散射信噪声电平时，背向散射信号成了不可见信号，在此之外的距离刻度号成了不可见信号，在此之外的距离刻度只能显示噪
14、声。只能显示噪声。相关性能参数相关性能参数2 2、盲区、盲区定义：我们将由活动连接器和机械接头等特征定义：我们将由活动连接器和机械接头等特征点产生反射（菲涅尔反射）后，引起点产生反射（菲涅尔反射）后，引起OTDROTDR接收接收端饱和而带来的一系列端饱和而带来的一系列“盲点盲点”称为盲区，主称为盲区，主要有衰减盲区和事件盲区两种。要有衰减盲区和事件盲区两种。衰减盲区：从反射峰的起始点至接收器从饱和衰减盲区：从反射峰的起始点至接收器从饱和峰值恢复到距线性背向散射后延线上峰值恢复到距线性背向散射后延线上0.5dB0.5dB点间点间的距离（标准为的距离（标准为0.1dB0.1dB，但，但0.5dB0
15、.5dB更常用）。更常用）。事件盲区：从反射峰的起始点到接收器从饱和事件盲区：从反射峰的起始点到接收器从饱和峰值恢复到距峰值峰值恢复到距峰值1.5dB1.5dB点间的距离。在这个点点间的距离。在这个点之后紧接的第之后紧接的第2 2个反射为可识别反射，但这时非个反射为可识别反射，但这时非反射事件、损耗和衰减仍为不可测事件。反射事件、损耗和衰减仍为不可测事件。相关性能参数相关性能参数盲区决定了盲区决定了2 2个可测特征点的靠近程度，盲区有个可测特征点的靠近程度，盲区有时也被称为时也被称为OTDROTDR的的2 2点分辨率。当然，对仪表来点分辨率。当然，对仪表来说，盲区是越小越好。说，盲区是越小越好
16、。盲区与动态范围的关系：盲区与动态范围的关系：盲区：决定盲区：决定OTDROTDR横轴上事件的精确程度。横轴上事件的精确程度。动态范围：决定动态范围：决定OTDROTDR纵轴上事件的损耗情况和纵轴上事件的损耗情况和可测光纤的最大距离。可测光纤的最大距离。影响动态范围和盲区的因素：主要有脉冲宽度、影响动态范围和盲区的因素：主要有脉冲宽度、平均时间、反射和平均时间、反射和OTDROTDR接收电路设备计设等。接收电路设备计设等。相关性能参数相关性能参数1 1）脉宽的影响：）脉宽的影响：对动态范围的影响：在脉冲幅度相同的条件下，脉对动态范围的影响：在脉冲幅度相同的条件下，脉冲宽度越大，脉冲能量就越大，
17、此时冲宽度越大，脉冲能量就越大，此时OTDROTDR的动态范的动态范围也越大，仪表给出的动态范围是在最大脉冲时的围也越大，仪表给出的动态范围是在最大脉冲时的指标。指标。对盲区的影响：脉冲宽度越大，盲区就越大，较窄对盲区的影响：脉冲宽度越大，盲区就越大，较窄的脉冲会有较小的盲区，使我们能分辨出光纤中部的脉冲会有较小的盲区，使我们能分辨出光纤中部两个事件，提高清晰度，如需对光纤远端进行观测两个事件，提高清晰度，如需对光纤远端进行观测时，可选择宽脉冲，以提高仪表的动态范围，观测时，可选择宽脉冲，以提高仪表的动态范围，观测更远的距离。对于两个非常接近的事件，当采用窄更远的距离。对于两个非常接近的事件，
18、当采用窄宽脉冲测试，精度更高，区别如下：宽脉冲测试，精度更高，区别如下：相关性能参数相关性能参数2 2）平均时间对动态范围的影响）平均时间对动态范围的影响OTDROTDR测试曲线是将每次输出脉冲后的反射信号采样，并测试曲线是将每次输出脉冲后的反射信号采样，并把多次采样做平均处理以消除随机事件，平均时间越长，把多次采样做平均处理以消除随机事件，平均时间越长，噪声电平越接近最小值，动态范围就越大。噪声电平越接近最小值，动态范围就越大。按照相关资料规定，平均化时间应在按照相关资料规定，平均化时间应在3 3分钟的指标。分钟的指标。3)3)反射对盲区的影响反射对盲区的影响OTDROTDR是利用光纤对光信
19、号的后向散射来观察沿光纤分布是利用光纤对光信号的后向散射来观察沿光纤分布的光纤质量，对于一般的后向散射信号，不会出现盲区。的光纤质量，对于一般的后向散射信号，不会出现盲区。但对于某些点出现较大反射峰（光纤端面），产生的盲但对于某些点出现较大反射峰（光纤端面），产生的盲区也越大（接收器恢复时较长）。区也越大（接收器恢复时较长）。相关性能参数相关性能参数相关性能参数相关性能参数3 3、距离精度、距离精度OTDROTDR的距离精度与仪表的采样时间、时钟精度、的距离精度与仪表的采样时间、时钟精度、光纤折射率、光缆成缆因素及仪表的误差有关。光纤折射率、光缆成缆因素及仪表的误差有关。1 1）采样时间的影响
20、）采样时间的影响OTDROTDR对反射信号按一定时间间隔进行采样，然对反射信号按一定时间间隔进行采样，然后再将这些分离的采样点连接起来形成最后显后再将这些分离的采样点连接起来形成最后显示的测量曲线。采样点是有限的，采样点越小，示的测量曲线。采样点是有限的，采样点越小，仪表的测试精度越高，引起的偏差也越小。仪表的测试精度越高，引起的偏差也越小。相关性能参数相关性能参数2 2）时钟的影响）时钟的影响分使用内部时钟与外部时钟，使用内部时钟时，对测量分使用内部时钟与外部时钟，使用内部时钟时，对测量精度影响较小，使用外部时钟时影响较大，当然取决于精度影响较小，使用外部时钟时影响较大，当然取决于外部时钟的
21、精准度。外部时钟的精准度。3 3）折射率的影响）折射率的影响OTDROTDR是通过对反射信号时间参数进行测量后再按特定的是通过对反射信号时间参数进行测量后再按特定的公式来计算距离参数的公式来计算距离参数的L=VL=V*T=TT=T*C/nC/nC C为光速，为光速，n n为折射率，为折射率，T T为光在光纤中传输时间的一半。为光在光纤中传输时间的一半。当用户对光纤折射率设置存在偏差时，即使很小的值，当用户对光纤折射率设置存在偏差时，即使很小的值，也影响很大，例如也影响很大，例如1%1%，测量误差将为，测量误差将为30KM30KM为为300M.300M.所以在测试光纤距离时，折射率一定设置正确。
22、所以在测试光纤距离时，折射率一定设置正确。相关性能参数相关性能参数光缆成缆时的影响光缆成缆时的影响仪表的测试误差仪表的测试误差以上应当引起重视的为折射率因素。以上应当引起重视的为折射率因素。回波损耗回波损耗定义：指光波反向传输时的损耗，回波损耗又定义：指光波反向传输时的损耗，回波损耗又叫回损叫回损对链路影响：回损越小，反射波越大，链路性对链路影响：回损越小，反射波越大，链路性能越差，回损越大，反射波越小，链路性能越能越差，回损越大，反射波越小，链路性能越好。好。相关性能参数相关性能参数4 4、反射损耗、反射损耗定义：指光波正向传输时由于反射造成的定义：指光波正向传输时由于反射造成的损耗（反射系
23、数）。损耗（反射系数）。对链路影响：反射损耗越大，反射波越大，对链路影响：反射损耗越大，反射波越大，链路性能越差，反射损耗越小，反射波越链路性能越差，反射损耗越小，反射波越小，链路性能越好。小，链路性能越好。常见问题常见问题1 1、光纤类型不匹配、光纤类型不匹配光纤类型不匹配是指光纤类型不匹配是指OTDROTDR的测试输出光纤的测试输出光纤与被测光纤的芯径不同，在连接器处出现与被测光纤的芯径不同，在连接器处出现光纤类型不匹配的现象，此时会出现纵轴光纤类型不匹配的现象，此时会出现纵轴（即光纤的损耗和衰减）测试不准确现象，（即光纤的损耗和衰减）测试不准确现象，但横轴测试数据准确。但横轴测试数据准确
24、。常见问题常见问题2 2、增益现象、增益现象增益现象出现在光纤接头处，又叫伪增益。增益现象出现在光纤接头处，又叫伪增益。定义：接头后光反射电平高于接头前光反射电平的现象定义：接头后光反射电平高于接头前光反射电平的现象称为增益现象。称为增益现象。产生原因：产生原因：OTDROTDR的测试是通过比较接续点前后背向散射的测试是通过比较接续点前后背向散射电平值来对接续损耗进行测试的，一般情况下，接续损电平值来对接续损耗进行测试的，一般情况下，接续损耗会使接头后的背向散射电平小于接续点前的电平。当耗会使接头后的背向散射电平小于接续点前的电平。当接续损耗非常小时，并且接点后光纤的背向散射系数较接续损耗非常
25、小时，并且接点后光纤的背向散射系数较高时（对于同样的光强反射系数大引起较大的背向反高时（对于同样的光强反射系数大引起较大的背向反射），接续点的背向散射电平就可能大于接续点前的背射），接续点的背向散射电平就可能大于接续点前的背向散射电平，而且抵消了接续点损耗。向散射电平，而且抵消了接续点损耗。最直接的原因为接续点之后的光纤反射系数大于接续点最直接的原因为接续点之后的光纤反射系数大于接续点前的光纤反射系数。前的光纤反射系数。常见问题常见问题常见问题常见问题伪增益的意义：出现伪增益现象说明接续伪增益的意义：出现伪增益现象说明接续点后的光纤比接续点之前的光纤反射系数点后的光纤比接续点之前的光纤反射系数
26、大，并且说明接续点的接续损耗小，接续大，并且说明接续点的接续损耗小，接续质量优良。质量优良。伪增益的测试：需要注意，伪增益并不是伪增益的测试：需要注意，伪增益并不是真正的增益，在对光纤接续点进行测试时，真正的增益，在对光纤接续点进行测试时，可采双向测试取平均值的方法测试伪增益可采双向测试取平均值的方法测试伪增益点的插入损耗。点的插入损耗。3 3、对盲区影响的处理、对盲区影响的处理对盲区影响最有效的处理方法为加入一定对盲区影响最有效的处理方法为加入一定距离（大于距离（大于OTDROTDR的衰减盲区）的接入光纤，的衰减盲区）的接入光纤，但此种方法必须在接入光纤与被测光纤连但此种方法必须在接入光纤与
27、被测光纤连接时采用熔接方式，对于我们的实际测试接时采用熔接方式，对于我们的实际测试过程不相实际，故此处不做过多说明。过程不相实际，故此处不做过多说明。4 4、幻峰（鬼点、鬼影）、幻峰（鬼点、鬼影）定义：幻峰是指在光纤末端之后出的光反射峰定义：幻峰是指在光纤末端之后出的光反射峰形成原因：由于光在光纤中多次反射而引起的。形成原因：由于光在光纤中多次反射而引起的。入射光信号到达光纤末端后，由于末端的反射，入射光信号到达光纤末端后，由于末端的反射，一部分反射光沿逆方向向入射端传输，到达入一部分反射光沿逆方向向入射端传输，到达入射端后，由于入射端面反射较大，又有部分光射端后，由于入射端面反射较大，又有部分光缆再次进入光纤，第二次到达光纤末端而形成缆再次进入光纤，第二次到达光纤末端而形成幻峰。幻峰。鬼点的判断：大概知道光纤长度，超出长度后鬼点的判断：大概知道光纤长度，超出长度后的而形成的反射峰即为鬼点。鬼点距离始端的的而形成的反射峰即为鬼点。鬼点距离始端的距离正好等于光纤末端至始端距离的两倍。短距离正好等于光纤末端至始端距离的两倍。短距离测试过程易出现鬼点现象。距离测试过程易出现鬼点现象。消除方法：减小包括始、末端的的反射。消除方法：减小包括始、末端的的反射。
