otdr在光纖測(cè)量中的應(yīng)用new

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1、OTDR在光纖測(cè)量中的應(yīng)用光時(shí)域反射計(jì)OTDR(OpticalTimeDomainReflectometer)是表征光纖傳輸特性的測(cè)試儀器。此儀器主要用于測(cè)試整個(gè)光纖鏈路的衰減并提供與長(zhǎng)度有關(guān)的衰減細(xì)節(jié)，具體表現(xiàn)為探測(cè)、定位和測(cè)量光纖鏈路上任何位置的事件(事件是指因光纖鏈路中熔接、連接器、彎曲等形成的缺陷，其光傳輸特性的變化可以被測(cè)量)。OTDR測(cè)試的非破壞性、只需一端接入及直觀快速的優(yōu)點(diǎn)使其成為光纖光纜生產(chǎn)、施工、維護(hù)中不可缺少的儀器。1OTDR原理1.1瑞利后向散射由于光纖本身的缺陷和摻雜組分的非均

2、勻性，使得光纖中傳播的光脈沖發(fā)生瑞利散〔1〕射。一部分光(大約有0.0001%)沿脈沖相反的方向被散射回來(lái)，因而被稱為瑞利后向散射，后向散射光提供了與長(zhǎng)度有關(guān)的衰減細(xì)節(jié)。設(shè)注入光功率為P0，則沿光纖傳輸?shù)絲處的后向散射光再傳回到始端的光功率為其中，γf(z)、γb(z)分別為z處正向、后向傳輸時(shí)的衰減系數(shù)，η(z)為光纖在z處的后向散射系數(shù)，與瑞利散射系數(shù)及光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。如果能測(cè)得z1,z2兩處散射回來(lái)的光功率，即可求得z1,z2間前后向傳輸?shù)钠骄p系數(shù)α若光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)沿軸向均勻(即η(z1)＝

3、η(z2))時(shí)，則z1和z2點(diǎn)間的衰減系數(shù)可表述為12與距離有關(guān)的信息是通過(guò)時(shí)間信息而得到的(此即光時(shí)域反射計(jì)中時(shí)域的由來(lái))，OTDR測(cè)量發(fā)出脈沖與接收后向散射光的時(shí)間差，利用折射率n值將這一時(shí)域信息轉(zhuǎn)換成距離8其中c為光在真空中的速度(3×10m/s)OTDR可以非常精確測(cè)量后向散射光功率P(z1)、P(z2)，并通過(guò)式(3)與式(4)來(lái)測(cè)量沿光纖長(zhǎng)度上任一點(diǎn)光纖特性的微小變化，如圖1所示。圖1OTDR曲線與光纖鏈路的對(duì)應(yīng)關(guān)系在不同折射率兩傳輸介質(zhì)的邊界(如連接器、機(jī)械接續(xù)、斷裂或光纖終結(jié)處)會(huì)發(fā)生菲

4、涅耳反射，此現(xiàn)象被OTDR用于準(zhǔn)確確定沿光纖長(zhǎng)度上不連續(xù)點(diǎn)的位置。反射的大小依賴于邊界表面的平整度及折射率差，利用折射率匹配液可減小菲涅耳反射。1.2OTDR結(jié)構(gòu)方框圖圖2OTDR原理結(jié)構(gòu)方框圖圖2是OTDR原理結(jié)構(gòu)方框圖。脈沖發(fā)生器發(fā)出寬度可調(diào)的窄脈沖驅(qū)動(dòng)激光二極管(LD)，產(chǎn)生所需寬度的光脈沖(通常為2ns～20μs)，經(jīng)方向耦合器后入射到被測(cè)光纖，光纖中的后向散射光和菲涅耳反射光經(jīng)耦合器進(jìn)入光電探測(cè)器，光電探測(cè)器把接收到的散射光和反射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由放大器放大后送信號(hào)處理部件處理(包括取樣、

5、模數(shù)轉(zhuǎn)換和平均)，結(jié)果由顯示部件顯示：縱軸表示功率電平，橫軸表示距離。時(shí)基與控制單元控制脈沖寬度、取樣和平均。2OTDR主要性能指標(biāo)對(duì)OTDR的性能參數(shù)的了解有助于OTDR的實(shí)際光纖測(cè)量。OTDR性能參數(shù)主要包括動(dòng)態(tài)范圍、盲區(qū)、分辨率、精度等。2.1動(dòng)態(tài)范圍(Dynamicrange)動(dòng)態(tài)范圍是OTDR主要性能指標(biāo)之一，它決定光纖的最大可測(cè)量長(zhǎng)度。動(dòng)態(tài)范圍越大，〔1〕曲線線型越好，可測(cè)距離也越長(zhǎng)。動(dòng)態(tài)范圍目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法，常用的動(dòng)態(tài)范圍定義主要有以下四種：①IEC定義(Bellcore)

6、：常用的動(dòng)態(tài)范圍定義之一。取始端后向散射電平與噪聲峰值電平間的dB差，測(cè)量條件為取OTDR最大脈沖寬度、180秒的測(cè)量時(shí)間。②RMS定義：最常用的動(dòng)態(tài)范圍定義。取始端后向散射電平與RMS噪聲電平間的dB差。若噪聲電平呈高斯分布，則RMS的定義值比IEC定義值高約1.56dB。③N＝0.1dB定義：最實(shí)用的定義方法。取可以測(cè)量損耗為0.1dB事件時(shí)的最大允許衰減值。N＝0.1dB定義值比信噪比SNR＝1的RMS定義值小大約6.6dB，這意味著若OTDR有30dB的RMS動(dòng)態(tài)范圍，則N＝0.1dB定義的動(dòng)態(tài)

7、范圍只有23.4dB，即只能在23.4dB衰減范圍內(nèi)測(cè)量損耗為0.1dB的事件。④端探測(cè)(Enddetection)：光纖始端的4%菲涅耳反射峰與RMS噪聲電平的dB差，此值比IEC定義值高約12dB。上述四種動(dòng)態(tài)范圍定義可用圖3表示。除以上四種常用的定義外，還有其它的定義34方法。需要注意的是，對(duì)同樣性能OTDR，不同的定義方法，動(dòng)態(tài)范圍值不同，在檢查OTDR動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)時(shí)必須清楚動(dòng)態(tài)范圍值是以哪種定義給出。圖3動(dòng)態(tài)范圍的定義(對(duì)給定的平均時(shí)間和脈寬)2.2盲區(qū)(Deadzone)“盲區(qū)”又稱“死區(qū)”

8、，是指受菲涅耳反射的影響，在一定的距離范圍內(nèi)OTDR曲線無(wú)法反映光纖線路狀態(tài)的部分。此現(xiàn)象的出現(xiàn)主要是由于光纖鏈路上菲涅耳反射強(qiáng)信號(hào)使得光電探測(cè)器飽和，從而需要一定的恢復(fù)時(shí)間。盲區(qū)可發(fā)生在OTDR面板前的活結(jié)頭或光纖鏈路中其它有菲涅耳反射的地方?！?〕Bellcore定義了兩種盲區(qū)：衰減盲區(qū)(ADZ)和事件盲區(qū)(EDZ)。衰減盲區(qū)是指各自的損耗可以分別被測(cè)量時(shí)的兩反射事件間的最小距離，通常衰減盲區(qū)是5～6倍的脈沖寬度(用距離表示)；事件盲區(qū)