铁路通信光纤基于OTDR的测试参数选择及方法

施建平

（南宁铁路局南宁通信段，高级工程师，广西 南宁 530003）

光纤通信由于传输距离远、信息容量大且通信质量高等特点而成为当今信息传输的主要手段，是“信息高速公路”的基石。铁路通信小到以站场或铁路地区为单位的地区，大到覆盖全国铁路干线已大量依赖以光纤作为传输媒介而组成的通信网。基于光纤的铁路通信涵盖于铁路公务通信、铁路专用通信、行车调度通信以及铁路运输信息等，其重要性、安全性日益凸显。光纤的运用质量及安全，以及一旦发生通信光纤因故障中断如何迅速、准确查找到故障点，抢修恢复通信，对于以光纤作为传输媒介而组成的铁路通信网至关重要。

光纤测试技术是光纤应用领域中最广泛、最基本的一项专门技术。OTDR（光时域反射仪）是光纤测试技术领域中的主要仪表，基于OTDR的光纤测试具有时间短、速度快、精度高等优点，而广泛运用于铁路光纤通信故障测试、光缆线路的维护和施工中。为此，对OTDR用于铁路光纤通信的测试进行探讨显得十分必要。

1 OTDR的基本工作原理

OTDR是利用光脉冲在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射，而研制的高科技、高精密的光电一体化智能仪表。光源（LED或LD）在驱动电路调制下输出光脉冲，经过定向光耦合器和活动连接器注入被测光纤，成为入射光脉冲。入射光脉冲在光纤中传输时，会产生瑞利散射光和菲涅尔反射光，大部分瑞利散射光将折射入包层后衰减，其中与光脉冲传播方向相反的背向瑞利散射光将会沿着光纤传输到线路的进光端口，经定向耦合分路射向光电探测器，转变成电信号，经过低噪声放大和数字平均化处理，将处理过的电信号与从光源背面发射提取的触发信号，同步扫描在显示器上成为反射光脉冲，返回的有用信息由OTDR的探测器来测量及软件处理。根据发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在石英物质中的速度，在相应软件支持下，就可以计算出距离（光纤长度）L、衰减、接头损耗等。

2 OTDR的测试参数选择

利用OTDR进行光纤线路的测试，一般有自动和手动2种方式。当需要概览整条线路的状况时，采用自动方式，只需要设置折射率、波长最基本的参数，其他由仪表在测试中自动设定。选择自动测试，整条曲线和事件表都会被显示，测试时间短，速度快，操作简单，宜在查找故障的段落和部位时使用。手动方式主要用于对测试曲线上的事件进行详细分析及故障准确定位。一般通过变换、移动游标，放大曲线的某一段落等功能，提高测试的分辨率，增加测试的精度，对事件或故障进行准确定位，在光纤线路的实际测试中常被采用。因此，需要对5个主要的参数进行正确选择设置。

2.1 测试波长选择 在进行光纤测试前，应根据测试需要选择测试波长。单模光纤只选择1 310 nm或1 550 nm。由于1 550 nm波长对光纤弯曲损耗的影响比1 310 nm波长敏感得多，因此不管是光缆线路施工还是光缆线路维护，使用OTDR对某条光缆或某光纤传输链路进行全程光纤背向散射信号曲线测试，一般多选用1 550 nm波长，更能反映光缆施工中的质量（如有无盘留直径过小、弯曲过度、外力挤压、接头熔接质量等）。1 310 nm和1 550 nm波长的测试曲线形状是一样的，测得的光纤接头损耗值也基本一致。若在1 550 nm波长测试没有发现问题，那么1 310 nm波长测试也肯定没问题。选择1 550 nm波长测试，可以很容易发现光纤全程是否存在弯曲过度的情况。若发现曲线上某处有较大的损耗台阶，再用1 310 nm波长进行复测。若在1 310 nm波长下损耗台阶消失，说明该处的确存在弯曲过度情况，需要进一步查找并排除；若在1 310 nm波长下损耗台阶同样大，则在该处光纤可能还存在其他问题，还需要查找排除。在单模光纤线路测试中，应尽量选用1 550 nm波长，这样测试效果会更好。

2.2 光纤折射率选择 现在使用的单模光纤的折射率基本在1.460 0～1.480 0范围内，要根据光缆或光纤生产厂家提供的实际值来精确选择。对于G.652单模光纤，在实际测试时若用1 310 nm波长，折射率一般选择在1.468 0；若用1 550 nm波长，折射率一般选择在1.468 5。对于其他型号光缆（如G.655单模光纤等）也应根据光缆或光纤生产厂家提供的参数选择折射率。折射率选择不准，将影响测试精度，造成测试光缆长度及故障距离的误差。折射率若误差0.001，则在50 000m的中继段会产生约35 m的误差。在光缆维护和故障排查时，因折射率选择不正确的小失误便会带来明显的误差，因而在测试时一定要引起足够的重视。

2.3 测试脉冲宽度选择 测试脉冲宽度的设定合适与否，直接影响测试的准确性。设置的光脉冲宽度过大，会产生较强的菲涅尔反射，使盲区加大，这将掩盖近距离的故障，而造成误判、错判。较窄的测试光脉冲虽然有较小的盲区，但是测试光脉冲过窄时光功率过弱，相应的背向散射信号也弱，背向散射信号曲线会起伏不平，测试误差大。设置的光脉冲宽度既要能保证没有过强的盲区效应，又要能保证背向散射信号曲线有足够的分辨率，能看清光纤沿线上每一点的情况。一般是根据被测光纤长度，先选择一个适当的测试脉宽，预测试1～2次后，从中确定一个最佳值。被测光纤的距离较短（小于5 000m）时，盲区可以在10m以下；被测光纤的距离较长（小于50 000m）时，盲区可以在200 m以下；被测光纤的距离很长时，盲区可高达2 000m以上。通过双向测试或多次测试取平均值，盲区产生的影响会更小。

2.4 测试量程选择 OTDR的量程是指OTDR的横坐标能达到的最大距离。测试时应根据被测光纤的长度选择量程，量程是被测光纤长度的1.5倍比较好，或者说光纤光缆长度为OTDR显示屏显示范围的2/3为好。量程选择过小时，OTDR的显示屏上看不全面；量程选择过大时，OTDR的显示屏上横坐标压缩看不清楚。根据实际测试经验，测试量程选择能使背向散射曲线大约占到OTDR显示屏的70%时，不管是长度测试还是损耗测试，都能得到比较好的直视效果和准确的测试结果。在铁路光纤通信系统中，光纤光缆长度从几十、几百米（站场或铁路地区）到几十、上百公里（干线光纤光缆中继段长度），正确选择OTDR的量程可以得到良好的测试效果。

2.5 平均化时间选择 由于背向散射光信号极其微弱，一般采用多次统计平均化处理的方法来提高信噪比。OTDR测试曲线是将输出脉冲的反射信号经过多达上万次采样，并做平均化处理以消除随机事件。平均化时间越长，噪声电平越接近最小值，动态范围就越大。平均化时间为3 m in获得的动态范围，比平均化时间为1 m in获得的动态范围提高0.8 dB。一般来说平均化时间越长，测试精度越高。为了提高测试速度，可根据被测光纤光缆的长度选择测试时间，一般在0.5～3 m in内选择。在光纤通信接续测试中，选择运用平均化处理和刷新处理相结合的方法可获得良好的效果。

3 OTDR用于铁路通信光纤故障的测试

OTDR不仅在光缆和光纤使用前的单盘特性测试，光缆和光纤的施工测试，光缆和光纤的日常维护测试以及定期测试得到广泛运用，而且是光缆和光纤故障断点测试和查找的主要仪表。铁路光纤通信的组网有别于其他系统的通信组网，光纤光缆基本沿铁路线路敷设，且又分为长途通信（光中继段通常几十公里上百公里）和区段通信（沿线车站）。光缆的敷设在建设时考虑以后的维护，均留有余长，因而产生光缆的长度公里数与铁路线路实际公里数不符的现象，这对测试光缆故障点时，OTDR仪表显示的故障点公里数与铁路线路实际公里数产生误差。误差大对抢修开挖光缆费工费时，延长故障时间，造成损失加大。因而，在正确选择设置测试参数的同时，还需针对铁路通信光缆径路特点的情况，在测试方法、判断故障方法上进行探讨。

3.1 测试数据与铁路线路实际公里数的修正 鉴于通信光缆敷设长度与铁路线路长度的不一致性，使用OTDR测试的光缆公里数据与铁路线路公里数据要进行修正。基于区段光纤的数据修正，能更加缩小测试故障点的误差。

3.2 接头盒公里数与铁路线路公里数的关系 建立光纤光缆接头盒公里数与铁路线路公里数的对应表，可用OTDR背向散射曲线的事件表进行标示，在发生光纤光缆中断故障时（通常中断发生在2个接头盒之间），可在测试时利用OTDR显示的光缆接头盒事件标示的距离为基准，计算到故障点的距离。这样测试误差可缩小到数米。

3.3 正确使用测试尾纤 OTDR在用于中继段光纤测试时，需在被测光缆与OTDR间加入适当长度测试尾纤，消除被测光缆始端测试盲区。这样显示屏上能很清楚地看到入射光脉冲、反射光脉冲、接头点、断裂点、故障点以及衰减分布曲线，可防止测试故障误判。

4 结束语

OTDR作为光纤通信的主要测试仪表，在施工、维护等领域发挥着重要作用。就目前而言，OTDR不论是进口设备还是国产设备，对测试精度和盲区2个关键问题，都会因为测试者的技术发挥有一定的差异。准确的测试数据和维护经验的结合是快速准确定位故障点的最好办法。OTDR测试技能是理论知识和实践经验的有机结合，在实际的测试工作中，要善于思考和不断的总结，多分析测试实例找出产生误差的根源，不断提高测试精度，使对故障点的判断和定位更加精细准确，缩短抢修的时间，减少因误测误判造成的不必要的人力和财物的浪费。