基于 OTDR 的光纤常见故障测试及定位

杨彬

摘要：随着通信技术的不断发展，光纤已经成为各类通信系统核心网部分中最主要的传输媒介，光纤性能的好坏直接影响着网络体系中传输质量的优劣，所以光纤的测试维护成为网络运维人员的必修课。在近几年带领学生参加各类技能大赛的过程中，针对学生在进行光纤熔接、冷接过程中出现的各类问题进行了汇总，本文使用 OTDR（光时域反射仪）作为测试仪表，介绍了光纤的常见故障、导致的原因及测试修复方法。

关键词：光纤；光纤测试；OTDR；技能大赛；

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）15-0262-02

随着近几年光网通信的普及，越来越多的核心网采用以光纤作为数据通信的传输媒介，以培养学生职业能力与素养为主体的职业院校中，与通信、网络相关的专业中也越来越多的增加了光缆、光纤的相关知识与操作技能。作为一线教师，在近几年的各级各类相关职业技能大赛中，作为指导老师、裁判多次参与到光纤相关项目的备赛及执判过程中。本文即针对在教学、带赛及考评过程中常见的故障现象进行了总结。

1 光纤概述

光纤是一种由挤压的玻璃或塑料制成的柔韧的透明纤维，略粗于人的头发。利用光的传输速度快、抗干扰性强的特点，光纤成为网络传输系统中最常用的一种传输媒介。此外，与常规的电缆相比，光纤有着比电缆更长的传输距离和更高的带宽。

目前光纤主要包括单模光纤和多模光纤两种。分别如图 1 与图 2 所示。其中单模光纤的纤芯直径为 8.3μm～10μm，多模光纤的纤芯直径为 50μm～100μm。由于多模光纤中传输的模式较多，各个模式的传播常数和速率不同，使光纤的带宽窄，色散大，损耗也大，只适于中短距离和小容量的光纤通信系统。与多模光纤相比，单模光纤的芯径要小得多，小芯径和单模传输的特点使得在单模光纤中传输的光信号不会因为光脉冲重叠而失真，所以单模光纤的信号衰减率最低，传输速度最大，其传输距离也比多模光纤要高出 50 倍。

2 OTDR 工作原理

OTDR（光时域反射仪）是根据光学原理的菲涅尔反射及瑞利散射进行工作的，通过将一定波长的光信号注入被测光纤，而光在光纤中传输时产生瑞利散射，若光纤在传输信号的过程中有机械连接或断裂，则光会在光纤中产生菲涅尔反射，于是，设备就会接收和分析到反射回来的背向散射光，相应数据处理后反映到显示屏上为带菲涅尔反射峰的一定斜率的曲线，通过这些曲线就可以直观地显现出被测光纤线路的性能，为施工和维护人员提供原始的资料和数据。

3 光纤常见故障现象

现如今，随着网络的规模越来越大，很多骨干链路都是用了光纤传输，一条使用的光纤链路有多长，中间有没有连接点，信号传输过程中常会遇到哪些问题以及如何预判与排查，这是网络维护人员经常想知道的问题。借助于 OTDR 测试仪可以很快地检测到链路的长度、中间的节点数，查看到节点的损耗是否过大等等常见的故障问题，这样运维人员就能有针对性地去解决问题。以下给出了一些最常见的光纤故障以及产生这些故障的可能因素。

3.1 测试不通

在教学实践过程中，这种现象最常出现。通常而言，如果连接完全不通，很可能是开缆时光纤的外护套受到了损伤，而导致光纤芯出现断裂；或者是盘纤时弯曲半径过小，出现的弯折；除此之外还有可能是以下因素造成：

1）传输功率不足；

2）光纤铺设距离过长；

3）连接器受损、光纤接头和连接器故障、使用过多的光纤接头和连接器在教学中，若出现不通的情况，首先采用红光笔进行简单的故障排查。若不是彻底断裂，则再使用 OTDR 进行测试。如图 3 左图所示就是在判断没有断裂的前提下，使用 OTDR 测试出的结果图像，在 214.05 米处有一个损耗，且无反射尖峰，判断其最大的可能是一个光纤熔接点或者光纤过度弯曲点（均为损耗事件）。由于左高右低的差值就是其损耗值，且高达0.72dB，被认为超标（标准通常规定熔接点最大损耗不应超过 0.3dB），故判定为不合格。

此外，如果节点太多，也会影响光纤的损耗，所以一般不建议光纤链路中有太多的连接器，如图 3 右图所示，就是在 160.07 米处，因为连接器原因，使得损耗达到了 0.98dB 而出现在了断点。

3.2 时续时断

在光纤故障中，还会产生时断时续的这种现象。教学中出现这种现象的几率也比较多，导致这种情况的可能因素有以下几点：

1）光纤熔接点制作水平低劣、结合次数过多造成光纤衰减严重；

2）灰尘、指纹、擦伤、湿度、纤维等因素损伤了连接器；

3）传输功率过低而以上所有这些情况中，几率最大、最易出现问题的就是光纤清洁问题，因为光纤接头。

在制作过程中的污损导致信号传输过程中出现时断时续问题。其次就是接头表面磨损造成。但是不可能由肉眼去观察并且清除污渍，一方面因为纤芯很小看不清，其次光源的激光对眼睛有一定的危害，所以通过 OTDR 的通道分析仪找到有问题的节点后，可以使用专用的光纤界面放大镜（选配附件）检查接头和法兰情况，如图 4 第 1 页面和图 4 第 2 页面所示。如果是污渍引起的，可以用专门的清洁工具进行清洁，清洁后如图 4 第 3 页面所示。

3.3 光纤传输中的误码

误码产生于信号传输过程中，是因为在此过程中的衰变会影响信号的电压，进而导致信号在传输过程中被严重破坏，进而才会产生误码。而在整个光传输的链路中，有任何一个环节的故障都可能导致误码的产生。产生这种现象的可能因素有：

1）配件法兰出现问题；

2）光器件性能降低；

3）光功率變动幅度过大幻象就是最常见的一种误码。幻象干扰是指某个连接器反射过强时，反射信号逆向回到仪器端口，仪器端口会再次或多次接收到此反射信号，并错误地当作是一个连接器的正常反射信号那样进行采样、存储和分析计算。这里最常见的一种仪器现象就是双向测量得到的光纤长度不一致。由于连接器灰尘大到几乎已经覆盖连接器的程度，而通过 OTDR 测试仪器发过来的光遇到灰尘的时候会带来一个大反射，在曲线图上会产生一个比较大的峰值变化，而测试仪器会误认为此峰值依然有光纤，但是此处只是一个幻象并不是真正的光纤，所以从两端测得的长度就会发生较大的差异。由于多次反射的强信号与正常传输的光脉冲进行了叠加，在高速光纤系统中就会增加误码率。

4光纤故障定位及解决方案

光纤在工程使用中如果出现了故障，往往需要使用专用的仪器设备进行测试与定位。然后依据测试设备中显示出的结果进行故障排除工作。

4 .1 光纤故障的定位

在日常光缆的维护工作中通常采用以下过程来进行查找和判断，使用 OTDR（光时域反射仪）测试定位光纤故障点。

1）测试中，如果显示屏没有曲线，则光纤故障点在仪器的盲区内，包括光缆的尾部、光缆与尾纤的连接接头、法兰，此时可以增加一段尾纤，以减小盲区范围，找到光纤的断点。

2）屏幕上反射曲线远端位置与光缆实际长度不符，曲线中有明显“台阶”，若此处是接头处，则说明此接头接续不合格或者该根光纤在接头盒中弯曲半径太小或受到挤压；若此处不是接头处，则说明此处光缆受到挤压或打急弯。

3）曲线显示远端出现强烈的菲涅尔反射峰，说明该处光纤端面与光纤垂直，说明该处是端点而不是断点，故障点可能在终端接头（法兰或 ODF 架）上。

曲线远端尾部没有反射峰，说明端面为断纤面，最大可能是光缆与尾纤的熔接点故障。曲线显示远端无反射峰，但有一突起曲线，表明该处光纤出现断裂纹，产生损耗，检查光缆与尾纤的熔接点。

曲线显示高损耗区与高损耗点。曲线斜率明显较大，说明该段光纤质量不好，衰耗较大。高衰耗点如果与接头部位相同，说明接头损耗大，可重新熔接，也有可能是光缆受力变形，导致光纤受外力而产生损耗。

4 .2 光纤故障的解决方案

使用光时域反射仪测定故障点位置后，依据测试的结果使用选择如下的几类方法进行修复。

1）如果是光缆受外力折断，则需要立即对其进行熔接修复。

2）如果是单线中断并且是在接头盒里，应仔细检查接头盒内的光纤盘，逐一检查纤芯是否有断裂现象，若有，也需要重新进行熔接。此外，如果光纤盘内光纤松动，导致光纤弹起在光纤盘边缘或盘上螺丝处被挤压，严重时也会压伤、压断光纤。

3）如果故障点既没有熔接点也没有外力因素折断，则需要对本段光缆路由进行肉眼观察，光缆表面或许也会有由于外力因素造成的外伤，通过检查损伤点的轻重来判断是需要重新熔接。

随着近几年光纤通信系统的广泛用，对于敷设的光缆质量的评估以及后期的維护越来越重要，OTDR 作为光缆工程施工和光缆线路维护工作中非常重要的测试仪器，通对对被测光纤曲线的综合分析，能较准确的判断光缆的接头位置及损耗值、长度和故障点等有着重要的作用。所以，在实际教学工作中，通过不断积累经验，并将理论与实践相结合，恰当地运用仪表来判断和处理故障，协助学生更好地掌握光纤测试的方法与技巧。

参考文献：

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