光时域反射仪（OTDR）在公路机电工程光纤接头损耗检测中的应用研究

摘要：对光时域反射仪（OTDR）基本工作原理、主要技术指标做出详细论述，并对光时域反射仪（OTDR）在检测过程中注意事项及一般故障的处理进行了分析总结。

关键词：光纤接头;损耗;技术指标

中图分类号：TN98文献标识码：B

随着光纤技术与通信技术的飞速发展，光纤通信网络已广泛应用在电信、交通、电力、广电等各个领域。尤其在国家提出“大数据”、“互联网+交通”等口号后，光纤技术所发挥的作用越来越受到人们的重视。在高速公路的运营中光纤传输的质量直接决定了高速公路整个系统的“生命”，而光纤接头损耗数值的大小直接决定了光纤传输的质量。要测量光纤接头损耗指标就需要光时域反射仪（OTDR）。熟练掌握并正确使用光时域反射仪（OTDR）对于光纤损耗的顺利测试以及光、电缆线路的工程质量检测具有十分重要的作用。

1 光时域反射仪（OTDR）基本工作原理

光时域反射仪是基于光脉冲在光纤中的传输效应来工作的。由于光纤密度微观不均匀性、光纤掺杂不均匀等因素，光在光纤中传输是会产生散射现象，即在光纤中产生四面八方各方向的散射光。其中一部分向后传输的后向散射光可沿光纤传回到入射端。在同一根光纤中，散射光的强度随时间呈现出指数衰减。在光纤断裂等故障点和光纤断面，由于折射率突变会引起菲涅尔反射。光时域反射技术通过检测光纤的后向散射和菲涅尔反射光，根据后向光信号沿时间轴的幅度曲线可以检测到光纤或光缆的长度、接头损耗、损耗等指标。

2 光时域反射仪（OTDR）主要技术指标

光时域反射仪（OTDR）主要技术指标包括光输出中心波长、向后散射单程动态范围、测长准确度、测损耗准确度、测试盲区等。

2.1 光输出中心波长

光输出中心波长是由输出光谱的峰值谱和其他谱纵模按规定方法（RMS法或FWHM法）计算求得的波长值。由于在不同的波长点处光纤损耗值不同，所以选择正确的波长进行检测至关重要，光输出中心波长通常应与被测光纤系统所用的波长一致。公路机电工程检测中一般采用与设计文件相符的波长，一般为1310nm和1550nm。当OTDR用于光纤在线监测时，光输出中心波长与光纤系统所采用的波长则不同，如1310nm和1550nm系统要采用1625nm的波长进行监测。

2.2 后向散射单程动态范围

后向散射动态范围定义为使后向散射光信号电平等于噪声电平（SNR=1）时可插入的最大光路损耗值。动态范围是OTDR的主要指标之一，对于一定损耗分布的光纤系统，动态范围决定了可检测后向散射光信号的最大光纤长度，动态范围越大，则仪器可检测的光纤长度越长，反之，动态范围越小，则仪器可检测的光纤长度越短。

2.3 测长准确度

测长准确度反映的是光时域反射仪所测得的光纤长度与光纤真实长度偏差程度的指标。测量光时域反射仪测长准确度的方法是采用与标准光纤对比法，根据测试量程选用标准长度的光纤，按标准光纤的折射率设置光时域反射仪的折射率，用光时域反射仪测试标准光纤的长度，然后计算与标准光纤长度间的误差。

2.4 测损耗准确度

测损耗准确度反映的是光时域反射仪所测得的光纤损耗值与光纤真实损耗值偏差程度的指标。测量光时域反射仪测损耗准确度的方法是采用与标准光纤对比法，根据光时域反射仪测试标准光纤的损耗，计算与标准光纤标定的损耗之间的误差。

2.5 测试盲区

所谓盲区指的是因光反射等因素致使仪器不能正常测试光纤特性的区域。在检测过程中一般存在两种盲区：衰减盲区和事件盲区。衰减盲区一般存在于自起始反射点到与背向散射曲线相差不超过±0.5dB处的距离。衰减盲区告诉我们测试光纤连接点到第一个可检测接头点之间的最短距离;事件盲区一般存在于从反射事件的起始点到该事件峰值衰减1.5dB点间的距离。事件盲区确定了两个可区分的反射事件点间的最短距离。

盲区的大小与测试时使用的光脉宽有关，脉冲越宽，则测试的距离越长，盲区就越大。长距离测试，为追求大动态范围，要使用宽脉宽，盲区是次要因素。当测试短距离光纤时，可窄脉宽以减小盲区。

3 光时域反射仪（OTDR）使用注意事项

3.1 仪器参数设置

正确无误的设置仪器设备的测试条件和参数，对保证检测质量起着至关重要的作用。光时域反射仪参数设置主要包括波长、量程、脉宽、分辨率、折射率等。

波长：用来设定OTDR的测试波长，公路机电工程检测一般选用1310nm和1550nm。

量程（Km）：用来设置扫描轨迹的范围。设置的量程必须大于被测光纤的长度、否则将无法测出准确、完整的轨迹曲线。为了避免二次反射对测试结果的影响，设置的量程最好是被测光纤长度的两倍。在测量较短距离的光纤时，设备的量程不宜过大，较大的量程将导致测距分辨率降低。

脉宽（ns）：用来设定测试时的脉冲宽度。根据光纤距离的不同选择合适的脉宽。光纤距离较长则选择较大的脉宽，光纤距离较短则选择较小的脉宽。如果不能准确选择脉冲宽度，则在测试时可以選择自动测试状态，仪器将自动选择测试时的脉冲宽度。

折射率：光纤或光缆的折射率可以从生产厂家获得。仪器设置的折射率必须和被测光纤或光缆标定的折射率一致。如果折射率不准确，则测得的光纤长度也不准确。折射率的值可设定为1000000～2.00000，以0.00001步进。

光缆修正：光缆修正系数的置入是考虑到光纤成缆后，光纤长度和光缆长度间的误差。它可以从生产厂家获得。它的值可置为0.80001.0000，以0.0001步进。如果仪器设置的光缆修正系数和被测光缆不一致，同样会导致测量的光缆长度不准确。

3.2 检测时注意事项

（1）避免光线直接射入眼睛。

OTDR所使用的半导体激光器发出的光为不可见光，其强度虽在安全标准范围内，但不能直接观看光输出连接器或已连接到连接器的光纤末端，以免伤害眼睛。

（2）不能将带有任何信号的光纤连接到OTDR的端口上。在用OTDR进行检测时，若检测光纤带有信号则会导致OTDR永久性的损伤，在检测时一定要确保待测光纤没有信号，一般会选用备用光纤进行检测或在施工过程中进行检测。

（3）检测时确保OTDR光输出连接器内部的清洁。将光纤接入OTDR光输出端口前，

一定要将光纤断面清洁干净，以保障检测过程不会出现误差或无法测试出光纤曲线。

4 光时域反射仪（OTDR）一般故障分析及处理

4.1 接上被测光纤进行测试后，看不到后向散射波形或轨迹曲线，噪声非常大

（1）光連接器（即法兰盘）连接是否良好。

（2）光连接器两端接头形式（即被测光纤接头与OTDR内部的接头）是否匹配。OTDR内部接头一般为FC/PC接头，如果光纤接头为APC（斜面头），则在连接处的损耗将非常大，致使OTDR内激光器的能量损失过大，无法测出被测光纤的曲线。

（3）OTDR输出端的光连接器内部是否磨损严重，或出现裂纹及破碎现象。若是，则需要更换连接器。

（4）被测光纤近端是否有高损耗。

4.2 光纤长度测试不准

（1）折射率设置是否正确。折射率设置必须和被测光纤厂家标定的折射率一致，否则将影响测试的准确度。

（2）光缆系数设置是否正确。将光缆系数设置为1，或与生产厂家标定额光缆修正系数一致。

（3）设备量程设置是否正确。量程设置必须大于被测光纤的长度，设置的量程一般为被测光纤长度的两倍。

4.3 测量的光纤接头损耗平均值不准确

（1）检测的曲线是否正常。如果测得的曲线近端拖尾太长，将导致测试误差较大。此时应将被测光纤取出，用纯度为95%的酒精擦拭被测光纤端面和OTDR的输出端，然后在重新检测。

（2）检测时所使用的跳线是否有弯折现象。检测时应理顺所用的跳线，不能有弯折等现象，否则将影响检测结果。

（3）检查被测光纤的长度测量误差是否过大。

5 结论

光时域反射仪（OTDR）是光纤通信领域不可或缺的重要测量仪器，广泛应用于光纤、光缆的生产、敷设、检测及维护等各个环节。正确设置各项检测参数并掌握一般故障的分析及处理，提高测试结果分析能力，可以更好为业主单位或运营单位提供技术支持和保障。

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作者简介：赵剑（1983），男，山东日照人，本科，工程师。