摘要：本文通过总结OTDR仪表作用及原理，介绍了OTDR仪表测试曲线的分析方法，提出了如何利用OTDR测试曲线诊断光缆障碍点方法，对工程施工和维护人员进行光缆障碍的查找有一定帮助作用。
关键词：OTDR原理；OTDR曲线；光缆障碍；诊断方法
随着通信网络的发展，光纤从中继层面延伸到用户终端，特别是“宽带中国”战略的实施，FTTX突飞猛进快速布放，从城市到乡村形成了一张端到端的全光纤线路网络，光缆线路就承载了大容量高带宽的综合业务。大量的各种类型光缆线路布放，对光缆线路维护工作带来了前所未有的挑战，当光缆线路发生障碍后，应用OTDR仪表进行光缆故障诊断测试是非常重要的工作，如何运用ODTR仪表测试的曲线轨迹对光缆线路障碍类型以及障碍点的进行诊断分析，对于快速恢复业务提高客户感知至关重要。本文将介绍如何运用OTDR测试曲线诊断光缆障碍点的方法。
1．OTDR作用
OTDR：Optical Time Domain Reflectometer，光时域反射仪，它是一个用于确定光纤与光网络特性的光纤测试仪表，OTDR的目的是检测、定位与测量光纤链路的任何位置上的事件。主要用于光缆线路工程施工和光缆线路维护工作，主要用途包括测量光纤长度、测量光纤链路衰减、测量光纤障碍点、光纤的后向散射曲线等。
2．OTDR原理
2.1 OTDR光学原理
2.1.1 背向瑞利散射
瑞利散射是光纤的一种固有损耗，是指光波在光纤传输时，遇到一些比光波波长小的微粒而向四周散射，导致光功率减小的现象。瑞利散射光有以下特征：波长与入射光波的波长相同，它的光功率与此点的入射光功率成正比。如同大气中的颗粒散射了光，使天空变成蓝色一样。瑞利散射的能量大小与波长的四次方的倒数成正比，大约比入射光功率低60dB，即入射光功率的0.0001%。所以波长越短散射越强，波长越长散射越弱。需要注意的是能够产生背向瑞利散射的点遍布整段光纤，它是连续的。如图一所示：
图一：光纤背向瑞利散射示意图
2.1.2 菲涅尔反射
图二：光纤菲涅尔反射示意图
菲涅尔反射就是光在从一种介质（光纤）传到另一种介质（空气）中时，被沿原介质（光纤）反射回来。菲涅尔反射就是我们平常所理解的光反射，是指光在从一种介质（光纤）传到另一种介质（空气）中时，被沿原介质（光纤）以入射时相同的角度反射回来。需要注意的是菲涅尔反射是离散的，由光纤上个别的点位置产生。而反射回来的光强度可达到入射光强度的4%。能够产生反射的点大体包括：机械固定接头、光纤连接器（玻璃与空气的间隙）、光纤断裂、光纤的终点等，实际上是不同折射率的两种介质交界处。如图二所示：
2.2 OTDR工作原理
OTDR类似一个光雷达。它先对光纤发出一个测试激光脉冲，然后观察从光纤上各点返回的瑞利散射和菲涅尔反射激光的功率大小情况，这个过程重复的进行，然后将这些结果根据需要进行平均，并以轨迹图的形式显示出来，这个轨迹图就描述了整段光纤的情况。
图三：OTDR工作原理示意图
3．OTDR测试曲线分析
3.1 背向散射
背向散射是由于光纤的瑞利散射现象而引起的部分光信号返回OTDR的现象。发生在光纤连续长度上，也就是在同一种折射率介质中，折射率未发生变化。如图四所示：
图四：背向散射曲线轨迹
图五：非反射事件曲线轨迹
3.2 非反射事件
光纤熔接和弯折可导致光功率衰耗,但是没有反射现象。发生在光纤个别点上，但仍是同一种折射率介质中，折射率未发生变化。如图五所示：
3.3 反射事件
机械固定接头 活动连接器和光纤断裂都会引起光的反射和衰耗，OTDR上有相应的强反射波显示结果。发生在光纤链路个别点上，位于不同种折射率介质交界处，此处折射率发生变化。光在传输过程中通过折射率不同的介质产生的反射称菲涅尔反射，菲涅尔反射通常发生在连接器、机械接头、光缆的不匹配处和光纤末端。如图六所示：
图六：反射事件曲线轨迹
3.4 光纤尾端
分为反射和非反射两种情况，如果光纤的末端是平整或在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，由于末端端面的不规则性会使光线漫射而不引起反射。如图七所示：
图七：光纤尾端曲线轨迹
4．OTDR测试曲线诊断光缆故障点方法
通过对OTDR测试曲线反射事件的分析，可确定光纤传输质量。在光缆障碍查修中，可判断光纤障碍点位置。根据菲涅尔反射原理，只要在发送端探测到背向反射回来的光，就可以看到前后端面的回波脉冲，它们之间的时间间隔就是光走了两倍纤长度的时间，据此可以测量出光纤的长度。同理，如光纤内部发生断裂或有缺陷也会在光纤输入端检测到回波脉冲，根据回波脉冲情况可进行故障定位。发生光缆线路障碍后，在端站或传输站使用OTDR对线路测试，以确定线路障碍的性质和部位。方法步骤大致如下：
图八：障碍点在本端ODF架成端处的曲线轨迹
4.1 OTDR显示屏上没有曲线（光纤障碍点在本端ODF架成端处：法兰盘或成端熔接点）
这说明故障点在仪表盲区内，包括局外光缆与局内软光缆的固定接头和活动连接器插件部分，光纤断点位于本端ODF架成端处。遇到这种情况时可以串接一段（长度大于1000m）测试尾纤，并减小OTDR输出的光脉冲宽度以减小盲区范围，从而可以细致分辨出故障点的位置（应确保所用测试尾纤良好）。如图八所示：
4.2 OTDR测试曲线远端位置与中继段总长明显不符(光纤障碍点位于光缆线路中继段中间)
此时后向散射曲线的远端点即为故障点。如该点在光缆接头点附近，应首先判定为接头处断纤。如故障点明显偏离接头处，应准确测试障碍点与测试端之间的距离，然后对照线路维护明细表（光缆线路配盘图）等资料，判定障碍点在哪两个标石之间(或哪两个电杆、接头之间)，距离最近的标石（电杆、接头）多远，再由现场观察光缆路由的外观予以证实。如图九所示：
图九：障碍点在光缆中继段中间断纤曲线轨迹
4.3 OTDR测试曲线的中部无异常，但远端点又与中继段总长相符（光纤障碍点在对端ODF架成端处）
在这种情况下，应注意观察OTDR测试曲线远端点的波形，可能有如下3种情况之一出现：
图十：障碍点在对端ODF架法兰盘松脱污染或设备
尾纤断裂的曲线轨迹
图十一：障碍点在对端ODF架法兰盘损坏或成端熔接点
断纤的曲线轨迹
4.3.1远端出现强烈的菲涅尔反射峰（光纤障碍点在对端ODF架成端处：法兰盘松脱污染或设备尾纤断裂）
曲线轨迹提示该处光纤端面与光纤轴垂直，该处应成为端点，不是断点。障碍可能是对端局终端活动连接器松脱、污染或者是用于连接设备和ODF外线终端的尾纤断裂。如图十所示：
4.3.2远端出现强烈的菲涅尔反射峰（光纤障碍点在对端ODF架成端处：法兰盘损坏或成端熔接点断纤）
曲线轨迹提示远端无反射峰，说明该处光纤端面为自然断纤面。最大的可能是户外光缆与局内软光缆的连接处出现断纤或活动连接器损坏。如图十一所示：
4.3.3 最远端点出现较小的反射峰，呈现一个小突起（光纤障碍点在对端ODF架成端处：成端光纤出现裂缝）
曲线轨迹提示该处光纤出现裂缝，造成损耗很大。可打开终端盒或ODF架检查或用OTDR在对端局内反向测试，若起始反射峰较小，足以判断为上述原因。如图十二所示：
图十二：障碍点在对端ODF架成端光纤出现裂缝的曲线轨迹
4.4 显示屏上曲线显示高衰耗点或高衰耗区（光纤障碍点在某接头处或某段光缆）
高衰耗点一般与个别接头部位相对应。它与菲涅尔反射峰明显不同，该点前面的光纤仍然导通，高衰耗点的出现表明该处的接头损耗变大，可打开接头盒重新熔接。高衰耗区表现为某段曲线的斜率明显增大，提示该段光纤衰耗变大，如果必须修理只有将该段光缆更换掉。如图十三所示，A点为高衰耗点，AB段这高衰耗区。
图十三：障碍点在某接头处或某段光缆的曲线轨迹
5、结束语
在实际工作查找光缆线路障碍点，必须根据OTDR测出的障碍点到测试端的距离及测试曲线，并通过上述诊断OTDR测试曲线方法来确定障碍点大致位置，并与原始维护资料进行核对，再结合红光笔等仪表查出障碍点具体位置。若有条件，可以进行OTDR双向测试后再对测试曲线轨迹进行诊断分析，更有利于准确判断障碍点的具体位置。
参考文献：
[1] 通信行业职业技能鉴定指导中心编.线务技师/高级线务技师.北京：北京邮电大学出版社，2008
[2]李立高.光缆通信工程.人民邮电出版社，2004
作者简介：
张维东，男，高级工程师，高级线务技师，1971年10月出生，1993年7月参加工作，现任中国电信股份有限公司重庆网络监控维护中心主任工程师。大学本科学历，毕业于重庆邮电学院，先后从事过微波通信、PHS小灵通、450M村通、光缆线路、光纤传输设备、公话设备、通信电源等维护管理工作。联系方式：18996002016 重庆市渝中区大坪正街3号。
论文作者:张维东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
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