摘要： 文章从高速公路工程检测的角度，研究了光缆衰耗的检测方法，对测试过程中关键参数的设置及影响进行剖析，并提出解决方案。
关键词： 光缆衰耗 检测方法
当前，通信系统是高速公路现代化管理的支撑系统，通信业务可为道路的安全通行、高效运输、科学管理、优质服务提供可靠、快速的信息传输手段。[1]而通信光缆是通信系统的主要传输媒介与神经，是通信系统运行的基础，担任着高速公路机电系统中视频、数据、语音及网络等信息的传输介质。因此，通信光缆质量的好坏将直接影响到高速公路运营使用的效果。[2]本文主要对光缆衰耗的检测方法进行研究与探讨。
1 检测使用的仪器
进行光缆检测，一般使用光时域反射计OTDR（Optical Time Domain Reflectometer），它是表征光纤传输特性的测试仪器。此仪器主要用于测试整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，具体表现为探测、定位和测量光纤链路上任何位置的事件（事件是指因光纤链路中熔接、连接器、弯曲等形成的缺陷，其光传输特性的变化可以被测量）。OTDR同时还具备测试的非破坏性、单端测试及直观快速等优点。[3]
2 检测方法
使用OTDR检测时，应注意被测光纤本身应没有光业务。一般具备自动测试和手动测试两种模式。自动测试模式虽然操作简便，但是在超短距离和超长距离的测试中，自动测试对事件点的判断和定位就未必准确，可能会出现误判、漏判的现象。有时同样一根光纤，先后多次自动测试的结果可能不一致，同时自动测试模式的误差也相对较大。因此建议最好采用手动测试模式。手动测试模式要求检测人员根据被测光纤实际情况选择合适的测试参数，如距离量程、工作波长、脉冲宽度、光纤群折射率、平均次数等。测试参数选择的恰当与否直接影响测试结果的精确度。这就要求检测人员在对光纤进行测试前，充分理解设计文件中对光缆线路的配盘情况，以及光缆出厂检验报告中各参数的详细信息。
首先在通信机房的熔纤盘处，用一根单模尾纤将OTDR与待测备纤连接起来。然后开启OTDR，并对下列参数进行设置：
（1）激光：选择测试激光的波长，测试波长一般遵循与系统传输通信波长相对应的原则，即系统开发1310波长，则测试波长也设置为1310nm。
（2）模式：设置为手动测试模式。
（3）脉冲：选择测试激光的脉冲宽度，主要取决于被测光纤的长度，当需要测试长距离的光纤时，尽量选用较大脉宽；而若要测试短距离光纤，则最好选择较小脉宽。这是因为在链路中存在传播损耗（即衰减、连机器、熔接等），而脉冲越短，携带的能量就越少，传播的距离就越短。如果脉冲太短，在到达光纤末端前便丢失了能量，使背向散射级别变得很低，甚至低于噪声下限级别致使信息丢失，这样会导致返回的光纤距离末端远短于实际的光纤长度，而无法测量完整链路。反之，长脉冲携带的能量高出很多，可以在非常长的光纤中使用。但是由于脉宽的大小还决定了空间分辨率，盲区会随着脉冲宽度的增加而变大。所以测试时，在满足测试距离的情况下，尽量选择小脉宽会得到事件点更准确的结果。
（4）范围：测量范围是指OTDR获取数据取样的最大距离，若设置的不合适，会不利于观测，还会出现二次反射峰，所以最佳测量范围为待测光纤长度的1.5～2倍之间。
（5）分辨率：采样分辨率定义为“仪器所要求的两个连续采样点之间的最小距离”。此参数很重要，因为它定义了最终的距离精度以及OTDR故障查找的能力。因此，为了保持最佳分辨率，必须在取样期间取得更多采样点。采样分辨率的可选值取决于前面测量范围的设置，距离越短，分辨率越小。
（6）探测时间：由于后向散射光信号极其微弱（大约每米100光子），一般采用统计平均的方法来提高信噪比，探测时间越长，信噪比越高。理论上，探测时间（或次数）对信噪比的改善可用公式1表示：
（公式1）
其中SNIR代表动态增益，N代表平均次数。例如，3分钟的获取将比1分钟的获取提高0.8dB的动态。但超过10分钟的获取时间对信噪比的改善并不大。一般探测时间不超过3分钟。
（7）光纤参数的设置：包括折射率n和后向散射系数h的设置。折射率参数与距离测量有关，后向散射系数则影响反射和回波损耗的测量结果。这两个参数通常由光纤生产厂家给出，如果查看出厂检验报告后对光纤参数仍有不清楚的地方，一般按照表1给出的折射率和后向散射系数可以得到较为准确的距离和回损测量结果。
表1 折射率、散射系数与波长的一般对应关系
设置好上述各项参数后，按“START”键开始进行测试，OTDR即可发送光脉冲并接收由光纤链路散射和反射回来的光，每隔一定的时间（取决于采样分辨率）就对光电探测器的输出取样，所有取样点的连线通过平滑处理构成了该光纤链路的OTDR曲线。取样结束后，OTDR自动探测和测量所有事件、段和光纤终结，并以图形和列表的形式给出测量结果。最后计算得出单模光纤接头衰耗平均值和中继段单模光纤总衰耗。
3 检测注意事项
（1）折射率与散射系数的校正
就光纤长度测量而言，折射系数每0.01的偏差会引起7m/km之多的误差，对于较长的光纤段，应采用光缆制造商提供的折射率值。如果折射率系数未知，但一段相同种类光纤的长度已知，那么可以将光标放在已知长度的光纤末端，并调整折射率系数直至测得的两点距离符合已知距离，则折射率系数就可以计算出来了。如果需要精确测量光纤段的回波损耗或连接器的反射，需采用光缆制造商提供的散射系数值。若散射系数未知，但在一条类似的光纤中也存在反射且回波损耗已知，那么相应的散射系数可以通过下述方法获得：对已知反射进行回波损耗测量，调节散射系数直至测量的回损值符合已知的回损值。需要注意的是，当将距离测量和以前对同一光纤段的测量进行比较时，应使用同一个折射率系数；当把一个回损测量值与先前对同一光纤连接所测的回损值进行比较时，应使用同一个散射系数。
（2）熔接点损耗的处理
光纤芯径和相对折射均不同时（即两种品牌或批次的光纤熔接），不仅会造成熔接损耗增加，还会造成OTDR两个方向（A端到B端或B端到A端）的测量值相差甚远。因为小模场直径光纤传导后向散射光的能力比大模场直径的能力强，所以当这两种直径的光纤熔接时，若从小模场直径光纤向大模场直径光纤方向测试，熔接损耗可能是负值；反之，则出现高损耗值。这是一种表象，是由不同模块直径对后向散射光传导能力不同所造成测量方法的缺陷，并非熔接点的实际损耗。故只有从两个不同方向测试并取平均值后，所得损耗才是熔接点的真实损耗。
4 结语
本文详细研究了通信光缆衰耗的检测方法，该方法便捷、有效，对确保检测数据的准确、公正，提高检测工作质量和效率有积极的意义，值得高速公路施工、监理和检测单位在工程质量鉴定过程中借鉴和参考。
参考文献：
1 邓忠礼.光同步数字传输系统测试[M].北京：人民邮电出版社，2001.
2 翁小熊.高速公路机电系统[M].北京：人民交通出版社，2000.
3 赵详模，关可，靳引利.高速公路通信设施理论及应用.北京：电子工业出版社，2003.
作者简介：陶圆博，男，1985年出生，陕西西安人，毕业于西安电子科技大学，硕士研究生，工程师，目前主要从事高速公路机电工程交竣工验收检测及相关方向的研究工作，近年来参与并完成了陕西、江苏、宁夏、甘肃等省几十条高速公路机电工程的交竣工验收检测任务。
论文作者:陶圆博
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/17
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