《HP8147A OTDR仪表培训教材》.docx
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《HP8147AOTDR仪表培训教材》
HP8147AOTDR仪表培训教材
一、基本术语
1、光时域反射仪
OTDR是基本的光纤链路安装和维护的测试的工具
OTDR是基本的光纤链路安装和维护工作中的工具。
我们可以使用OTDR实现对光纤链路的单向测试。
OTDR利用其激光光源向被测光纤发送一光脉冲来实现测量。
用户可以对光脉冲宽度这一参数进行选择。
由光纤本身或光纤上各特征点上会有光信号沿光纤反射回OTDR。
反射回的光信号又通过一个定向耦合器耦合到OTDR的接收器并在这里转变成电信号，最终经过分析后在显示器上显示出结果曲线。
OTDR通过测量反射信号与时间的关系进行测试。
时间值乘以光纤传播的速度可以得到距离参数。
这样OTDR就可以显示出反射光信号的相对强度与距离之间的关系曲线。
我们可以根据这一曲线在确定被测光纤中的以下各重要特性：
距离：
被测光纤上各特征点，光纤尾端或断裂处的位置。
损耗：
诸如一个单个熔点或整根光纤端到端的衰耗。
衰减：
反射：
诸如连接器等事件点反射（或回波损耗）的大小。
在光纤的安装施工过程中，人们可以使用OTDR来确各熔接头和活动连接器的损耗足够小，是否存在由于微弯或外力作用于光纤而产生的损耗，以及光纤的全部损耗是否在规定指标之内。
在光纤链路的日常维护过程中，人们可以使用OTDR对光纤链路周期性的进行测试来确认被光纤链路没有产生劣化。
如果发生光纤故障（例如，光缆被切断），人们可以使用OTDR来定位故障点以便进行修复工作。
上图是使用OTDR结一条包含了较常见类型“事件”光纤链路进行测试并显示出测量结果的示意图，在后面的几页中，我们将对这几种类型的事件逐一详述。
2、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。
OTDR不仅对各事件点上的反射光信号，同时也对被测光纤自身的反射光信号进行测试和显示。
由光纤自身反射回的光信号被称为背向散射光。
光信号在延光纤传送的过程中会受到瑞利散射的作用产生衰减。
这种瑞利散射是由于光纤芯子中反射折射率的微小不同引起的。
散射会作用于整根光纤。
瑞利散射将光信号散射向四面八方。
把其中沿原路散射回OTDR的散射称为背向散射。
可以对背向散射进行测量是OTDR的一个十分重要的特性。
因为OTDR正是利用其接收背向散射光强度的变化来衡量被测光纤上各事件的损耗大小。
3、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。
它们在OTDR上有相似的显示结果。
光纤中的熔接头和微弯都会带来损耗；但不会引起反射。
在OTDR的测量结果曲线上，这两种事件会以在背向散射电平上附加一下突然的下降台阶的形式表现出来。
那么在竖轴上的改变即为某一事件的损耗大小。
4、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，它们在OTDR上有相似的显示结果。
活动连接器，机械接头和光纤中的折裂都会同时引起损耗和反射。
损耗的大小同样是由背向电平值的改变量来决定。
反射值（通常以回波损耗的形式表示）是由背向散射上反射峰的幅度所决定的。
5、光纤尾端
光纤的尾端通常有2种情况。
第一种情况是：
如果光纤的尾端是平整的端面或在尾端接有活动连接器（平整，抛光）。
在光纤的尾端就会存在反射率为4%的菲涅尔反射。
第二种情况是：
如果光纤的尾端是破裂的端面。
由于尾端端面的不规则会使光线漫射而不会引起反射。
在这种情况下，光纤尾端的显示信号曲线从背向反射电平简单是降到OTDR噪声底电平下。
虽然破裂的尾端也可能会引起反射，但它的反射峰不会像平整尾端或活动连接器带来的反射峰值那么大。
二、性能参数
在这一节中，我们要对几个决定OTDR性能的关键参数的定义和指标给出相关解释。
1、动态范围
DynamicrangedetermineshowfarintothefiberandhowafeaturetheOTDRcan“see”
我们把初始背向散射电平与噪声底电平的DB差值定义为OTDR的动态范围。
动态范围的大小决定了OTDR可测光纤的最大长度，如果OTDR的动态范围不够大，背向散射信号电平就会小于OTDR本底噪声，这样诸如接头等小特征的观测就会受到影响和防碍。
例如，一个与光纤中部的类似的小熔接点在光纤尾部附近时就有可能成为不可见特征点。
所以，人们总是希望OTDR的动态范围越在越好。
注意有2种不同的动态范围表示方式。
峰值：
这是一种传统的比较有意义的指标表示方式，它取噪声电平的峰值。
在背向散射电平与噪声电平相等时，背向散射信号就成为了不可见信号。
信噪比=1：
这里的动态范围是取噪声电平的均方根值。
对于同样性能的OTDR以这种方式给出的指标比以峰值给出的指标要高出2.0dB左右。
当我们将以峰值方式给出的OTDR动态范围与以SNR=1方式给出的OTDR动态范围进行比较时，我们要把后者的指标值减去2.0dB。
2、大动态范围的需求
全程光纤链路衰耗加上需要的信噪比决定了所需的动态范围（信噪比=1）
熔接衰耗
需要的信噪比
0.1dB
8.5dB
0.05dB
10.0dB
0.02dB
12.0dB
上表给出了观测不同大小损耗接头所需信噪比人值.利用当今的先进技术,人们可以使接头的损耗小于0.1dB.为了对整条光纤所有这些小接头进行有效的观测,人们需要大的动态范围的OTDR。
这里我们选择的是一条端到端损耗为22dB的光纤。
为了对光纤尾部的一个损耗为0.02dB的接头进行有效的测量，我们需要使用一个动态范围为34dB（SNR=1）的OTDR。
3、测量范围
测量范围由精确确定一个最大的衰减事件能力决定。
初始背向散射电平与一定测量精度下可识别事件点所处电平的最大衰减差值被定义为测量范围。
表中给出了几种典型的测量范围与动态范围的关系。
测量范围
与动态范围的一般关系（SNR=1）
熔接衰耗（0.5dB熔接点）
范围-6.0dB
衰减系数
范围-6.0dB
非反射光纤尾端
范围-4.0dB
反射光纤尾端
范围-2.5dB
4、最大测试距离刻度
OTDR的最大距离刻度并不意味着它能测多远的光纤。
将OTDR上的最大距离刻度理解为可测光纤的最长距离是一种常见的错误。
最长可测距离是由动态范围和被光纤的衰减所决定的。
当背向散射信号的电平低于OTDR噪声时，它成为了不可见信号，在此之外的距离刻度只能显示出噪声。
5、盲区或2点分辨率
Adeadzonealwaysoccursatthefront-panelconnectorreflectionandatanyotherreflectiveeventonthelink
动态范围决定了OTDR可测光纤的距离，盲区决定了OTDR测量的精细程度。
我们将由诸如活动连接器和机械接头等特征点产生反射后引起OTDR接收端饱和而带来的一系列“盲点”称为盲区。
不仅OTDR前面板的活动连接器，而且光纤中其它的活动连接器都会引起盲区。
在文件“TR-TSY-000196lssue2”，“GenericCriteriaforOpticalTimeDomainReflectometers”中，贝尔实验室给出了被工业广泛接受的有关盲区的两个定义：
衰减盲区：
从反射峰的起始点到接收器从饱合状态恢复到线性背向散射上0.5dB点之间的距离（贝尔实验室文件建议的指标是0.1dB，但0.5dB是一个更常用的指标值）。
事件盲区：
从反射峰的起始点到接收器从饱合峰值恢复1.5dB之间的距离。
在这点上紧接的第二个反射为可识别反射，但这时损耗和衰减仍为不可测事件。
盲区也被称为OTDR的2点分辨率，因为它决定了2个可测特征点的靠近程度。
对OTDR来说，其盲区越小越好。
6、什么影响动态范围和盲区？
动态范围取决于：
脉宽、平均时间、OTDR设计
盲区取决于：
脉宽、反射大小、OTDR设计
注意有些参数同时影响动态范围和盲区。
通常这意味着我们要在较大动态范围和较小盲区间做出权衡。
7、脉宽怎样影响动态范围和盲区
OTDR发短脉冲时提供更好的盲区性能，但是更小的动态范围；发长脉冲时提供更好的动态范围，但是更长的盲区。
多数OTDR允许用户选择注入被测光纤的光脉冲宽度参数。
辐度相同的较宽脉冲的能量要大于较窄脉冲的能量。
这样，较宽脉冲会产生较大的反射信号（较高的背向散射电平）。
这就是说脉冲宽度越大，OTDR的动态范围也越大。
盲区会随脉冲宽度的宽而变大。
在上面的例子中，一个窄脉冲带来的是较小的盲区，使得光纤中部的两个机械接头被分辨出来，但是由于窄脉冲使得OTDR的动态范围过小，这样对光纤尾部的观测就不够清晰。
选择宽脉冲时OTDR的动态范围足够大使得我们可以对光纤尾部进行清晰有效的观测，但这时OTDR的盲区过长我们分辨不出光纤上的两个机械接头。
这就是为什么用户可以对脉冲宽度进行选择的原因。
如需对靠近OTDR附近的光纤和紧邻事件进行观测时我们要使用窄脉冲，如需对光纤远部进行观测我们要选择宽脉冲。
8、平均时间参数怎样影响动态范围
因为更长的平均时间减小了OTDR的噪声电平，所以增大了测试的动态范围。
OTDR向测光纤反复发送光脉冲。
将每次扫描的曲线进行平均后可得到结果曲线。
这样接收器的随机噪声就会随平均时间的加长得到抑制。
在OTDR的显示曲线上体现为噪声电平随平均时间的增长而下降。
于是动态范围会随平均时间的增长而加大。
在第一分钟的平均时间内，动态范围性能的改善显著。
在接下来的平均时间增加过程中动态范围的改善逐渐变缓。
许多OTDR的动态范围是按贝尔实验室TRTSY-000196中定义的平均时间为3分钟时的指标。
9、OTDR设计
高分辨率OTDR提供小的盲区，但是动态范围也变小。
长距离OTDR提供大的动态范围，但是盲区也变大。
OTDR的设计对OTDR的动态范围和盲区都有很大影响。
OTDR接收器部分的设计是尤其重要的。
通常从OTDR设计角度上存在2类OTDR：
高分辨率优化的OTDR：
这种OTDR的接收器具有宽带接收的特性。
在时域上意味着它的响应速度较快。
这种类型的OTDR盲区较小。
然而，由于接收器的噪声与它的带宽成正比，这种类型OTDR的噪声底电平较高，也就是说它的动态范围较小。
以测量短距离光纤为主的OTDR。
为了获得较小盲区特性通常使用窄脉冲，这样由于背向散射电平虽之降低，同样也会减小OTDR的动态范围。
长距离测试优化的OTDR：
在这种OTDR中为了减小噪声阍电平和增大动态范围，我们对接收器的带宽加以限定。
这样使接收器的响应速度较慢，也就是意味着盲区较大。
以测量长距离光纤为主的OTDR为增加其动态范围常选用宽脉冲，于是其盲区变得更大。
10、距离精确度和一点分辨率
距离精确度取决于时基准确性、抽样距离、折射率设置和光缆因素这四个方面。
距离精度和点的分辨率
OTDR的距离测量精度与以下几个因素有关：
采样间隔：
OTDR对反射信号按一定间隔进行采样（数字化）。
然后再将这些分离的采样点边接起来形成最后显示的测量曲线。
如果将下方框中和各采样点之间用直线连接起来就可以在OTDR上对应显示出的测量曲线。
在这个例子里，上方框图中脉冲的上升沿就是反射的确切位置。
然而，由于采样点的有限精度，这一特定的反射点并没有成为采样点。
最理想的测量情况是在该上升沿处正好为一采样点。
这样由于采样点具体位置的偏差就带来了距离的测量误差。
对这种误差的解决方案通常是加大采样点数量。
然而在进行长距离测量时由于诸如折射率设定偏差等因素引起的距离测量误差会更大。
时钟精度：
在使用OTDR内部晶体时这项影响很小。
折射率：
OTDR是通过对反射信号时间参数进行测量后再按特定的公式来计算出距离参数的。
真空中的光速C为已知，用户必须对折射率n进行输入。
于是折射率参数上1%的偏差就会带来距离测量上1%的误差。
对于长距离测量即使这么小的偏差也会引起显著的误差。
成缆因素：
OTDR测出的光纤长度通常大于其成缆后光缆的长度。
在确定光缆上各点的位置时一定要成缆因素。
11、回波损耗/反射系数
反射系数=－10logP入射/P反射[dB]
回波损耗=+10logPinc/Prefl[dB]
回波损耗（RL）=反射系数（C）－10log（100.2△F－1）[dB]
（通常由OTDR计算出结果）
因为许多激光器会反射信号干扰，所以回波损耗测试是一个重要的参数测试。
当今高速电信科技和CATV中的发射源都是使用光敏感的激光器（如分布反馈式DFB激光器），于是人们就要对光纤链路上各事件点的反射和整条光纤的回波损耗进行测量。
12、性能参数总结
●动态范围：
能测多远的光纤和多小的特性（脉宽↑，平均时间↑）
●盲区（两点分辨率）：
两个事件离得多近（脉宽↓，反射大小↓）
●距离精确度（一点）：
测试的位置多精确（sampledistance,timebaseerror↓IORerror↓,cablingfactorerror↓）
●Long-rangeOTDR:
largedynamicrange,longdeadzone.
●Hi-resOTDR:
shortdeadzone,smalldynamicrange
三、常见问题
1、光纤类型不匹配
你可以使用OTDR去测得更大纤芯直径的光纤的位置信息或断裂位置，但不能用来精确测量衰耗。
如果你使用单模OTDR模块对多模光纤进行测量，或使用一个多模OTDR模块对诸如芯径为62.5m的多模光纤进行测量时，距离（水平）参数或许很精确，但诸如光纤损耗、光纤衰减，接头损耗和回波损耗等垂直参数不正确，这是因为光纤从小芯径的光纤入射到大芯径的光纤时，大芯子不能被入射光线完全充满，于是在损耗参数上引起了误差。
2、增益现象
为得到准确的熔接衰耗，可以从光纤两端分别测量该熔点并取平均值。
伪增益现象
因为接头是无源的，所以它只能引起损耗而不是增益。
由于OTDR对接头损耗的特有测量方式，所以在OTDR测量曲线上我们也常能看到“增益”点。
如果某一特定的接头的测量结果是增益点时，那么不论人们使用什么品牌的OTDR其测量结果都是增益点。
OTDR通过比较接头前后背向散射电平的测量值来对接头的损耗进行测量，接头上的损耗会使接头后的背向散射电平小于接头前的背向散射电平。
然而，如果接头后光纤的散射系数较高时（这时对同样的传送光强会引起较大的背向散射）。
接头后面的背向散射电平就可能大于接头前的背向散射电平，抵消了接头的损耗。
在这种情况下，获得该接头损耗真实值的唯一方法是用OTDR从被测光纤的两端分别对该接头进行测量，并交两次测量结果取平均。
总之，如果某接头在OTDR上测量结果是增益点时，那么该接头的损耗会非常小。
3、用接入光纤消除盲区
只有将引入光纤与被测光纤熔接，才能帮助消除盲区。
包括OTDR前面板上活动连接头产生的反射在内的任何都会引起盲区。
反射会使OTDR的接收器进入饱合状态并一直持续到脉冲过后。
脉冲后沿过后，接收器从饱合状态逐渐恢复会产生一个“尾巴”。
“尾巴”过后，OTDR就可以对光纤的背向散射进行测量。
对于窄脉冲来说，盲区的大小在10米的量级上。
使用过渡光纤后，我们可以将前面板活动连接器产生的盲区控制在过渡光纤上，这样就可以测出被测光纤的最前端。
被测光纤与被测光纤的连接处不产生反射，过渡光纤的接入才有意义。
这只有通过熔接的方法来实现，也就是说你必须配备台熔接机而且被测光纤前端不能在有活动连接器。
如果将过渡光纤用活动连接器连至被测光纤，那么活动连接器会产生另一盲区，不能达到消除盲区的目的。
4、测量第一个连接器的插入损耗与反射系数。
利用一个外部的或者已包含的用活动连接器连接的引入光纤能帮助测得第一个活动连接器的插入损耗和反射系数。
在时为了确定第一个活动连接器是否存在问题需要对其插入损耗和反射系数进行测量。
这时，可以通过外接或在OTDR内部接入过渡光纤来实现对第一活动连接器的测量。
5、光屏蔽方式
光屏蔽方式能减少盲区，但通常运用时非常困难。
掩模光屏蔽是放在OTDR接收器前的一个声电开关。
人们利用它来减小由反射引起的盲区。
为了对小功率的背向散射信号进行有效测量，要求OTDR的接收器于背向电平十分灵泛。
但反射值常高50多dB，这样就会使接收器进入饱合状态。
盲区的大小是由接收器由饱合状态恢复到背向散射电平所需时间所决定。
掩模（光屏蔽）的概念是指在反射峰（无论是前面板活动连接器或光纤链路上的活动连接器产生的反射峰）期间屏蔽接收的光信号。
这样就可使接收器永远也不会进入饱合状态，于是其恢复时间较快，盲区较小。
当掩模激活时，在OTDR的显示掩模也会引起一个小的盲区。
通常采用掩模OTDR的衰减盲区会显著减小。
然而只有采用手动而不是自动的方式来触发时才能达到最佳效果，这也是它的一个主要缺点。
通常即使一个经验丰富的使用者也需要花费大量时间修正其操作才能达到最佳效果。
这包括给被掩模的反射峰做一标识、再进行测量，然后调整标识，接着再进行一次测量，反复进行上述步骤，一直到取得较好的结果为止。
这显然是非常费时，乏味的。
目前虽然也存在自动掩模，但通常盲区会更差。
6、在OTDR中常用的连接器类型
在OTDR中采用表面接触的斜角的连接器能减小盲区。
活动连接器包括抛光与否与活动连接器的类型（FC，ST，SC等）无关。
垂直，非接触型：
这种活动连接器的端面是与光纤轴线垂直的抛光平面。
这意味光纤的端面是垂直的，并且连接器内存在一个空气间隔。
这时的反射率为4%即回损为14.6dB，这种情况下指标最坏。
垂直，接触型（PC）：
空气缝隙
（垂直）
表面接触
（垂直）
表面接触
（倾斜）
最差的回损
＜14dB（菲涅尔反射）
好的回损
＞30dB
最好的回损
＞70dB
常见的多损光纤连接器
常见的单损光纤连接器
在高速通信和有线电视中应用
四、HP8147OTDR介绍
1、TheHP8147OTDR
（1）简便易用
单键测试模式，2个用户等级，本地化（汉化），简便模式所有这些特性使得无论用户的OTDR使用经验如何都可对之进行简便有效操作。
（2）标准化的测量和文档
简便模式允许对测量过程进行编程并以简单的按键触发其测量过程。
（3）重量轻/体积小
只有9公斤重，体积更小使得携带更加方便。
（4）性能和精确度
优质的性能和特性使得接头损耗、距离测量和回损的测量精度大大改善。
（5）灵活性
模块化，更易升级，可通过不同配置适应不同用户的需求，而且为今后的升级留有广阔余地。
（6）在线分析
提供所有在线分析（双向测量，相减）的能力。
1310nm
1550nm
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15db
100ns
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28db
27db
10us
35db
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