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otdr性能参数中,动态范围的表示方法有哪些

来自:网络    日期:2019-08-19

OTDR OTDR的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer,中文意思为光时域反射仪。OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表,它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中,可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。
OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内,然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时,会由于光纤本身的性质,连接器,接合点,弯曲或其它类似的事件而产生散射,反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量,它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间,再确定光在玻璃物质中的速度,就可以计算出距离。
从发射信号到返回信号所用的时间,再确定光在玻璃物质中的速度,就可以计算出距离。以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离的。
d=(c×t)/2(IOR)
在这个公式里,c是光在真空中的速度,而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间(两值相乘除以2后就是单程的距离)。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢,所以为了精确地测量距离,被测的光纤必须要指明折射率(IOR)。IOR是由光纤生产商来标明。
OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减(损耗/距离)程度。形成的轨迹是一条向下的曲线,它说明了背向散射的功率不断减小,这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。
给定了光纤参数后,瑞利散射的功率就可以标明出来,如果波长已知,它就与信号的脉冲宽度成比例:脉冲宽度越长,背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关,波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。
在高波长区(超过1500nm),瑞利散射会持续减小,但另外一个叫红外线衰减(或吸收)的现象会出现,增加并导致了全部衰减值的增大。因此,1550nm是最低的衰减波长;这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然,这些现象也会影响到OTDR。作为1550nm波长的OTDR,它也具有低的衰减性能,因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长,OTDR的测试距离就必然受到限制,因为测试设备需要在OTDR轨迹中测出一个尖锋,而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。
瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减(损耗/距离)程度。
菲涅尔反射是离散的反射,它是由整条光纤中的个别点而引起的,这些点是由造成反向系数改变的因素组成,例如玻璃与空气的间隙。在这些点上,会有很强的背向散射光被反射回来。因此,OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点,光纤终端或断点。
OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号,然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行,然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示,这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱。
OTDR中测试仪表中的几个参数
测试距离、脉冲宽度、折射率、测试光波长、平均值、动态范围、死区、“鬼影”下面简单介绍上面各个参数(术语)代表的意义测试距离:由于光纤制造以后其折射率基本不变,这样光在光纤中的传播速度就不变,这样测试距离和时间就是一致的,实际上测试距离就是光在光纤中的传播速度乘上传播时间,对测试距离的选取就是对测试采样起始和终止时间的选取。测量时选取适当的测试距离可以生成比较全面的轨迹图,对有效的分析光纤的特性有很好的帮助,通常根据经验,选取整条光路长度的1.5-2倍之间最为合适。
从发射脉冲到接收到反射脉冲所用的时间,再确定光在光纤中的传播速度,就可以计算出距离。以下公式说明测量距离
c:光在真空的速度
t:脉冲发射到接收的总体时间(双程)
IOR:光纤的折射率
脉冲宽度:可以用时间表示,也可以用长度表示,很明显,在光功率大小恒定的情况下,脉冲宽度的大小直接影响着光的能量的大小,光脉冲越长光的能量就越大。同时脉冲宽度的大小也直接影响着测试死区的大小,也就决定了两个可辨别事件之间的最短距离,即分辨率。显然,脉冲宽度越小,分辨率越高,脉冲宽度越大分辨率越低。如图所示:
折射率就是待测光纤实际的折射率,这个数值由待测光纤的生产厂家给出,单模石英光纤的折射率大约在1.4-1.6之间。越精确的折射率对提高测量距离的精度越有帮助。这个问题对配置光路由也有实际的指导意义,实际上,在配置光路由的时候应该选取折射率相同或相近的光纤进行配置,尽量减少不同折射率的光纤芯连接在一起形成一条非单一折射率的光路。
测试光波长的就是指OTDR激光器发射的激光的波长,波长越短,瑞利散射的光功率就越强,在OTDR 的接收段产生的轨迹图就越高,所以1310的脉冲产生的瑞利散射的轨迹图样就要比1550nm产生的图样要高。但是在长距离测试时,由于1310nm衰耗较大,激光器发出的激光脉冲在待测光纤的末端会变得很微弱,这样受噪声影响较大,形成的轨迹图就不理想,宜采用1550nm作为测试波长。在高波长区(1500nm以上),瑞利散射会持续减少,但是一个红外线衰减(或吸收)就会产生,因此1550nm就是一个衰减最低的波长,因此适合长距离通信。所以在长距离测试的时候适合选取1550nm作为测试波长,而普通的短距离测试选取1310nm为宜,视具体情况而定。
平均值:是为了在OTDR形成良好的显示图样,根据用户需要动态的或非动态的显示光纤状况而设定的参数。由于测试中受噪声的影响,光纤中某一点的瑞利散射功率是一个随机过程,要确知该点的一般情况,减少接收器固有的随机噪声的影响,需要求其在某一段测试时间的平均值。根据需要设定该值,如果要求实时掌握光纤的情况,那么就需要设定平均值时间为0,而看一条永久光路,则可以用无限时间。
动态范围:它表示后向散射开始与噪声峰值间的功率损耗比。它决定了OTDR所能测得的最长光纤距离。如果OTDR的动态范围较小,而待测光纤具有较高的损耗,则远端可能会消失在噪声中。目前有两种定义动态范围的方法:
1、 峰值法:它测到噪声的峰值,当散射功率达到噪声峰值即认为不可见。
2、 SNR=1法:这里动态范围测到噪声的rms电平为止,对于同样性能的OTDR来讲,其指标高于峰值定义大约2.0db。(图)
后向散射系数:如果连接的两条光纤的后向散射系数不同,就很有可能在OTDR上出现被测光纤是一个增益器的现象,这是由于连接点的后端散射系数大于前端散射系数,导致连接点后端反射回来的光功率反而高于前面反射回的光功率的缘故。遇到这种情况,建议大家用双向测试平均趣值的办法来对该光纤进行测量。
死区:死区的产生是由于反射淹没散射并且使得接收器饱和引起,通常分为衰减死区和事件死区两种情况。
1、 衰减死区:从反射点开始到接收点回复到后向散射电平约0.5db范围内的这段距离。这是OTDR能够再次测试衰减和损耗的点。
2、 事件死区:从OTDR接收到的反射点开始到OTDR恢复的最高反射点1.5db一下的这段距离,这里可以看到是否存在第二个反射点,但是不能测试衰减和损耗。如图所示
鬼影:它是由于光在较短的光纤中,到达光纤末端B产生反射,反射光功率仍然很强,在回程中遇到第一个活动接头A,一部分光重新反射回B,这部分光到达B点以后,在B点再次反射回OTDR,这样在OTDR形成的轨迹图中会发现在噪声区域出现了一个反射现象。如下图所示(红色为一次反射,绿色为二次反射)

OTDR OTDR的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer,中文意思为光时域反射仪。OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表,它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中,可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。
OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内,然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时,会由于光纤本身的性质,连接器,接合点,弯曲或其它类似的事件而产生散射,反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量,它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间,再确定光在玻璃物质中的速度,就可以计算出距离。
从发射信号到返回信号所用的时间,再确定光在玻璃物质中的速度,就可以计算出距离。以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离的。
d=(c×t)/2(IOR)
在这个公式里,c是光在真空中的速度,而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间(两值相乘除以2后就是单程的距离)。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢,所以为了精确地测量距离,被测的光纤必须要指明折射率(IOR)。IOR是由光纤生产商来标明。
OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减(损耗/距离)程度。形成的轨迹是一条向下的曲线,它说明了背向散射的功率不断减小,这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。
给定了光纤参数后,瑞利散射的功率就可以标明出来,如果波长已知,它就与信号的脉冲宽度成比例:脉冲宽度越长,背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关,波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。
在高波长区(超过1500nm),瑞利散射会持续减小,但另外一个叫红外线衰减(或吸收)的现象会出现,增加并导致了全部衰减值的增大。因此,1550nm是最低的衰减波长;这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然,这些现象也会影响到OTDR。作为1550nm波长的OTDR,它也具有低的衰减性能,因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长,OTDR的测试距离就必然受到限制,因为测试设备需要在OTDR轨迹中测出一个尖锋,而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。
瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减(损耗/距离)程度。
菲涅尔反射是离散的反射,它是由整条光纤中的个别点而引起的,这些点是由造成反向系数改变的因素组成,例如玻璃与空气的间隙。在这些点上,会有很强的背向散射光被反射回来。因此,OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点,光纤终端或断点。
OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号,然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行,然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示,这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱。
OTDR中测试仪表中的几个参数
测试距离、脉冲宽度、折射率、测试光波长、平均值、动态范围、死区、“鬼影”下面简单介绍上面各个参数(术语)代表的意义测试距离:由于光纤制造以后其折射率基本不变,这样光在光纤中的传播速度就不变,这样测试距离和时间就是一致的,实际上测试距离就是光在光纤中的传播速度乘上传播时间,对测试距离的选取就是对测试采样起始和终止时间的选取。测量时选取适当的测试距离可以生成比较全面的轨迹图,对有效的分析光纤的特性有很好的帮助,通常根据经验,选取整条光路长度的1.5-2倍之间最为合适。
从发射脉冲到接收到反射脉冲所用的时间,再确定光在光纤中的传播速度,就可以计算出距离。以下公式说明测量距离
c:光在真空的速度
t:脉冲发射到接收的总体时间(双程)
IOR:光纤的折射率
脉冲宽度:可以用时间表示,也可以用长度表示,很明显,在光功率大小恒定的情况下,脉冲宽度的大小直接影响着光的能量的大小,光脉冲越长光的能量就越大。同时脉冲宽度的大小也直接影响着测试死区的大小,也就决定了两个可辨别事件之间的最短距离,即分辨率。显然,脉冲宽度越小,分辨率越高,脉冲宽度越大分辨率越低。如图所示:
折射率就是待测光纤实际的折射率,这个数值由待测光纤的生产厂家给出,单模石英光纤的折射率大约在1.4-1.6之间。越精确的折射率对提高测量距离的精度越有帮助。这个问题对配置光路由也有实际的指导意义,实际上,在配置光路由的时候应该选取折射率相同或相近的光纤进行配置,尽量减少不同折射率的光纤芯连接在一起形成一条非单一折射率的光路。
测试光波长的就是指OTDR激光器发射的激光的波长,波长越短,瑞利散射的光功率就越强,在OTDR 的接收段产生的轨迹图就越高,所以1310的脉冲产生的瑞利散射的轨迹图样就要比1550nm产生的图样要高。但是在长距离测试时,由于1310nm衰耗较大,激光器发出的激光脉冲在待测光纤的末端会变得很微弱,这样受噪声影响较大,形成的轨迹图就不理想,宜采用1550nm作为测试波长。在高波长区(1500nm以上),瑞利散射会持续减少,但是一个红外线衰减(或吸收)就会产生,因此1550nm就是一个衰减最低的波长,因此适合长距离通信。所以在长距离测试的时候适合选取1550nm作为测试波长,而普通的短距离测试选取1310nm为宜,视具体情况而定。
平均值:是为了在OTDR形成良好的显示图样,根据用户需要动态的或非动态的显示光纤状况而设定的参数。由于测试中受噪声的影响,光纤中某一点的瑞利散射功率是一个随机过程,要确知该点的一般情况,减少接收器固有的随机噪声的影响,需要求其在某一段测试时间的平均值。根据需要设定该值,如果要求实时掌握光纤的情况,那么就需要设定平均值时间为0,而看一条永久光路,则可以用无限时间。
动态范围:它表示后向散射开始与噪声峰值间的功率损耗比。它决定了OTDR所能测得的最长光纤距离。如果OTDR的动态范围较小,而待测光纤具有较高的损耗,则远端可能会消失在噪声中。目前有两种定义动态范围的方法:
1、 峰值法:它测到噪声的峰值,当散射功率达到噪声峰值即认为不可见。
2、 SNR=1法:这里动态范围测到噪声的rms电平为止,对于同样性能的OTDR来讲,其指标高于峰值定义大约2.0db。(图)
后向散射系数:如果连接的两条光纤的后向散射系数不同,就很有可能在OTDR上出现被测光纤是一个增益器的现象,这是由于连接点的后端散射系数大于前端散射系数,导致连接点后端反射回来的光功率反而高于前面反射回的光功率的缘故。遇到这种情况,建议大家用双向测试平均趣值的办法来对该光纤进行测量。
死区:死区的产生是由于反射淹没散射并且使得接收器饱和引起,通常分为衰减死区和事件死区两种情况。
1、 衰减死区:从反射点开始到接收点回复到后向散射电平约0.5db范围内的这段距离。这是OTDR能够再次测试衰减和损耗的点。
2、 事件死区:从OTDR接收到的反射点开始到OTDR恢复的最高反射点1.5db一下的这段距离,这里可以看到是否存在第二个反射点,但是不能测试衰减和损耗。如图所示
鬼影:它是由于光在较短的光纤中,到达光纤末端B产生反射,反射光功率仍然很强,在回程中遇到第一个活动接头A,一部分光重新反射回B,这部分光到达B点以后,在B点再次反射回OTDR,这样在OTDR形成的轨迹图中会发现在噪声区域出现了一个反射现象。如下图所示(红色为一次反射,绿色为二次反射)











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