使用OTDR进行光缆故障定位的精确性研究

使用OTDR进行光缆故障定位的精确性研究

Investigation of Using OTDR to Detect Accurate Cable Fault

刘应强LiuYingqiang

摘要：在光缆承载巨大信息量的今天，如何快速而准确地定位光缆故障，是任何电信运营商提高服务质量（QoS）所不可回避的话题。本文将重点讨论使用OTDR进行精

确光缆故障定位的具体方法，并对其误差的数学模型进行分析。

关键词：OTDR、故障定位、测试精度、误差

Abstract：Now optical cables can carry numerous traffic flows of information. So it’s very important for operators to find out cable fault fast and accurately. It’s also a key to

improve their QoS level. This article mainly discusses the methods of how to detect

cable fault by OTDR and analyses the mathematic models of the error value.

Key Words: OTDR, Fault Location, Test Accuracy, Error Value

一、前言

许多从事光缆维护的技术人员在使用OTDR进行故障定位时，经常会遇到这样一个问题：即使光纤纤长的测试很准确，但到现场处理光缆故障时会发现实际的故障点与理论值之间有很大的距离误差。现场工程人员往往会耗费大量的人力物力在较长距离范围的光缆上寻找故障点，尤其对于直埋光缆和管道光缆，其工作量之大是显而易见的。

下面我们将首先讨论如何使用OTDR进行精确的纤长测试，并介绍OTDR的参数设置对纤长测试精度的影响。其次，我们将讨论如何将纤长值转换成实际光缆的长度，同时了解光缆余长和缆标误差对故障定位的影响。最后，我们通过系统误差的计算，将给出光缆故障定位的具体建议。

二、如何进行精确的纤长测试

纤长测试是OTDR最主要的功能之一。因为光时域反射计是采用背向反射的原理来设计的，故我们可根据光纤纤长公式：

L=cT/2n

（其中c为真空中的光速，n为光纤纤芯折射率，T为光波来回一趟传播的时间）

光纤群折射率的设置是否准确对纤长测试的影响较大。该折射率值由光纤生产厂家给出，另外不同厂家的OTDR其距离的算法也略有不同。NetTest公司的CMA4000i 型OTDR的纤长测试距离误差由以下的三个因素构成：

0.000025％?测试距离± OTDR距离分辨率±光纤折射率引起的误差

下面我们通过一个例子来说明光纤群折射率对纤长测试的影响：假设被测光纤在距离测试点120km处断开，若用NetTest公司的CMA4000i 型OTDR进行测试，在此距离范围内若采样点为32,000点，其距离分辨率为8m。我们将光纤群折射率的误差值取为0.001（因为操作者设置折射率时往往在1.467～1.468之间变动）：?＝0.000025％?120,000m + 8m + 120,000m? 0.001/1.467＝100.8m

其中折射率所带来误差为81.8m，约占总误差的81.15％。

通过上面的例子我们可以理解折射率设置对光纤纤长测试是非常重要的。

同时操作人员在使用OTDR时，因为取点和脉冲宽度所带来的误差也是不可避免的。对于发射事件，取点位置应在曲线陡升的起点；对于非反射事件，取点位置应在曲线陡降的起点。在测试时应将故障点处的曲线放大后再确定精确的故障点位置。如图一所示。

图一、故障点放大后取点

理论上讲，对于同一段光纤，脉冲宽度越大，距离测试误差就越大。但是若脉冲宽度很小，则不能精确识别光纤末端与噪声电平的界线。操作人员应根据实际情况选

择适当的脉冲宽度，原则是在保证能识别光纤末端的情况下，尽可能地小地设置脉冲宽度。如图二所示。

图二、在保证能识别光纤末端的情况下，尽可能小地设置脉冲宽度

三、光缆现场故障点的定位

上面我们介绍了如何使用OTDR准确测量光纤长度的几个要点，这是远远不够的。对于复杂的现场故障定位，我们必须把光纤的长度折换成实际光缆的长度才有意义。

为了考虑光缆敷设时的拉伸以及光缆安装后热胀冷缩，光纤在成缆的过程中都会设定余长，即光纤比光缆要长一些。不同结构的光缆（如层绞式光缆和中心束管式光缆）其光纤余长是不同的。假设故障点离测试点的纤长是100 km，光纤余长值为

6％，那么实际故障点光缆长度应为100km ?（1 - 6％）＝94 km。可见光纤余长对准确光缆故障定位的影响是很大的。所以光缆维护人员在进行故障定位前，应向光缆生产厂家询问该型号光缆的光纤余长值。

注意，进行光缆故障定位时，测试点离故障点的距离应尽可能地缩短。首先，我们在远端进行光纤测试时，应该判断故障点位于哪两个光缆接头点之间。如果条件允许，我们可以到最近或比较近的接头点处将光纤断开，待测试结束后再恢复。因为这样能最近、最准确地测试光纤故障点的位置。

当把光纤长度折换成光缆长度后，我们应观察测试点或接头点的光缆长度标记。

如故障点距离测试点的纤长为2.497km，则光缆长度为2.497?（1 - 6％）＝2.347 km，

假设缆标的起始值为0036m，那么故障点的缆标值应为2347m + 0036m ＝2383m。注意：光缆在工厂印字的时候，因为印字机也有误差，故缆标值也是有误差的。

根据上面例子的计算，我们在到达现场后，就可以在缆标值为2503m前后几米的光缆范围内手工寻找光缆故障点了。

实践证明，经验丰富的技术人员，在所有步骤计算准确的前提下，可以将光缆故障定位的误差缩小到几米的范围内。这样能节约大量的人力物力，并能在较短的时间内处理故障，从而将传输中断所带来的损失减少到最小。

下面我们再讨论一下使用OTDR进行光缆故障定位的一下小窍门。当我们用仪表测试到光缆中几乎所有的光纤都断掉以后，经验会告诉我们，可能是光缆在外力作用下被剧烈破坏。而当我们测得光缆中的光纤并非全部断开，而是部分光纤曲线在某一点（非接头点）有较大台阶时，我们可以考虑故障原因可能是光缆敷设工程中有“背扣”的现象。当测得光纤接头点的损耗大于0.5dB时，我们应该排除该损耗是熔接造成的，应该考虑是否光缆在接头盒内弯曲半径太小或者光缆在开剥束管有损伤。

另外，笔者曾经还遇到过一个比较极端的例子。在对一段架空光缆（型号为GYTY）进行测试时，发现16芯的光缆仅有一芯光纤在某一点断掉，而其余15芯光纤完好无损。当笔者确定了具体位置并赶到现场时，用望远镜观测光缆外护套并无明显损伤。当把该段架空光缆放至地面用手触摸故障点附近的外护套时，笔者发现一处枪眼。原来是光缆被高压气枪子弹击中，但较小的弹头仅伤及束管中某一芯光纤。

四、小结

OTDR是进行光缆故障定位的一种快速手段。它采用背向散射技术能够较准确地测试光纤长度和衰耗值。仪表的设置不当和操作人员的计算失误，是进行光缆故障定位时误差产生的主要原因。

使用OTDR进行光缆故障定位时，我们应考虑多方面因素，在准确测试纤长的同时，要将光纤长度正确地折算成光缆的长度，同时应将整个过程中的误差因素都考虑进去。这样才能尽快地确定故障点，以缩短处理故障的时间，从而将运营商的损失减小到尽可能的范围内。

参考文献

https://www.360docs.net/doc/e515039525.html,Test公司编著“Understanding OTDRs”

https://www.360docs.net/doc/e515039525.html,Test公司编著“Fiber Optic Basics”

3.章俊发编“光纤通信原理”

4.赵梓森“单模光纤通信系统原理”

5.Siemens公司编著“Optical Fiber Cables”