[建筑]工程中光纤故障的分析与处理.doc

998年12月第月期邮电设计技术I)。s:grlxng泛甲!z，21(一、ze、ofPosrsandlcleeom;nunieationsI无e.1998No.12.设计施工维护工程中光纤故障的分析与处理王立宣彭云贵摘要:介绍了光纤的衰减特性、实际工程中光纤故障的分析与处理，以及利用光时域反射仪()fDR)测试判断光纤故障的原因。关键词:光纤故障光纤衰减光纤传输系统光时域反射仪()fl)R)引言光纤通信以其大容量、抗干扰、保密等特点被大员应用厂各行各业的通信领域，在电信部门的应用则更为J一泛为了保证光缆线路的安全运行，快速准确地排除光缆故障就显得尤为重要，本文就多次利川光时域反射仪()TDR)测试光纤故障点的体会进行如卜.叙述。一、光纤衰减特性根据G.6兑建议.在1310nnl波长附近具有零色散波长，应用于1刘()t)m波长区域的、最优化的单模光纤称为】3l()nnl性能最佳的单模光纤，即(于.652光纤，此类光纤也可应用于l陇。，、m波长区域.但这个波长的光纤色散不是最优化的。日前，国内通信系统主要采用此类光纤。根据“.653建议.在155。，:nl波长附近具有零色散波长，应用于1550，lm一1600，。m波长区域的、最优化单模光纤称为15沁nm性能最佳的单模光纤或色散位移单模光纤.即(1.653光纤.其主要应用于同步数字系列网中大容量、高速率、超长距离传输系统根据G.654建议，在1310nm波长附近具有零色散波长，而在155onm附近波长损耗最小的单模光纤，称为G.654光纤。其主要应用于中继段较长的海底、沙漠光缆传输系统。目前、所用光纤为石英系光纤，石英系光纤的传输衰减特性是在1310nm，1550nm波长附近衰减较小，然后随着波长增加急剧增加。光在光纤内发生衰减的主要原因是瑞利散射现象，这种瑞利衰减起因于分子密度的波动，除此以外还有在红外、紫外区域玻璃的固有吸收，杂质(OH离子和过渡金属离子)吸收以及光纤结构不完善所产生的辐射和散射等原因所致。以上统称为光纤本身固有的衰减特性。在光纤传输系统中所关心的是中继段内的衰减特性。主要衰减包括:光纤本身的固有衰减、光纤的弯曲衰减、光纤的接续损耗(熔接头、活接头损耗)及断纤。二、光纤传输系统故障的分析在光纤传输系统中，当光信号在光缆线路中的衰减超过传输设备的允许值时，就会产生误码，影响王立宣邮电部设计院(邮码:450007)助理工程师彭云贵邮电部设计院(邮码:4:。7)工程师第12期王立宜彭云贵:工程中光纤故障的分析与处理通信质量，甚至中断通信。光纤本身固有衰减的减小是通过改善光纤材料和结构来实现的，在光纤传输系统中要解决的是光纤的弯曲衰减、光纤的接续损耗(熔接头、活接头损耗)，以及断纤所带来的问题，下面分别介绍它们产生的机理及在OTDR上所表现的特征曲线和整治方案。1.光纤的弯曲衰减(l)在光缆敷设和连接过程中，当光缆的曲率半径小于光纤的容许曲率半径时产生的衰减.称弯曲衰减。在OTDR上所表现的特征曲线是衰减坎较小。光纤的弯曲衰减在不同波长上所表现的特点是不一样的，其特性曲线在波长1400nm以后呈显著增加趋势(如图1所示)。成的。范目.你冲宽度卜，00k.，.拌.该优化公式光奸找目，覆凳11111.，L.444【，_山白_涪_姆亩碑_币_滚_二_滚_.宋_洲洲洲火火三iii一剪二、，;兰:iiiii，;于于于节节节节节”寸明呻一妇，:、三、凡、泣卜卜。口.，o一，oo一In.扣NNN位皿.B位且.-.间距.网点浪拍.图ZYt之0，k.的.1，k.42llk.氏，SS翻八.S中继段26#光纤1310nm波长衰减曲线图日加1侧洲，12的彼长14的(回1600圈1光纤的弯曲衰减特性曲线11111.，.;吸吸吸于叹二二一一一一J卜-一十-一亡一卜一中-:-一声一于一了一中-一勺勺勺二二二二二-一-一-一，一卜-一iiiii:-一兮.卜一卜一卜飞一卜一t-、:、，曰，.、JJJJJ111自d叫知vo一100一，。.m加Ivvv使用具有13lonnl，155onm波长的OTDR，用1310nm波长测试时，无明显衰减点;而用1550nm波长测试时，可能出现明显衰减点。这就是说.在测试光缆线路衰减故障时，要对其1310nm，1550nm两个波长的测试结果进行比较分析。以实际事例分析。测试某光缆线路Y一S中继娇段的第26#光纤，当用1310nm波长窗口测试时，衰减特性曲线及事件表均无异常现象(如图2所示);但当用1550nm波长窗口测试时，在衰减特性曲线及事件表中有2处异常现象(如图3所示)，即在衰减特性曲线上有两处明显的衰减坎，在事件表中查出这两处衰减点的衰减值分别为0.777dB和1.031dB。这两处衰减点就是光缆的弯曲衰减所造圈3Y一S中继段26#光纤1550nm波长衰减曲线图(2)由于光纤受到不均匀应力的作用，光纤轴产生微小的不规则弯曲，使传导模变换为辐射模而导致光能的损失，称为微弯损耗。当光缆从侧面受到挤压时，易导致光纤的微弯损耗.其损耗泊可高达几个分贝甚至十几个分贝。由千二:，一仁力使光纤产生弯曲，其结果是光纤虽不断裂，但表现出光损耗大幅度增加。此时OTDR测试故障光纤时，在13lonm和155onm波长上都有非常明显的衰减点，对比发现，1550nm波长的衰减大于1310nm波长的衰减。以实际事例分析。测试某光缆线路R一Y中继邮电设计技术1998年12月段的第12#光纤，当用1310nm波长窗口测试时，衰减特性曲线有一较小的衰减坎，事件表反映出在40.808km处有一个衰减值为1.424dB的衰减点(如图4所示);但当用155Onm波长窗口测试时，在衰减特性曲线上同一位置有一较大的衰减坎(如图5所示)，由事件表查出衰减值为5.723dB.此衰减就是光缆的微弯损耗造成的。范困.脉冲宽度波长.分故系欲0一100kmID洲-13，0nm4B一，口B最优化椒式光纤类型.取平均值时间折到率.动态单棋式0孟SB，7.口目11111口.国:，几几几一一一注注注注小_么_阳阳阳阳油俪LLL卜卜卜劝dR/Dfv卜，0O“”1o篇筋拾拾图4R一Y中继段12#光纤1310llm波长衰减曲线图范圈。一，oot。脉冲宽庚，o”波长.15，on.分放系故5，月d.级优化公式光歼类型.取平均恤时闯.折射率，幼去单公式0:，2卜47000位里.B位t.卜a间距两点衰减、，、矛、O，口nk旧，20，kmB，一411七m日4一2勺1kmDt7，BdBI七m图SR一Y中继段12#光纤155。:lm波长衰减曲线图在实际工程中引起微弯损耗的原因是多种多样的，本文就以往多次测试工作中所遇见的情况介绍如下:(l)在接头盒内的光纤多数是由于预留光纤的曲率半径小于技术要求，而产生微弯损耗。(2)接头盒两端进缆孔的孔径过小，接头盒安装后使光缆侧向受到挤压，产生微弯损耗。(3)在高寒地区由于接头盒密封不严，使接头盒内进水，当温度下降到使接头盒内的水结冰时，由于冰的体积膨胀对接头盒内的光纤产生压力而产生微弯损耗。对比夏季和冬季的测试结果，会发现同一个接头盒内的光纤衰减，冬季测试结果明显大于夏季。在实际测试中常常发现总是在一组光纤上产生微弯损耗，并且这一组光纤是在同一个松套管中。需要说明的是弯曲衰减和微弯损耗虽然产生机理有所不同，但往往是在弯曲衰减中伴随着微弯损耗的衰减。2.光纤的接续损耗(熔接头、活接头损耗)光纤的接续方法可分为以下两大类:(l)第一类是永久性连接方式适用于连接之后不再分离的场合。目前实用化的有熔接方式及粘接方式两种，大多数采用熔接方式。光纤的熔接损耗是由于两条光纤的纤芯不连续而发生的，即在结构上没有完全均匀接触，或连接不完全，从一根光纤射出的光信号就不能全部进入另一根光纤，在接续处发生损耗和传导模分布紊乱。引起光纤熔接损耗的原因有两类:连接技术上的原因a.由于定位不完全引起的轴偏、轴倾斜和空隙;b.由于端面不整齐产生的端面倾斜、端面粗糙。这些都与光纤接续人员的技术素质有很大关系，不同的光纤接续人员在相同的条件下做的熔接头的质量是不同的。光纤本身的原因(尺寸、构造的差异)由于两条光纤的芯径不同、芯径偏差和相对折射率不同造成的接续损耗都属于光纤本身的原因。(2)第二类是连接器连接方式光纤连接器和通常的电器连接相比有本质的不同，要求被连接的两根光纤的纤芯端面相互紧紧地贴住，且光纤轴要完全对准，才算完成连接。第12期王立宜彭云贵:工程中光纤故障的分析与处理光纤连接头的清洁是十分重要的。要求任何物体不得接触光纤端面，因为即使微小的灰尘也会影响光纤的传输性能，甚至堵塞光路，要用干净的棉球蘸酒精冲洗法兰盘，冲洗后的法兰盘两端不能与任何物体接触，并用干净的酒精棉球轻微擦拭端面，值得注意的是，不能用使用过的棉球再去擦拭其它光纤接头。光纤活接头国内基本采用FC/PC型连接器的连接方法，应确保活接头的凸槽与法兰盘的凹槽对准后再旋螺母，以防造成虚假连接。应该强调的是，螺母旋紧程度应适当，过紧易造成接头端面变形，使光心偏离。3.断纤由于光纤受到挤压或拉伸造成的光纤断裂和光缆人为损坏是较常见的，但也有光纤接头熔接质量不好的，例如熔接头有气泡，随着时间及环境的变化，接头有可能从气泡处断裂。光纤的断裂大致有以下两种情况:(1)规则性断裂由于光纤裂缝处经过一段时间后会发生断裂、(类似活接头的平整端面)。利用OTDR测试故障光纤时，在1310nm及1550nm波长衰减曲线上有很大、很陡的反射峰。(2)不规则性断裂光纤被挤压或拉伸等造成的光纤断裂，如果断裂端面粗糙，使光信号产生不规则性散射。利用OTDR测试故障光纤时，在1310nm和1550nm波长上都呈现出如图6、图7所示的曲线。11111几一一.:ttttttt;:;一一一一峥-一一，一于一卜一一一一一犷翩州和自自如门拟，o-10.k-”竺一”气副猫猫氏7湘门八.Y一S中继段28#光纤1310nm波长衰减曲线图卜，00k.，.脚，口.51一，4.幼班幼翻丈1:，.，二，口加.一.11111t_扁_汰_淤且_汰_口口.11;.斗一一一一一-一士一j-一一.一于-”-一一一一一一一冷-一于-一-一个-一!iii:毛lll:一、一;一1.肠i一翩翩!压.d叻晰卜，OOk-”下下二叫侧，网点润被.OJ”.八.图，Y一S中继段28#光纤1550nm波长衰减曲线图三、利用OTDR准确定位光纤故障点OTDR是通过后向散射法进行光纤衰减的测量，该方法能测试整个光纤链路的衰减，并能提供和长度有关的衰减细节，获得如下有关链路的重要特性:(l)距离:链路上特征点(如接头点、弯曲点等)的位置，链路的距离(中继段光纤的传输长度R);(2)损耗:单个光纤接头的损耗;(3)衰减:链路中光纤的衰减;(4)反射:活接头及光纤裂缝的反射。测试中发现测得的故障点位置与实际位置总有偏差，产生偏差的主要原因如下:(l)仪表本身的系统误差T仪表本身产生的系统误差是客观存在的，系统误差值T可以在仪表手册的性能指标中查得。(2)OTDR的盲区盲区决定了OTDR所能测到的最短距离和最接近距离，它是由于活接头的反射引起OTDR接收机饱和所致。盲区通常发生在OTDR面板前的活接邮电设计技术1998年12月头反射上，但也可在光纤的其它地方发生。盲区往往发生在测试端，使测试端数据在事件表中不能正常读取.给测试端故障检测带来困难，OTDR的盲区一般为几十米至几百米。为了获得完整数据，采用大于OTDR盲区的软光纤盘(一般选50om左右为佳)连接于OTDR与被测光纤之间，使OTDR的盲区落在软光纤盘上。(3)光纤折射率是直接影响OTDR测试距离准确性的一个重要参数，应使用光缆生产厂商提供的准确数值。(4)光纤在光缆中的螺旋度X工程中普遍使用的是层绞式松套管光缆，由于光纤是沿中间加强芯螺旋缠绕的，所以光纤的传输长度大于光缆的长度。不同厂家、不同型号的光缆螺旋度X(X表示每公里缆长所对应的纤长)是不同的，应要求光缆生产厂商提供准确数值。在一般情况下，为准确定位光纤故障点，应选择距离故障点最近的接头点为基准参考点，从而计算基准参考点与故障点的距离。对于光缆维护部门来说，关心的是故障点的光缆长度L，而不是OTDR测得的光纤传输长度R。光缆长度L的计算公式为四、光纤维护的发展趋势用户光纤网的测试和监视必须使用良好的操作支持系统，目前通行的自动光纤操作支持系统是由OTDR等仪表和器件组成的，经光纤终端模块内的光藕合器来执行测试工作。测试波长随信号波长而有所不同，可在线进行测试而不会对传输发生影响。自动光纤操作支持系统能在远程控制下使光纤测试快速地完成，构造原理如图8听示。乱乱乱图8自动光纤操作支持系统构造原理图R.，石一二井十I人式中:L一一光缆长度;R一一光纤的传输长度;X一一每公里缆长所对应的纤长;了-一系统误差。当前，以布里渊理论为基础的光谱测量学，能够测量出光纤内部的机械应力分布。这种技术的应用使光纤维护从故障维护变为预防维护。参考文献1白中和.光纤通信技术.台北建兴出