兰州交通大学 现代传输技术课程设计.docx
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兰州交通大学现代传输技术课程设计
兰州交通大学
本科生课程设计
中文题目:
光时域反射仪在实际工程中的应用
英文题目:
OpticalTimeDomainReflectometerUsedintheActualProject
学院:
电子与信息工程学院
课程:
现代传输技术
专业:
通信工程
班级:
通信工程班
姓名:
学号:
指导教师:
高丽
二零一五年七月
摘要
目前在数字光纤通信实验教学中开设了光纤传输特性测试实验,其中对于光纤损耗的测量方法普遍采用的是插入法,为了让学生掌握如何在工程实际中进行光纤损耗的测量,在实验中引入了基于光时域反射仪(OTDR)进行测量的后向散射法,并通过两者的比较得出结论。
同时也使学生了解光时域反射仪的工作原理和基本操作。
介绍光时城反射仪的工作原理、测试故降点的分析,重点介绍接头损耗的计算和分析方法,提出在使用光时城反射仪时要注意的几个问题。
基于光时域反射仪(OTDR)的后向散射法不仅可以测量出光纤或光缆的总损耗、接续损耗、总回损等还能测量其物理缺陷、断点的准确位置和光纤总长度,这样既加强了学生对光纤损耗概念的理解和测量方法的掌握,又对光纤连接器的插入损耗有所了解,同时为他们以后进行实际的工程测量打下一定的基础。
关键词:
光纤损耗;光时域反射仪;光纤实验;光功率
Abstract
Currentlyoffersdigitalopticalfibercommunicationexperimentteachingfibertransmissioncharacteristicsofthetestexperimentsinwhichthemethodformeasuringfiberlossiscommonlyusedinsertionmethod,inordertoallowstudentstolearnhowtofiberlossmeasurementsinengineeringpractice,introducedintheexperimentaftermeasurementbasedonopticaltimedomainreflectometer(OTDR)toscatteringmethod,andconcludedbycomparingthetwo.Butalsotoenablestudentstounderstandtheopticaltimedomainreflectometerprincipleandbasicoperations.
Introducingthecityoflightreflectionanalysisinstrumentworks,testitdroppoints,focusingonthecalculationandanalysisofspliceloss,andraisedseveralquestionsintheuseoflightwhenthecityReflectometertonote.
Afterthelight-baseddomainreflectometer(OTDR)tothescatteringmethodcannotonlymeasurethetotallossoftheopticalfiberorcable,splicelossandtotalreturnloss,andsooncanmeasuretheirphysicaldefects,theexactlocationandthetotallengthofthefiberbreak,sobothstrengthenthestudents'understandingofconceptsandmethodsofmeasurementoffiberlossofcontrol,butalsoontheopticalfiberconnectorinsertionlossofunderstanding,aswellastheirsubsequentmeasurementoftheactualprojecttolayafoundation.
Keywords:
Fiberloss;OpticalTimeDomainReflectometer;Fibertest;Opticalpower
目录
摘要I
AbstractII
1.绪论1
2.光时域反射仪的工作原理简介2
3.光时域反射仪测试故障点的分析5
4.光时域反射计的主要参数分析6
4.1动态范围6
4.2测试距离7
4.3脉冲宽度7
4.4盲区8
4.5平均值9
4.6采样分辨率和采样点9
5.光时域反射仪在使用中应注意的问题10
5.1正确设置参数10
5.2正确分析测试曲线10
参考文献11
1.绪论
人类社会离不开信息技术的交流和沟通,最早的通信方式有烽火、鸡毛信、飞鸽传书、千里驿站等,由于传递速度慢、信息量小,不能满足社会生产发展的需要。
自古以来人们都在用自己的智慧来解决远距离、快速通信的问题,而衡量人类历史进步的尺度之一是人与人之间传递信息的能力,尤其是远距离传递消息的能力。
通信技术的发展使社会产生了深远的变革,为人类社会带来了巨大的利益。
在当今和未来的信息社会中,通信是人们获取、传递和交换信息的重要手段。
随着大规模集成电路技术、激光技术、空间技术等新型技术的不断发展以及计算机技术的广泛应用,现代通信技术日新月异。
近二三十年来出现的数字通信、卫星通信、光纤通信是现代通信中具有代表性的新领域。
而在这些新领域中,数字通信尤为重要,它是现代通信系统的基础。
特别是数字通信技术和计算机技术的紧密结合可以说是通信发展史上的一次飞跃。
随着光纤通信技术的飞速发展,在通信工程等相关专业开设《数字光纤通信原理》课程已经成为培养通信人才的必然趋势。
由于该课程涉及到的内容比较多,不仅涵盖了光纤传输理论、光纤物理特性,以及光电器件等基础知识,而且还包括整个光纤系统、光纤通信网等内容。
这样就给光纤通信的实验课教学提出了很高的要求。
在光纤传输特性测试实验中,单纯的采用插入法仅能测量出光纤的传输损耗,而基于光时域反射仪(OTDR)的后向散射法不仅可以测量出光纤或光缆的总损耗、接续损耗、总回损等还能测量其物理缺陷、断点的准确位置和光纤总长度,这样既加强了学生对光纤损耗概念的理解和测量方法的掌握,又对光纤连接器的插入损耗有所了解,同时为他们以后进行实际的工程测量打下一定的基础。
2.光时域反射仪的工作原理简介
光时域反射仪(OTDR)又叫光纤分析仪。
光在光纤中传播时会被瑞利散射的效应所削弱,这是由光纤中存在着结构不均匀、光纤本身的缺陷和掺杂成分的非均匀性等造成的,在接续点、对接处和光纤的端面连续发生的散射,一些光被直接向后散射回来,称之为后向散射,光时域反射仪就是通过对发送的光脉冲与接收后向散射光之间的传输时差的测量,实现对光纤线路的长度、光纤的损耗、光纤接续点的损耗和线路故障点的位置等测量。
在控制器控制下,激光二极管LD发生一系列经过脉冲调制的光脉冲通过光方向藕合器注人光纤端面,光脉冲沿着光纤线路传播时,在光纤中有几何缺陷或断裂面的位置,产生的后向散射光将不断地返回光纤的人射端,经过光方向祸合器到光接收电路变为电信号,然后经过信号放大、均衡处理,根据后向光脉冲的大小和到达时间,在显示器上显示出光纤的衰减、长度等确定故障点。
例如,若光纤始端到反射故障点之间的长度是L,光脉冲在光纤中传输速度为V,光纤输人端发送光脉冲与返回光脉冲前沿之间的时间差为T。
由于光纤在加热制造过程中,热骚动使原子产生压缩性的不均匀,造成材料密度不均匀,进一步造成折射率不均匀。
这种不均匀性在冷却过程中固定了下来并引起光的散射。
因此,当光脉冲通过光纤传输时,沿光纤长度上的各点均会引起散射,其强弱与通过该处的光功率成正比,而后者又与光纤的衰耗有直接关系,因此,其强弱也就反映了光纤各点的衰耗大小。
由于散射光是向四面八方的,反射光也会形成较大的反射角,因此这些散射和反射光总有一部分(那怕是极少一部分)能够进入光纤的孔径角而反向传输到输入端。
同时,如果传输通道完全中断,则从此点以后的背向散射光功率也降到零,因此,根据反向传输回来的散射光的情况又可以判断光纤断点的位置和光纤的长度。
总之,只要能够设法将反向传至输入端的背向散射光和菲涅尔反射光收集并进行适当的处理,就可以测出这段光纤沿线各点的衰耗情况(当然也包括其中的接头衰耗)以及断点的位置和光纤的长度。
光时域反射仪会打入一连串的光突波进入光纤来检验。
检验的方式是由打入突波的同一侧接收光讯号,因为打入的讯号遇到不同折射率的介质会散射及反射回来。
反射回来的光讯号强度会被量测到,并且是时间的函数,因此可以将之转算成光纤的长度。
光时域反射仪可以用来量测光纤的长度、衰减,包括光纤的熔接处及转接处皆可量测。
在光纤断掉时也可以用来量测中断点。
OTDR动态范围的大小对测量精度的影响初始背向散射电平与噪声低电平的DB差值被定义为OTDR的动态范围。
其中,背向散射电平初始点是入射光信号的电平值,而噪声低电平为背向散射信号为不可见信号。
动态范围的大小决定OTDR可测光纤的距离。
当背向散射信号的电平低于OTDR噪声时,它就成为不可见信号。
随着光纤熔接技术的发展,人们可以将光纤接头的损耗控制在0.1DB以下,为实现对整条光纤的所有小损耗的光纤接头进行有效观测,人们需要大动态范围的OTDR。
增大OTDR动态范围主要有两个途径:
增加初始背向散射电平和降低噪声低电平。
影响初始背向散射电平的因素是光的脉冲宽度。
影响噪声低电平的因素是扫描平均时间。
多数的型号OTDR允许用户选择注入被测光纤的光脉冲宽度参数。
在幅度相同的情况下,较宽脉冲会产生较大的反射信号,即产生较高的背向散射电平,也就是说,光脉冲宽度越大,OTDR的动态范围越大。
OTDR向被测的光纤反复发送脉冲,并将每次扫描的曲线平均得到结果曲线,这样,接收器的随机噪声就会随着平均时间的加长而得到抑制。
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大而加大。
在最初的平均时间内,动态范围性能的改善显著,在接下来的平均时间内,动态范围性能的改善显著,在接下来的平均时间内,动态范围性能的改善会逐渐变缓,也就是说,平均时间越长,OTDR的动态范围就越大。
盲区对OTDR测量精度的影响。
我们将诸如活动连接器、机械接头等特征点产生反射引起的OTDR接收端饱和而带来的一系列“盲点”称为盲区。
光纤中的盲区分为事件盲区和衰减盲区两种:
由于介入活动连接器而引起反射峰,从反射峰的起始点到接收器饱和峰值之间的长度距离,被称为事件盲区;光纤中由于介入活动连接器引起反射峰,从反射峰的起始点到可识别其他事件点之间的距离,被称为衰减盲区。
对于OTDR来说,盲区越小越好。
盲区会随着脉冲宽的宽度的增加而增大,增加脉冲宽度虽然增加了测量长度,但也增大了测量盲区,所以,我们在测试光纤时,对OTDR附件的光纤和相邻事件点的测量要使用窄脉冲,而对光纤远端进行测量时要使用宽脉冲。
OTDR的“增益”现象由于光纤接头是无源器件,所以,它只能引起损耗而不能引起“增益”。
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。
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