用光時域反射計測接頭損耗五點法 楊文奎 摘要 本文介紹五點法用光時域反射計測量光纖接頭損耗的一種方法的原理 數學模式 實驗系統及測 試結果 用此法可以更加快速 方便和準確地測出接頭損耗 一 問題的由 來 目前 切斷法和 時域 法是用來測試光路系 統損耗的最 常用 的兩個基本方 法 由于時域法 能以非破壞性的單端方式進行測試 并能給出 損耗隨長度分布的曲線 因此 有些場合損耗 的測試就只 能用這個方法 例 如 由數段光纖 和接頭連接起來的一個長距離光通信系統 發 現總損耗增大 需要維修 但要準確無誤地判 斷是哪一段光纖或哪一個接頭衰減增加 就只 能用時域 法來進行測量 而且這個問題的妥善 解決也會帶來明顯的經濟效果 時域法測光纖系統的損耗特性是借助于 后 向散射光進行的 圖為典型 的測試波形 其中為被觀察點與起始點的距離 為被觀 察點散射光的功率經光電轉換 放大后對應的 電壓值 由公認的二點法定義出發 光路中 二點間的總損耗為 苦 奮仁 一 一 一 顯然 此損耗是由兩段光纖的損耗和接頭 損耗組成 當要單獨測接頭損耗時 可將 兩點盡可能取得靠近點 此 時得到的損耗值 就認為是接頭損耗 這個方法就是目前采用的 接頭損耗測試方法二點法 少 七七七七 必 尾端反射 八 匕 茍 圖 石 圖是理想的有無限帶寬系統測得的無 反射接頭的波形 圖是有限帶寬測試系統 測得的有反射的接頭的實際波形 分析圖 接頭的局部波形可知 當采用上述方法計算接 頭損耗時 影響測試準確度的主要原因為以下 兩點 由于系統帶寬有限包括光脈沖存在一 定脈寬 接收放大器具有一定帶寬 使 一一 口口二二了刃刃 二二 二 二二工羅吧 羅羅 先和 二 滬 啟 名兒 乙右冬 淪 月了 一 襯 幾 匯 從從 圖 兩點不 能取得太近 所以測得的接頭損耗值實 際 上包括 了 對應的一段光纖損耗 由于接頭處有反射存在此反射在采用 非熔接接頭時 因接頭處存在空氣界面 反射 非常強 及測 試系統對脈沖響應 的失真 使 點電壓讀數誤差很大 在實際測試中點較難 取準 采 用下述五點法的數據處理方法 就可克 服或減小上述原因引起的誤差 取得更準確的 測試結果 解方程組可得 口 一 一竺 六 光纖 曲線對應 處的 電 壓 可 表 示 為 一 將式 和式代入 式可得 飛 口 一 幾 生份 了 氣 一一 了 一一 二 用五點法測接頭損耗 原理 圖為對兩段均勻光纖及一個接頭測得 的典型時域反射 波形 由于光纖是均勻的 則 后向散射波型是指數衰減 曲線 我們把兩段光 纖衰減曲線延伸 分別求得接頭 一 處對應的 電 壓 和 顯然 此電壓差是 由接頭損耗單 獨引起的 據此定義 接頭損耗為 同理可得 嶸 一 叔曉 音 會 一 殺 資 價 一 沈 一 根據上述定義 將式和式代 入式 可得 接一 不 器 數 學模式 從 圖曲線可得 到如下方程組 接頭 尹 尸 少 護 矛 才性一 勻 護 一 二 一 一 里 二 聲一 釗獷 又 丈 一 一 釜 一 歉 一正一 一 一 哥 七或 式給出了任 意取五 點的接頭衰減公 式 下 面就兩種 特定取五 點的方 法對公式 化簡 取等間 隔即 一 一 工 一 一 此 時式化簡為 所確定的位置 就可 從二個數字顯示上讀得 和值 在分別 讀得 后 并確定一個 值 代入公 式后就可求得精 確的接頭損耗值 光纖是用三針法進行連接的 連接處加 了 匹配液 叭 趨近 一 目 少 一 曰八 舊 接頭 取 趨近 一 一 卜 此 時式可化簡為 四 測試數據及處理 接頭 二 外 式與二點法測試公式相吻合 三 測試系統 使用儀器型長波長光 時域反射計 本所研制一型示波器 光纖光纖 光纖 為了數據處理的方便 在測試中五點的選 取采用了等間隔 并通過改變間隔來觀察測試 結果的精度 第一次測試結果列入表 分析上述測試結果可見 盡管五點位置改 變很大 但接頭衰減值最大偏差僅為 圖 是用一記錄儀描繪下的測試波形 在曲 線上選 二點 用二點法計算接頭損耗值為 四 接頭 二點法 二 不戶 亡 一 呀 匡匡習習習習習習冥尸尸 輝 亨伶帶子子 圖系統連接圖 儀器連接框 圖如圖 一型示波器 用來顯示被測系統的后向散射波形 加入 時標定位信號 指示被觀察的位 置 由于 一 型長波長 林 光 時域反射計同 時具有距 離 衰減數字顯示 所以對應示 波器上時標脈 沖 用二點法測試得到的接頭損耗值比用五點法測 得的值大 從上面分析可知 二點法 測得 的接頭損耗值 中包含 二點對應的一 段光纖約的損耗 從圖中也可看到 點位置較容易確定 而點位置選取就較難 點位置的稍微變化將會引起二點法計算結果 較大的誤差 第二次側試時 把接頭重新藕合 并改變 光脈沖寬度 從第一次的改為 測試結果列于表 表五點法浦試結果 一 接頭 一 卜 一 戶 一 卜 一 口 匕 尸 加 一 巨 一腸 八曰 一月伙 自 一 注接頭 甲 一一 衰五點法側試結果 怠洗急 態 牛 態 臉 盤專 蕎于 萬 丁丁 一硯 及石 一而 一礦 一石 飛 一 萬硫 一廠 癡一萬 一 一 一 元 一石一 丁 一 下 又 一 麗引 一誣 而 一可 麗丁 一百 幾麗麗 一 一 下儷五 丁 石 注 二 任意選取五點的值 并代入 也同樣 可算出接頭損耗值 幾次計算表明結果相符 以上結果表明 用五點法測試接頭損耗是 精度高 重復性好的 原理 所以測出的接頭損耗實質上是光從兩個 方向通過接頭時 接頭呈現的衰減之和的一半 它與切斷法中從二個方向注入光測出的損耗值 之和的一半相接近 當光纖本身不均勻時 將 引起測試 誤差 此 時應仔細地選擇五點 以減少不均勻引起的 誤差 用微處理機控制的儀表代替模擬測試系統 是勢在所迫 五點法的數據處理方法不僅在模 擬測試系統中可有效地處理數據 更重要的是 為微機控制的光時