OTDR量測系統及原理

4.2.1 OTDR 量測系統

如圖 4.1 所示，OTDR量測系統主要有兩個部分：其一為訊號產

生及接收部分，即OTDR儀器本身。本試驗採用由EXFO所製造之 FTP400 Universal Test System及FTP7300B OTDR模組；其二為光纖部

分，做為傳輸光訊號及感測之用。本試驗採用單模光纖，由內而外可 分為五個部分(圖 4.2)：纖蕊(core)、纖殼(cladding)、披覆(coating)、

凱弗拉絲及外層披覆(jacket)。纖蕊由玻璃(SiO2)或塑膠抽絲而成，主 要做為傳輸光訊息；纖殼包覆在纖蕊外層，其折射率較纖殼為低，以 產生全反射，使光能順利在纖蕊中傳輸；披覆層可防止內部受外力損 害。

4.2.2 OTDR 量測原理

如示意圖 4.3，脈衝產生器(pulse generator)激發一衝光，藉由信 號處理單元(signal processing unit)來調整雷射的強度，脈衝的寬度是 根據解析度(spatial resolution)和靈敏度(sensitivity)的需求來決定。光 由方向耦合器(direction coupler)進入光纖後，利用雷力散射(Rayleigh backscatter)和弗雷司涅爾反射(Fresnel reflections)原理，由檢光器 (photo-detector)接收經過分析後，透過類比數位轉換器(ADC)來顯示

在 OTDR 的顯示螢幕。檢光器旁有一計時器來計算收到信號的時間 進而計算位置。

藉由 OTDR 量測所佈設之光纖，可得到事件的位置及型態(圖 4.4)，也就是在光纖某距離點發生了何種事件；事件的損失及反射，

指出此事件所造成光能量之損耗為何。

圖4.5 為一典型OTDR 軌跡圖，垂直軸為反射信號功率(dB)，水 平軸為 OTDR 與光纖內某點之間的距離；直線是由於物理現象 Rayleigh backscattering 的分佈；直線的斜率代表光纖的每公里的損耗 (dB/㎞)；正釘(positive spike)是由於物理現象 Fresnel reflection 的分 佈，機械的接點、連接器和斷裂處會有很小的反射，而造成在軌跡圖 上產生正釘的現象，在光纖的末端根據光纖的物理特性，會造成很大 的反射現象，而產生正釘或負釘的現象；front connector 為 OTDR 與

待測光纖的連結，是由於不良的連結器所造成，不良的連結器會因插 入損失(insertion loss)使得光功率的衰耗，也會造多重反射現象；熔接 (fusion splice)會造成軌跡圖中的 backscatter level 突然的掉落下來；彎 矩(bend)是由於外界的應力，使得光纖有彎曲的現象，而造成部分光

從纖殼射出，也將同熔接點般會造成軌跡圖中的backscatter level 突 然的掉落下來。

在 OTDR 錯動變形量測方面，本研究有兩主要方向：埋設光纖

受剪力作用後，以OTDR 找出錯動事件發生位置；光纖受剪作用後，

其初始反應來的比TDR 感測電纜靈敏，故可與 TDR 做比較，此外，

因光纖受剪將造成局部彎曲現象，致使部分光從纖衣射出，造成光損 失，基於此，可探討錯動變形量與光損失之關係。

4.2.3 OTDR 光纖量測注意事項

(A)盲區

光時域反射儀所採用之檢光器為低功率檢測用，當傳輸介質 的折射率突然改變時所產生的Fresnel 反射，其能量較強並會造成 檢光器飽和的現象，導致檢光器暫時的盲目，無法辨識近處兩連 續事件之事件狀態。盲區可分為事件盲區及衰減盲區兩種，由反 射事件引起之反射峰，從反射峰之起始點到檢光器飽和峰值之間 的長度距離稱為事件盲區；從反射峰的起始點到可辨識其它事件 點之間的距離稱做衰減盲區。依據 EXFO 提供之 OTDR Series FTB-7000B/FTB-70000C 使用及操作手冊，本試驗所使用之 OTDR

量測系統，其事件盲區為3m。

(B)動態範圍與距離

圖4.6 顯示OTDR 量測系統之動態範圍(dynamic range)，由動 態範圍可知道OTDR 量測系統所能量測之距離。假設某 OTDR 量 測系統在固定之脈衝長度(pulse length)下，動態範圍為 40 dB，其

量測所使用之光纖衰減為0.2 dB/km，我們可以得到此系統所能量

OTDR 系統取樣點數為 52000 點，經由上式可計算出距離之誤差 為 ±1±0.000025×1000±1000÷52000 = 1.04 (m)。此量測距離之誤差 並非固定不變，將隨著長度之增加而變大。