工程施工注意事项与测试仪表简介

5.5.3.1 工程施工注意事项

海底光缆系统工程施工过程中应注意以下要点：

1）施工过程中应合理调节光缆通信系统各种类型光通信设备的输入光功率，确保光通信设备的接收端处于良好工作状态下，从而有效保证光通信系统的工作稳定性和可靠性。

2）光纤互连操作过程中应确保光纤接头端面不受污损，不宜用手触碰光纤接头端面，避免造成光纤互连接口的插入损耗过大，或光功率过大烧毁光纤端面。

3）光纤/光缆维护过程中应在保证光纤/光缆不受损伤的原则下开展操作，弯曲半径不应小于光纤/光缆直径的20倍，详细参数见表5-24。

4）海底光缆系统中各种类型光传输设备的输出光功率较大，使用过程中应避免设备输出光接口或光纤接口正对人眼，以防设备输出光信号对人眼造成的意外损伤。

表5-24 光缆允许的最小弯曲半径

注：D为光缆外径。

维护工具及仪表的配置应能满足系统日常运行维护的需要，仪表的型号和功能应考虑其价格和实用性原则择优选用。海底光缆系统维护工具及仪表的配置见表5-25。

表5-25 海底光缆系统维护工具及仪表参考配置

注：表中稳定光源一项用于无中继海底光缆系统的维护测试，海缆定位测试仪一项包括低频信号发送和接收器，绝缘测试仪以及直流电阻测试仪等。

5.5.3.2 海底光缆通信系统测试仪表简介

海底光缆通信系统测试仪表主要由工程性能检测调试用测试仪表和故障排查工程维护用测试仪表两部分组成。性能检测调试用测试仪表主要用于工程开通过程中对通信设备或通信系统的功能、性能进行调试测试，使通信系统工作于最好工作状态，从而保障通信系统的稳定可靠工作；故障排查用测试仪表主要用于通信系统发生故障情况时的故障定位，从而实现通信系统通信功能的快速恢复。

1.性能检测仪表

（1）SDH/OTN误码仪

误码仪是评估信道性能的基本测量仪器，该仪表由发送和接收两部分组成。发送部分的测试码发生器产生一个已知的测试数字序列，编码后送入被测系统的输入端，经过被测系统传输后输出，进入误码测试仪的接收部分解码并从接收信号中得到同步时钟。接收部分的测试码发生器产生和发送部分相同的并且同步的数字序列，和接收到的信号进行比较，如果不一致，便是误码，用计数器对误码的位数进行计数，然后记录存储，分析、显示测试结果。其原理框图如图5-22所示。

图5-22 误码测试仪原理框图

SDH/OTN误码测试仪（见图5-23）可综合开展SDH通信信道和OTN通信信道的测试，主流生产厂商包括JDSU、EXFO、Anritsu等。

进行SDH传输信道质量的评估时，测试仪的测试数据类型为SDH数据帧。基本测试数据帧为STM-1、STM-4、STM-16、STM-64、STM-254等。测试内容主要包括线路通断及告警情况、线路通道误码质量情况、通信接口抖动参数等。

图5-23 SDH/OTN误码仪

进行WDM传输信道质量的评估时，测试仪的测试数据类型为OTU数据帧。基本测试数据帧为OTU-1、OTU-2、OTU-3、OTU-4等。测试内容主要包括线路通断及告警情况、线路通道误码质量情况、通信接口抖动参数等。

同时，将该设备与光功率计、可调光衰减器等设备配合使用可用于测试光通信设备的接收灵敏度、饱和接收光功率等相关技术指标。

（2）光功率计

光功率计是指用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗的仪器。在光纤系统中，测量光功率是最基本的，在光纤测量中，光功率计是重负荷常用表。其主流生产厂商包括JDSU、EXFO、Anritsu、光迅科技等。其原理图如图5-24所示，外形如图5-25所示。

通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。

光功率计由主机和探头组成。普通探头采用低噪声、大面积光敏二极管，根据测量用途不同，可选择不同波长的探测器（Ge：750～1800nm，InGaAs：800～1700nm）。光功率计采用微机控制、数据处理和防电磁干扰等措施，实现了测试的智能化和自动化，具有自校准、自调零、自选量程、数据平均和数据存储等功能。测量显示dBm/W和dB可随时按需切换。

图5-24 光功率计原理图

（3）光谱分析仪

光谱仪器是一种利用光学光谱的色散原理而设计的光学仪器。所有的光谱仪器都可分成三部分：分光系统、接收系统和处理系统。分光系统是光谱仪器的核心。一般来说它由准直管、色散工作台和暗箱组成。分光系统的工作原理如图5-26所示。由狭缝发出的光束经过准直物镜，变成平行光束射入色散元件。由于色散元件的作用使进入的单束“白光”分解为多束单色光，再经过暗箱物镜按波长的顺序成像在焦面上。一个由“白光”照明的狭缝经过分光系统而变为若干个单色的狭缝像，这是目前广泛应用的光谱仪器分光系统的基本原理。

图5-25 光功率计外形图

光谱测试仪在海底光缆系统中主要用于测量WDM/OTN传输系统的光信号的波长和强度指标，具体测试项目包括中心频率及偏移、光信噪比、增益平坦度等相关指标。其主流生产厂商有JDSU、EXFO、Anritsu等。(www.xing528.com)

（4）色散综合测试仪

光纤色散是光纤传输特性之一，是由于不同波长和不同模式的光在光纤中传播的群速度不同而引起的光信号时延差。单模光纤中主要是材料色散和波导色散，材料色散和波导色散的综合效应为色度色散。

光纤色散测试仪是用于测量光纤色散的仪器，主要应用于10G及更高速率光纤通信系统中的色散测试，目前光纤色度色散测量的方法有多种，常用的有脉冲延迟法、相移法以及干涉法，其中目前应用较为普遍，测量准确性较高的测试方法为相移法。

相移法是用一定频率耐光源的光强进行调制，分别测出不同波长的调制光信号通过长度为L的待测光纤后的相位。由于光纤存在色散，不同波长的调制光信号通过光纤后必然会有不同的相位延迟。测量出相位变化量Δφ，就可得到光纤的色散。

图5-26 光谱分析仪分光系统基本原理

基于相移法的实验结构示意图如图5-27所示。图中电信号发生器通过外置调制器对窄带可调谐光源输出的光进行强度调制，调制后载有信息的光信号通过待测光纤，经光敏二极管检测出传输信号后，再使用矢量电压表测量接收信号相对于调制信号源的调制相位。在所传输信号的频谱范围内，波长每隔Δλ测量一次，使用这种测量方法可在任意波长上进行测量，从而得到相邻间隔之间的群时延差。

图5-27 基于相移法的实验结构

（5）光示波器

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，从而产生细小的光点（这是传统的模拟示波器的工作原理）。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等。

光示波器在示波器前端加入光电转换探头，将光信号转换为电信号进行各项参数的测量，从而作为光信号质量的有效判定依据。其主要用于测量光通信设备输出信号的眼图、消光比等指标，主流生产厂商包括安捷伦、泰克等。

（6）光纤端面检测仪

光纤连接直径大约有几十微米，连接精度是最需要解决的问题，因为其直接影响光纤连接器的连接损耗。在光纤端面的研磨过程中的光纤表面划痕、球面顶点偏移，以及后期使用过程中的光纤端面氧化和污损，都会造成连接器光纤端面不同程度的缺陷，从而影响光纤系统的连接精度。为了确保连接器的性能稳定，光纤端面的质量参数对于连接器起

图5-28 光示波器产品示意图

到关键作用。光纤端面检测仪（见图5-29）主要用于确定光纤端面的质量参数，如表面划痕、表面粗糙度、偏心、污损等，从而确保光纤连接器性能的稳定可靠。

图5-29 光纤端面检测仪

光纤端面检测技术属于微表面结构的测量范围。对于微表面的测量技术按照工作原理的不同，大致可以分为五种，其中应用最为广泛的测试方法为显微成像法。该方式以显微镜成像原理将光纤端面图像放大几十至数百倍，从而有效监测对光纤端面的污浊或损伤情况进行检查。

2.故障排查用测试仪表

（1）OTDR测试仪

OTDR意为光时域反射仪如图5-30所示。该技术是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。其主流生产厂商包括JDSU、EXFO、桂林聚联等。

OTDR（光学时域反射技术）的基本原理是利用分析光纤中后向散射光或前向散射光的方法测量因散射、吸收等原因产生的光纤传输损耗和各种结构缺陷引起的结构性损耗，当光纤某一点受温度或应力作用时，该点的散射特性将发生变化，因此通过显示损耗与光纤长度的对应关系来检测外界信号分布于传感光纤上的扰动信息如图5-31所示。OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其他类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。再从发射信号到返回信号所用的时间，确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离的。

图5-30 OTDR测试仪

d=（c×t）/2（IOR）

式中，c为光在真空中的传播速度；t为信号发射后到接收到信号（双程）的总时间（两值相乘除以2后就是单程的距离）。

因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确地测量距离，被测的光纤必须要指明折射率（IOR）。

（2）相干光COTDR测试仪

典型的海底光缆系统结构长度可达到几百千米，而且每两个EDFA中继间的距离也会达到100km，而OTDR检测光纤长约为75km，如果运用OTDR对这种长距离多跨段的光纤系统进行检测，将会使得其检测信号带入大量噪声，包括随机噪声、高斯白噪声以及由于多个EDFA的级联而额外增加的ASE噪声。

这些噪声的干扰将大大降低了OTDR检测信号的动态范围和信噪比。此外，OTDR能够控制的检测范围有限，无法对较长的光纤进行有效检测。因此，通常会采用相干OTDR，也就是COTDR对这种长距离多跨段的光纤系统进行检测，测试距离可长达1000km。COTDR的工作原理同OTDR基本类似，不同的是COTDR接收检测光信号是采用相干接收的方式，这样可以抑制ASE噪声以及提升检测信号的动态范围和信噪比。其主流生产厂家包括JDSU、EXFO等。

（3）低频信号检测仪

低频信号检测仪通过音频测试方法对发生故障，出现中断的海底光缆进行定位。该测试方法是将一持续音频电脉冲从海缆一端的供电导体输入，维修船可用探测仪追踪此信号，沿海缆探测，在故障点处，由于供电导体与海水的接地，测试脉冲信号消失，从而确定故障点位置。这种方法更多地用于维修船在故障发生的水域寻找海缆。测试范围一般小于300km。

图5-31 OTDR测试仪测试原理图