光時域反射（optical time-domain reflectometer）是目前成熟的技術(shù)印屁，主要用來測量光纖沿線的衰減和損耗≌独基于瑞利散射原理雄人，可利用相干時域反射、光頻域反射等技術(shù)作為全分布式光纖傳感技術(shù)的基礎(chǔ)念赶。從OTDR技術(shù)出發(fā)础钠，逐步解釋此技術(shù)在分布式傳感中的作用。
光時域反射（OTDR）技術(shù)在分布式傳感中的應(yīng)用
一叉谜、OTDR原理
光時域反射技術(shù)由Barnoski博士于1976年提出旗吁，用于檢測光纖的損耗特性，是檢測光纖衰減停局、斷裂和進行空間故障定位的有效手段很钓，也是后面我們著重介紹的全分布式光纖傳感技術(shù)的基礎(chǔ)。
OTDR的工作原理如下圖所示：
首先將一束窄的脈沖光通過雙向耦合器注入光纖中翻具，這束脈沖光在光纖中向前傳輸時會不斷產(chǎn)生背向瑞利散射光履怯，回傳的背向瑞利散射光帶著使它產(chǎn)生散射的信號通過耦合器到光電檢測器中。由于激光器發(fā)射的就是脈沖光裆泳，所以可以根據(jù)時間得到背向散射發(fā)生距光源的時間差叹洲，從而確定空間位置。
OTDR得到的瑞利散射功率為一條指數(shù)衰減的曲線工禾，該曲線表示出了光纖沿線的損耗情況运提。當(dāng)脈沖光在光纖傳播過程中遇到裂紋、斷點闻葵、接頭民泵、彎曲等情況，脈沖光會產(chǎn)生一個突變的反射或衰減槽畔。典型的OTDR探測曲線如下圖所示：
二栈妆、OTDR系統(tǒng)及性能指標
OTDR系統(tǒng)主要由脈沖發(fā)生器、光源厢钧、光電探測器鳞尔、信號處理系統(tǒng)等組成≡缰保基本構(gòu)架如下：
OTDR直接探測背向瑞利散射光的功率寥假，光源輸出功率越高，背向散射信號越強霞扬，探測距離越遠糕韧。OTDR通常使用帶寬為數(shù)十納米的寬帶光源枫振，其一是為了獲得高的測量動態(tài)范圍，第二是避免窄線寬的高功率激光脈沖在光纖中傳輸引起的非線性效應(yīng)對OTDR的影響萤彩。
OTDR的性能指標包括動態(tài)范圍粪滤、空間分辨率、測量盲區(qū)乒疏、工作波長额衙、采樣點、存儲容量等方面怕吴。和全分布式傳感聯(lián)系較大的指標是動態(tài)范圍窍侧、空間分辨率和測量盲區(qū)。
動態(tài)范圍定義為初始背向散射功率和噪聲功率之差转绷，單位為對數(shù)（dB）伟件。它表明了可以測量的Z大光纖損耗信息，直接決定了可測光纖的長度议经。
空間分辨率顯示了儀器能分辨相鄰兩個事件的能力斧账，影響著定位精度和事件識別的準確性。對OTDR而言煞肾，空間分辨率通常定義為事件反射峰功率的10%-90%這段曲線對應(yīng)的距離咧织。空間分辨率由探測光脈沖寬度決定籍救，和采樣率有關(guān)习绢。
高強度反射事件導(dǎo)致OTDR的探測器飽和后，探測器從反射事件開始到再次恢復(fù)正常讀取光信號時所持續(xù)的時間蝙昙，表示為OTDR能夠正常探測兩次事件的Z小距離間隔闪萄。測量盲區(qū)又可進一步分為事件盲區(qū)和衰減盲區(qū)，事件盲區(qū)指的是OTDR在探測連續(xù)的反射事件所需要的z小距離間隔奇颠。衰減盲區(qū)指的是OTDR在探測到前一個反射事件和能夠準確測量該事件損耗所需的z小距離败去。
三、OTDR在全分布式光纖傳感中的應(yīng)用
OTDR是全分布式光纖傳感技術(shù)烈拒，也是全分布式光纖傳感技術(shù)的工作基礎(chǔ)圆裕，就像前文中所提到的一樣，主要用于測量彎曲荆几、接續(xù)吓妆、損壞等產(chǎn)生的損耗沿光纖分布的空間分布。
光纖通信系統(tǒng)故障排查和監(jiān)視是OTDR的主要應(yīng)用伴郁。一直以來耿战，OTDR都是測量光通信線路及故障點的主要手段蛋叼。這種技術(shù)既然能夠測量光纖的變化焊傅，那如果對光纖施加變化剂陡，再來測量光纖的變化，就可以得到外部施加力部分的特征狐胎，由此衍生出第二種應(yīng)用鸭栖，大型結(jié)構(gòu)的安全健康監(jiān)測。
OTDR被用于大型結(jié)構(gòu)如大廈握巢、橋梁晕鹊、公路等的安全健康監(jiān)測。其原理主要是利用建筑的應(yīng)力-應(yīng)變導(dǎo)致光纖微彎從而使接收到的該處的瑞利散射功率發(fā)生改變暴浦。將光纖嵌入到混凝土中溅话，建筑結(jié)構(gòu)如出現(xiàn)裂縫，將使光纖破壞或斷裂歌焦，再通過OTDR找到裂縫的具體位置飞几。與通信線路檢測不同的是，建筑物內(nèi)的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測光纖總里程較短独撇，探測距離也較短屑墨，傳輸損耗可以較少，但是混凝土內(nèi)光纖一旦產(chǎn)生斷點纷铣，會影響下一節(jié)的測量卵史，所以預(yù)留好耦合器熔接位是必須的。
四搜立、基于OTDR技術(shù)的其它光信息時域反射探測技術(shù)
利用OTDR技術(shù)能在一定程度上對通信線路進行實時在線監(jiān)測以躯，但是通信線路中常用的摻鉺光纖放大器（EDFA）在補償信號光的同時會產(chǎn)生強的自發(fā)輻射放大噪聲（ASE），會降低系統(tǒng)測量的信噪比SNR儒拂。通過相干或偏振監(jiān)測寸潦，可以避免這個問題。所以在OTDR之下社痛，有下面的細分见转。
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