經(jīng)驗(yàn)分享：OFDR光纖傳感測(cè)試三大問(wèn)題及解決方案

  ICC訊 近期，昊衡科技進(jìn)行OFDR設(shè)備傳感測(cè)量時(shí)，對(duì)用戶(hù)碰到的共性問(wèn)題：“若光纖鏈路有損耗，能否進(jìn)行應(yīng)變溫度測(cè)量”，整理了一份測(cè)試經(jīng)驗(yàn)報(bào)告，分享給大家。用戶(hù)好評(píng)不斷，反饋實(shí)用且很受啟發(fā)，以下是報(bào)告內(nèi)容。

  當(dāng)光纖鏈路存在光信號(hào)損耗時(shí)會(huì)影響光纖傳感測(cè)試，在一些光纖傳感測(cè)試工況中，光纖鏈路中不可避免存在宏彎損耗，比如在復(fù)合材料中嵌入光纖，光纖以S形布設(shè)成面陣;土木結(jié)構(gòu)測(cè)試中，在鋼筋籠里布設(shè)光纖有直角轉(zhuǎn)彎。當(dāng)光鏈路中存在損耗是能否繼續(xù)測(cè)試，測(cè)試出的效果是否會(huì)受影響?本文針對(duì)這些問(wèn)題結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，給出了測(cè)試指導(dǎo)建議。

  1.如何確認(rèn)光纖鏈路有損耗以及損耗大小

  使用OFDR設(shè)備測(cè)量應(yīng)變和溫度，如何判斷光纖鏈路有損耗以及損耗大小?以O(shè)SI-S高精度分布式光纖傳感系統(tǒng)為例，試驗(yàn)裝置如下：一個(gè)可調(diào)衰減器一端連接OSI設(shè)備DUT接口，另一端連接一個(gè)光纖拉伸梁裝置。

  圖1. 試驗(yàn)裝置圖

  在OSI系統(tǒng)的傳感段選取界面，測(cè)量以上光纖鏈路，獲得距離(橫坐標(biāo))-散射強(qiáng)度(縱坐標(biāo))曲線。

  零點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)設(shè)備DUT口，7.5m以后是無(wú)效信號(hào)，為設(shè)備底噪，約-130dB;7.5m以前是光纖鏈路的散射信號(hào)，衰減器約在1.5m附近，2.5m~7.5m為光纖傳感段。

  距離-散射強(qiáng)度曲線中，臺(tái)階可反映光信號(hào)的損耗，如衰減器兩端臺(tái)階差值代表衰減器對(duì)光路帶來(lái)的損耗。

  圖2. 光纖鏈路的距離-散射強(qiáng)度曲線

  2.光纖鏈路有損耗能否繼續(xù)測(cè)量?

  光纖鏈路中有損耗，能否繼續(xù)測(cè)量，需根據(jù)實(shí)際情況來(lái)評(píng)估，大致有以下三種情況。

  1)光纖鏈路總損耗接近設(shè)備底噪，不能進(jìn)行傳感測(cè)量。通常此時(shí)的光纖鏈路已斷開(kāi)，原先的傳感段進(jìn)入底噪，因?yàn)樘綔y(cè)不到有效信號(hào)，測(cè)量結(jié)果混亂、無(wú)規(guī)律可循。

  2)光纖鏈路有少量損耗，光纖傳感段散射信號(hào)高于設(shè)備底噪8dB以上，即信噪比大于8dB，應(yīng)變測(cè)量不受影響，而且±12000με的應(yīng)變范圍也不會(huì)有損失，可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)加載實(shí)驗(yàn)。

  3)光纖鏈路有較大損耗，信噪比低于8dB，測(cè)試可以繼續(xù)，但是隨著光纖鏈路的損耗增大，系統(tǒng)可準(zhǔn)確測(cè)量的應(yīng)變范圍會(huì)降低。以光纖拉伸梁測(cè)試應(yīng)變?yōu)槔?，?duì)比不同信噪比條件下儀器能準(zhǔn)確測(cè)量應(yīng)變的最大范圍，得出如圖3所示的信噪比-應(yīng)變范圍曲線。

  圖3. 信噪比-應(yīng)變范圍曲線

  對(duì)于不同待測(cè)結(jié)構(gòu)和測(cè)試方案，由光纖鏈路損耗而導(dǎo)致的應(yīng)變范圍損失，情況有所不同。因此，我們建議當(dāng)鏈路有損耗且信噪比低于8dB時(shí)，先查找損耗原因后再重新進(jìn)行測(cè)試。

  3.光纖鏈路產(chǎn)生損耗的主要原因

  1)使用人員操作不當(dāng)，如設(shè)備DUT接口污染或光纖跳線沒(méi)有正確接入DUT接口，熔接點(diǎn)效果不佳，光纖跳線法蘭連接有誤等。

  2)光纖鏈路某位置有小半徑、小角度彎曲，可通過(guò)排除故障、減小宏彎或更換光纖傳感器來(lái)降低損耗。另外，不同光纖類(lèi)型其彎曲半徑和損耗關(guān)系有較大差異。表1匯總了三種常見(jiàn)光纖應(yīng)變傳感器在波長(zhǎng)1550nm時(shí)，彎曲半徑和損耗的關(guān)系，以供參考。

  3)光纖傳感器在布設(shè)時(shí)，傳感器、膠水以及兩者相互作用有可能帶來(lái)額外損耗，而且隨著布設(shè)的光纖長(zhǎng)度增加，鏈路累積的總損耗會(huì)增大。比如PI涂層光纖用502膠水布設(shè)20m以上會(huì)有損耗，可以通過(guò)換用AB膠，在保證應(yīng)變傳遞效果的同時(shí)，改善光纖布設(shè)引起的損耗。

  總結(jié)

  使用OFDR設(shè)備測(cè)量應(yīng)變和溫度時(shí)，若光纖鏈路有損耗，能否繼續(xù)測(cè)量以及如何改善測(cè)試結(jié)果，建議如下：

  測(cè)試前先判斷光纖鏈路損耗是否在合理范圍內(nèi)。若鏈路有少量損耗且信噪比大于8dB，OSI傳感測(cè)量不受影響，若信噪比低于8dB，此時(shí)系統(tǒng)可測(cè)的應(yīng)變范圍有所下降，建議查找原因、排除故障、降低損耗后再測(cè)試。

  若測(cè)試方案中光纖布設(shè)的路徑存在小角度彎曲，如90°轉(zhuǎn)彎，建議布設(shè)時(shí)盡可能使光纖彎曲半徑大一些，降低損耗，或者選用耐彎曲光纖來(lái)支持更小的彎曲半徑。

  光纖傳感器布設(shè)時(shí)，傳感器、膠水以及兩者相互作用有可能帶來(lái)額外損耗，需結(jié)合實(shí)測(cè)的距離-散射強(qiáng)度曲線，調(diào)整方案。

  昊衡科技

  Megasense

  一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售于一體的高科技公司，專(zhuān)業(yè)從事工業(yè)級(jí)自校準(zhǔn)光學(xué)測(cè)量與傳感技術(shù)開(kāi)發(fā)，也是國(guó)內(nèi)唯一一家實(shí)現(xiàn)OFDR技術(shù)商用化的公司。目前，昊衡科技已推出多款高精度高分辨率產(chǎn)品，主要應(yīng)用于光學(xué)鏈路診斷、光學(xué)多參數(shù)測(cè)量、高精度分布式光纖溫度和應(yīng)變傳感測(cè)試。已與全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)企業(yè)建立良好的合作關(guān)系，并取得諸多成果。電話：027-87002165官網(wǎng)：http://www.mega-sense.com/。