經(jīng)驗分享：OFDR光纖傳感測試三大問(wèn)題及解決方案

  ICC訊 近期，昊衡科技進(jìn)行OFDR設備傳感測量時(shí)，對用戶(hù)碰到的共性問(wèn)題：“若光纖鏈路有損耗，能否進(jìn)行應變溫度測量”，整理了一份測試經(jīng)驗報告，分享給大家。用戶(hù)好評不斷，反饋實(shí)用且很受啟發(fā)，以下是報告內容。

  當光纖鏈路存在光信號損耗時(shí)會(huì )影響光纖傳感測試，在一些光纖傳感測試工況中，光纖鏈路中不可避免存在宏彎損耗，比如在復合材料中嵌入光纖，光纖以S形布設成面陣;土木結構測試中，在鋼筋籠里布設光纖有直角轉彎。當光鏈路中存在損耗是能否繼續測試，測試出的效果是否會(huì )受影響?本文針對這些問(wèn)題結合實(shí)驗進(jìn)行分析，給出了測試指導建議。

  1.如何確認光纖鏈路有損耗以及損耗大小

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

  圖1. 試驗裝置圖

  在OSI系統的傳感段選取界面，測量以上光纖鏈路，獲得距離(橫坐標)-散射強度(縱坐標)曲線(xiàn)。

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

  距離-散射強度曲線(xiàn)中，臺階可反映光信號的損耗，如衰減器兩端臺階差值代表衰減器對光路帶來(lái)的損耗。

  圖2. 光纖鏈路的距離-散射強度曲線(xiàn)

  2.光纖鏈路有損耗能否繼續測量?

  光纖鏈路中有損耗，能否繼續測量，需根據實(shí)際情況來(lái)評估，大致有以下三種情況。

  1)光纖鏈路總損耗接近設備底噪，不能進(jìn)行傳感測量。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，因為探測不到有效信號，測量結果混亂、無(wú)規律可循。

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

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

  圖3. 信噪比-應變范圍曲線(xiàn)

  對于不同待測結構和測試方案，由光纖鏈路損耗而導致的應變范圍損失，情況有所不同。因此，我們建議當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，如設備DUT接口污染或光纖跳線(xiàn)沒(méi)有正確接入DUT接口，熔接點(diǎn)效果不佳，光纖跳線(xiàn)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)光纖應變傳感器在波長(cháng)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(zhù)布設的光纖長(cháng)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20m以上會(huì )有損耗，可以通過(guò)換用AB膠，在保證應變傳遞效果的同時(shí)，改善光纖布設引起的損耗。

  總結

  使用OFDR設備測量應變和溫度時(shí)，若光纖鏈路有損耗，能否繼續測量以及如何改善測試結果，建議如下：

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

  若測試方案中光纖布設的路徑存在小角度彎曲，如90°轉彎，建議布設時(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，需結合實(shí)測的距離-散射強度曲線(xiàn)，調整方案。

  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)級自校準光學(xué)測量與傳感技術(shù)開(kāi)發(fā)，也是國內唯一一家實(shí)現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，主要應用于光學(xué)鏈路診斷、光學(xué)多參數測量、高精度分布式光纖溫度和應變傳感測試。已與全球多個(gè)國家和地區企業(yè)建立良好的合作關(guān)系，并取得諸多成果。電話(huà)：027-87002165官網(wǎng)：http://www.mega-sense.com/。