經(jīng)驗分享：OFDR光纖傳感測試三大問題及解決方案

  ICC訊 近期，昊衡科技進行OFDR設(shè)備傳感測量時，對用戶碰到的共性問題：“若光纖鏈路有損耗，能否進行應(yīng)變溫度測量”，整理了一份測試經(jīng)驗報告，分享給大家。用戶好評不斷，反饋實用且很受啟發(fā)，以下是報告內(nèi)容。

  當(dāng)光纖鏈路存在光信號損耗時會影響光纖傳感測試，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(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)測試，測試出的效果是否會受影響?本文針對這些問題結(jié)合實驗進行分析，給出了測試指導(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，試驗裝置如下：一個可調(diào)衰減器一端連接OSI設(shè)備DUT接口，另一端連接一個光纖拉伸梁裝置。

  圖1. 試驗裝置圖

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

  零點位置對應(yīng)設(shè)備DUT口，7.5m以后是無效信號，為設(shè)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的損耗。

  圖2. 光纖鏈路的距離-散射強度曲線

  2.光纖鏈路有損耗能否繼續(xù)測量?

  光纖鏈路中有損耗，能否繼續(xù)測量，需根據(jù)實際情況來評估，大致有以下三種情況。

  1)光纖鏈路總損耗接近設(shè)備底噪，不能進行傳感測量。通常此時的光纖鏈路已斷開，原先的傳感段進入底噪，因為探測不到有效信號，測量結(jié)果混亂、無規(guī)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(shè)備底噪8dB以上，即信噪比大于8dB，應(yīng)變測量不受影響，而且±12000με的應(yīng)變范圍也不會有損失，可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)加載實驗。

  3)光纖鏈路有較大損耗，信噪比低于8dB，測試可以繼續(xù)，但是隨著光纖鏈路的損耗增大，系統(tǒng)可準(zhǔn)確測量的應(yīng)變范圍會降低。以光纖拉伸梁測試應(yīng)變?yōu)槔?，對比不同信噪比條件下儀器能準(zhǔn)確測量應(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

  對于不同待測結(jié)構(gòu)和測試方案，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，先查找損耗原因后再重新進行測試。

  3.光纖鏈路產(chǎn)生損耗的主要原因

  1)使用人員操作不當(dāng)，如設(shè)備DUT接口污染或光纖跳線沒有正確接入DUT接口，熔接點效果不佳，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，可通過排除故障、減小宏彎或更換光纖傳感器來降低損耗。另外，不同光纖類型其彎曲半徑和損耗關(guān)系有較大差異。表1匯總了三種常見光纖應(yīng)變傳感器在波長1550nm時，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，傳感器、膠水以及兩者相互作用有可能帶來額外損耗，而且隨著布設(shè)的光纖長度增加，鏈路累積的總損耗會增大。比如PI涂層光纖用502膠水布設(shè)20m以上會有損耗，可以通過換用AB膠，在保證應(yīng)變傳遞效果的同時，改善光纖布設(shè)引起的損耗。

  總結(jié)

  使用OFDR設(shè)備測量應(yīng)變和溫度時，若光纖鏈路有損耗，能否繼續(xù)測量以及如何改善測試結(jié)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(nèi)。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，此時系統(tǒng)可測的應(yīng)變范圍有所下降，建議查找原因、排除故障、降低損耗后再測試。

  若測試方案中光纖布設(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支持更小的彎曲半徑。

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

  昊衡科技

  Megasense

  一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高科技公司，專業(yè)從事工業(yè)級自校準(zhǔn)光學(xué)測量與傳感技術(shù)開發(fā)，也是國內(nèi)唯一一家實現(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)測量、高精度分布式光纖溫度和應(yīng)變傳感測試。已與全球多個國家和地區(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/。