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    昊衡科技:OFDR光纖傳感測試三大問題及解決方案

    光纖在線編輯部  2022-04-11 09:33:54  文章來源:本站消息  版權所有,未經許可嚴禁轉載.

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

    4/11/2022,光纖在線訊,近期,昊衡科技進行OFDR設備傳感測量時,對用戶碰到的共性問題:“若光纖鏈路有損耗,能否進行應變溫度測量”,整理了一份測試經驗報告,分享給大家。用戶好評不斷,反饋實用且很受啟發,以下是報告內容。

         當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受影響?本文針對這些問題結合實驗進行分析,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?以OSI-S高精度分布式光纖傳感系統為例,試驗裝置如下:一個可調衰減器一端連接OSI設備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。

         零點位置對應設備DUT口,7.5m以后是無效信號,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測量?

         光纖鏈路中有損耗,能否繼續測量,需根據實際情況來評估,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,測量結果混亂、無規律可循。

         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的應變范圍也不會有損失,可以在此基礎上繼續加載實驗。

         3)光纖鏈路有較大損耗,信噪比低于8dB,測試可以繼續,但是隨著光纖鏈路的損耗增大,系統可準確測量的應變范圍會降低。以光纖拉伸梁測試應變為例,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。


    圖3. 信噪比-應變范圍曲線


         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,先查找損耗原因后再重新進行測試。

    3.光纖鏈路產生損耗的主要原因

         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系有較大差異。表1匯總了三種常見光纖應變傳感器在波長1550nm時,彎曲半徑和損耗的關系,以供參考。



         3)光纖傳感器在布設時,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20m以上會有損耗,可以通過換用AB膠,在保證應變傳遞效果的同時,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,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,需結合實測的距離-散射強度曲線,調整方案。

    昊衡科技

          一家集研發、生產、銷售于一體的高科技公司,專業從事工業級自校準光學測量與傳感技術開發,也是國內唯一一家實現OFDR技術商用化的公司。
         目前,昊衡科技已推出多款高精度高分辨率產品,主要應用于光學鏈路診斷、光學多參數測量、高精度分布式光纖溫度和應變傳感測試。已與全球多個國家和地區企業建立良好的合作關系,并取得諸多成果。

    電話:027-87002165
    官網:http://www.mega-sense.com/
    公眾號:“昊衡科技”或“大話光纖傳感”
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