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芯瑞科技给出OFDR光纤传感测试三大问题及解决方案

    近期,芯瑞科技进行OFDR设备传感测量时,对用户碰到的共性问题:“若光纤链路有损耗,能否进行应变温度测量”,整理了一份测试经验报告,分享给大家。用户好评不断,反馈实用且很受启发,以下是报告内容。

     当光纤链路存在光信号损耗时会影响光纤传感测试,在一些光纤传感测试工况中,光纤链路中不可避免存在宏弯损耗,比如在复合材料中嵌入光纤,光纤以S形布设成面阵;土木结构测试中,在钢筋笼里布设光纤有直角转弯。当光链路中存在损耗是能否继续测试,测试出的效果是否会受影响?本文针对这些问题结合实验进行分析,给出了测试指导建议。

1.如何确认光纤链路有损耗以及损耗大小
     使用OFDR设备测量应变和温度,如何判断光纤链路有损耗以及损耗大小?以OSI-S高精度分布式光纤传感系统为例,试验装置如下:一个可调衰减器一端连接OSI设备DUT接口,另一端连接一个光纤拉伸梁装置。

图1. 试验装置图

     在OSI系统的传感段选取界面,测量以上光纤链路,获得距离(横坐标)-散射强度(纵坐标)曲线。

     零点位置对应设备DUT口,7.5m以后是无效信号,为设备底噪,约-130dB;7.5m以前是光纤链路的散射信号,衰减器约在1.5m附近,2.5m~7.5m为光纤传感段。

     距离-散射强度曲线中,台阶可反映光信号的损耗,如衰减器两端台阶差值代表衰减器对光路带来的损耗。


图2. 光纤链路的距离-散射强度曲线


2.光纤链路有损耗能否继续测量?

     光纤链路中有损耗,能否继续测量,需根据实际情况来评估,大致有以下三种情况。

     1)光纤链路总损耗接近设备底噪,不能进行传感测量。通常此时的光纤链路已断开,原先的传感段进入底噪,因为探测不到有效信号,测量结果混乱、无规律可循。

     2)光纤链路有少量损耗,光纤传感段散射信号高于设备底噪8dB以上,即信噪比大于8dB,应变测量不受影响,而且±12000με的应变范围也不会有损失,可以在此基础上继续加载实验。

     3)光纤链路有较大损耗,信噪比低于8dB,测试可以继续,但是随着光纤链路的损耗增大,系统可准确测量的应变范围会降低。以光纤拉伸梁测试应变为例,对比不同信噪比条件下仪器能准确测量应变的最大范围,得出如图3所示的信噪比-应变范围曲线。


图3. 信噪比-应变范围曲线


     对于不同待测结构和测试方案,由光纤链路损耗而导致的应变范围损失,情况有所不同。因此,我们建议当链路有损耗且信噪比低于8dB时,先查找损耗原因后再重新进行测试。

3.光纤链路产生损耗的主要原因

     1)使用人员操作不当,如设备DUT接口污染或光纤跳线没有正确接入DUT接口,熔接点效果不佳,光纤跳线法兰连接有误等。

     2)光纤链路某位置有小半径、小角度弯曲,可通过排除故障、减小宏弯或更换光纤传感器来降低损耗。另外,不同光纤类型其弯曲半径和损耗关系有较大差异。表1汇总了三种常见光纤应变传感器在波长1550nm时,弯曲半径和损耗的关系,以供参考。



     3)光纤传感器在布设时,传感器、胶水以及两者相互作用有可能带来额外损耗,而且随着布设的光纤长度增加,链路累积的总损耗会增大。比如PI涂层光纤用502胶水布设20m以上会有损耗,可以通过换用AB胶,在保证应变传递效果的同时,改善光纤布设引起的损耗。

总结
     使用OFDR设备测量应变和温度时,若光纤链路有损耗,能否继续测量以及如何改善测试结果,建议如下:

     ✔测试前先判断光纤链路损耗是否在合理范围内。若链路有少量损耗且信噪比大于8dB,OSI传感测量不受影响,若信噪比低于8dB,此时系统可测的应变范围有所下降,建议查找原因、排除故障、降低损耗后再测试
 
     ✔若测试方案中光纤布设的路径存在小角度弯曲,如90°转弯,建议布设时尽可能使光纤弯曲半径大一些,降低损耗,或者选用耐弯曲光纤来支持更小的弯曲半径

     ✔光纤传感器布设时,传感器、胶水以及两者相互作用有可能带来额外损耗,需结合实测的距离-散射强度曲线,调整方案


成都芯瑞科技股份有限公司位于西部“硅谷”—— 成都,致力于服务国内外科研机构、研究院所及企事业单位科研人员的科技型企业。芯瑞科技于2012年成立,通过公司研发团队多年的自主创新,在高速电光调制、高速光电探测、高灵敏度光电探测、射频光纤传输微波芯片设计、微波组件领域已处于国内同行领先水平。公司产品包括:单通道数字光模块、多通道数字光模块、光端机、微波组件、射频光模块、PON OLT/ONU模块等相应系列产品自推向市场以来,以其稳定、优越的产品性能赢得国内用户的一致好评。产品全面替代AVAGO、Finisar等国外品牌产品。


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