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光纖鏈路有損耗,應(yīng)變溫度還能測量嗎?

昊衡科技 ? 2022-04-07 15:14 ? 次閱讀

當(dāng)光纖鏈路存在光信號損耗時(shí)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)光鏈路中存在損耗時(shí),能否繼續(xù)測試?測試出的效果是否會受影響?昊衡科技針對這些問題結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析,給出了測試指導(dǎo)建議。

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一、如何確認(rèn)光纖鏈路有損耗以及損耗大小

使用OFDR光頻域反射儀測量應(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。

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圖1. 試驗(yàn)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(qiáng)度(縱坐標(biāo))曲線。零點(diǎn)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(qiáng)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。

81a988d2-b2b0-11ec-82f6-dac502259ad0.jpg圖2. 光纖鏈路的距離-散射強(qiáng)度曲線81782a08-b2b0-11ec-82f6-dac502259ad0.png

二、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(shí)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(jìn)行傳感測量。通常此時(shí)的光纖鏈路已斷開,原先的傳感段進(jìn)入底噪,因?yàn)樘綔y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(shí)驗(yàn)。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瑢Ρ炔煌旁氡葪l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。81dea1ca-b2b0-11ec-82f6-dac502259ad0.png

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(shí),先查找損耗原因后再重新進(jìn)行測試。

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三、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(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。下表匯總了三種常見光纖應(yīng)變傳感器在波長1550nm時(shí),彎曲半徑和損耗的關(guān)系,以供參考。

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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(shí),改善光纖布設(shè)引起的損耗。

使用OFDR光頻域反射儀測量應(yīng)變和溫度時(shí),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,昊衡科技建議如下:

1. 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(shí)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

2. 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(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支持更小的彎曲半徑

3. 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額外損耗,需結(jié)合實(shí)測的距離-散射強(qiáng)度曲線,調(diào)整方案

OSI-S是一款超高精度分布式光纖傳感系統(tǒng)。其原理基于光頻域反射技術(shù)(OFDR),用于溫度和應(yīng)變分布式測量,空間分辨率高達(dá)1mm,溫度和應(yīng)變測量精度最高可達(dá)±0.1℃和±1.0με。該系統(tǒng)采用常規(guī)單模光纖作傳感器,兼容高密度弱反射光纖光柵陣列,在一根光纖上可同時(shí)測量成千上萬傳感點(diǎn),廣泛應(yīng)用于短距離、高分辨、高精度溫度和應(yīng)變測量領(lǐng)域。

基礎(chǔ)
參數(shù)
傳感長度100m
空間分辨率??1~10mm
應(yīng)變測量精度±1.0με
測量范圍±12000με
溫度測量精度±0.1
測量范圍-200~1200
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