昊衡科技：OFDR光纤传感测试三大问题及解决方案
发布时间：2022-04-11 09:33:54 热度：2641
4/11/2022，光纤在线讯，近期，昊衡科技进行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。
昊衡科技
一家集研发、生产、销售于一体的高科技公司，专业从事工业级自校准光学测量与传感技术开发，也是国内唯一一家实现OFDR技术商用化的公司。
目前，昊衡科技已推出多款高精度高分辨率产品，主要应用于光学链路诊断、光学多参数测量、高精度分布式光纤温度和应变传感测试。已与全球多个国家和地区企业建立良好的合作关系，并取得诸多成果。
电话：027-87002165
官网：http://www.mega-sense.com/
公众号：“昊衡科技”或“大话光纤传感”
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。
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。
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。
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。
昊衡科技
一家集研发、生产、销售于一体的高科技公司，专业从事工业级自校准光学测量与传感技术开发，也是国内唯一一家实现OFDR技术商用化的公司。
目前，昊衡科技已推出多款高精度高分辨率产品，主要应用于光学链路诊断、光学多参数测量、高精度分布式光纤温度和应变传感测试。已与全球多个国家和地区企业建立良好的合作关系，并取得诸多成果。
电话：027-87002165
官网：http://www.mega-sense.com/
公众号：“昊衡科技”或“大话光纤传感”
