分析OFDR曲線能否進行應變溫度測量？

1概述

OFDR分布式光纖傳感技術具有高分辨、高精度、分布式的傳感特性，已經應用到各個行業領域中。在實際測量中，光纖鏈路可能會出現高反射、損耗等干擾，導致OFDR測試結果不準確甚至不能測試。這種情況下，如何分析OFDR曲線并改善是成功測試的重中之重，本文匯總了一些常見異常情況并給出處理建議。

2理想OFDR曲線

OFDR傳感可以測量光纖應變和溫度變化量，需要在加載測量前保存一組基準（取參考）。以OSI設備為例，軟件上取參考界面如圖1所示。在此界面可以獲得一組OFDR曲線，即距離（橫坐標）-散射強度（縱坐標）曲線。OFDR曲線橫坐標可以反映待測光纖鏈路的有效長度以及設備可支持的最大傳感長度（例如圖1，光纖鏈路的長度約6m,設備最大傳感長度約110m）。OFDR曲線縱坐標可以反映整根光纖鏈路中各位置對應的反射強度及損耗。

圖1OSI-S的取參考界面

理想的OFDR曲線是這樣的：在光纖鏈路長度范圍內，曲線為一條平整干凈、無臺階（無損耗）的直線，在法蘭連接或熔接位置會有反射峰，光纖尾端因光路截止出現下降的臺階，光纖尾端有反射峰且峰值與前面基線差值小于40dB，如圖2所示。

圖2理想OFDR曲線

3異常OFDR曲線

OFDR曲線出現異常，會導致應變溫度傳感測量效果不好甚至測試失敗?？偨YOFDR曲線異常情況，可分為兩類：1）、光纖鏈路中存在損耗；2）、光纖鏈路中存在高反射。

3.1 光纖鏈路中存在損耗

光纖鏈路中產生損耗主要原因為：連接頭損耗、熔接點質量不高、光纖斷裂、光纖彎曲半徑小、粘貼光纖膠水固化收縮等。異常OFDR曲線如下圖所示。

圖3 光纖斷裂

圖4 光纖彎曲或連接較差

光纖鏈路中存在損耗時能否繼續測量，需根據實際情況來評估，大致有以下三種情況。 1）光纖鏈路信號到達設備底噪，不能進行傳感測量。此時通常為光纖斷裂或有大損耗，測量段光纖信號進入底噪，探測不到有效信號，不能進行傳感測試。

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，而且應變范圍也不會有損失，可以在此條件下繼續測試。

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5所示的信噪比-應變范圍曲線。

圖5 信噪比-應變范圍曲線

圖6 OFDR曲線信噪比

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，先查找原因、排除損耗后再進行測試。

備注：OSI系統可調節信號增益，如下圖所示0.8m處光纖彎曲產生損耗，設置增益倍數，從6dB切換至16dB，增益后光纖鏈路各位置的信號增強。

圖7 OSI增益調節

圖8 OSI增益調節后的OFDR曲線

注意：若光纖尾端反射太高，加大增益，可能出現OFDR曲線畸形。

3.2光纖鏈路中存在高反射

光纖鏈路中高反射主要來源于連接頭端面反射和光纖尾端反射。通常PC/UPC端面研磨方式的光纖接頭反射比較大，建議光纖鏈路中選擇APC端面研磨接頭。

圖9 OFDR曲線存在高反射

若是光纖尾端高反射，建議在每次測試前都對分布式光纖傳感器的尾端進行處理，以消除高反射。如何消除光纖尾端高反射，有以下幾種方法可供參考。

1）在光纖傳感器尾端熔接或連接一根ERE尾端反射消除器；

2）在靠近光纖尾端處打結或繞圈，使信號衰減降低反射；

3）在光纖尾端端面處涂匹配膏消除高反射。

以上方法中，熔接ERE效果最佳，也適合各類光纖傳感器。涂匹配膏的方法具有不穩定性，適合短時加載的實驗。尾端打結的方法適合不耐彎曲光纖，不適合耐彎曲光纖。

4總結

本文分享了OFDR使用的測試經驗，關于如何分析OFDR曲線，以獲得最佳的傳感測量效果。文章羅列了OFDR曲線正常和異常的情況，并給出處理建議?？偨Y來看，有以下兩方面。

1）光纖鏈路中存在損耗。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、排除損耗后再進行測試。用戶也可以加大OSI系統上的增益倍數，提高信號強度。

2）光纖鏈路中存在高反射，尤其是光纖尾端。建議在每次測試前對光纖尾端進行處理，熔接ERE效果最佳。

來源：大話光纖傳感

審核編輯：湯梓紅