以OSI設備為例說明OFDR技術傳感解調過程

01

概述

OFDR技術通過獲得整根光纖瑞利散射信號進行分布式應變溫度測量，具有高精度、高分辨、分布式等特點。本文以OSI設備為例說明OFDR技術傳感解調過程，并介紹了OSI設備后處理進階功能，此功能提供更多開放性和自由度，用戶可利用它重設空間分辨率和參考數據，進行更多數據分析。

02

OFDR傳感解調過程

OFDR技術原理是掃頻光源結合相干探測技術，檢測光纖中背向瑞利散射信號，獲取整根光纖的瑞利散射分布信息，通過解調光纖中的瑞利散射頻譜移動（光纖長度方向上的伸縮），實現毫米/厘米級的應變溫度分布測量。

(a)相干探測原理

（b）傳感解調原理

圖1OFDR技術原理

OSI設備傳感解調，在線測量過程如下：

1、取參考，用戶掃描獲得OFDR曲線，保存為一組參考數據。

2、當光纖施加載荷后，再次掃描獲得OFDR曲線，即傳感數據（下文中提及的原始數據）。

3、傳感解調、輸出結果。OSI設備根據預設的空間分辨率，自動解調計算獲得傳感結果，實時顯示距離-頻移/應變/溫度分布曲線。

OFDR技術傳感解調過程如圖2所示。解調算法是按預設的移動窗截取參考數據和傳感數據，兩者進行互相關計算，獲得此傳感單元的瑞利散射頻移，結合頻移量與應變溫度轉換系數得出應變溫度值。對整根光纖的所有傳感單元逐一計算，即可得到隨距離變化的頻移/應變/溫度分布曲線。

圖2 OFDR技術傳感解調過程

03

原始數據后處理及優(yōu)勢

原始數據是指各種加載狀態(tài)下的OFDR曲線，包括零加載狀態(tài)和施加載荷的傳感數據。原始數據包含整根光纖的瑞利散射分布信息，用戶可借助OSI系統配套的后處理軟件（Post Sensing），將原始數據（.osi格式）處理成傳感結果（.txt格式），功能等同于上述OSI設備解調的第3步，得到距離-應變/溫度分布曲線。

原始數據處理后得到的傳感結果與OSI系統在線測量的結果不沖突，用戶還可以重設空間分辨率和參考數據，相當于一次實驗獲得不同條件下的應變溫度分布結果。具體優(yōu)勢如下：

1、重設空間分辨率

比如OSI設備測試懸臂梁，在其自由端施加200g的砝碼，空間分辨率設為1cm，在線測試，結果如圖3所示。測量時保存原始數據，借助Post Sensing軟件處理原始數據，可以得到各種空間分辨率下的應變分布，圖4顯示1mm空間分辨率的應變結果。

圖3OSI在線測量懸臂梁的應變分布

（1cm空間分辨率）

圖4原始數據處理后的應變分布

（1mm空間分辨率）

2、數據處理和數據回放

借助后處理，用戶可以將逐級加載的測量結果保存至一個txt里，也可以進行數據回放，逐一觀察每個狀態(tài)下的分布結果，如下面的動圖所示。

圖5 原始數據處理和回放的動圖

3、重設參考數據，分段進行數據分析

OFDR設備在線測量是基于一組固定的參考數據，測量加載后的變化量。而OSI后處理軟件可以選中任意一組.osi原始數據作為參考數據，也可以選擇待處理的原始數據的起始點位置和數量。

有時實驗過程中，如果光纖某位置出現大應變梯度或者超應變量程，此時相關傳感單元的參考數據與傳感數據無相關性，導致OFDR設備解調顯示異常值。這類情況下，我們可以使用后處理功能分段進行數據分析處理和數據拼接，消除異常情況。

比如實驗全程應變需加載至15000微應變以上，在線測試是以零加載狀態(tài)為基準開始測量，然后逐級加載測試，當加載后的實際應變超出OFDR設備的量程，實時顯示傳感結果異常。用戶可以繼續(xù)實驗并保存原始數據，通過后處理進行數據處理。后處理操作步驟如下：

1)選擇零加載的.osi原始數據為參考數據，處理0~ 10000微應變這段數據；

2)選擇10000微應變的.osi原始數據為參考數據，處理10000~ 15000微應變這段數據；

3)將1）和2）兩段數據拼接，即可獲得0~15000微應變的整個過程的傳感結果。

圖6大應變范圍的后處理結果

備注：上述舉例中，為了避免加載過大、拉斷光纖，光纖應變加載至約15000微應變，某些光纖傳感器可測到30000微應變。

04

總結

本文以OSI設備為例說明OFDR技術的傳感解調原理和測試過程，并詳細介紹了OSI系統的后處理功能。OSI設備開放性設計，用戶可在OSI系統在線測量時保存原始數據，后續(xù)使用配套的PostSensing軟件，重設空間分辨率和參考數據，進行數據處理和分析，解決某些測試難題。






審核編輯：劉清