光纖鏈路有損耗，應(yīng)變溫度還能測(cè)量嗎？

當(dāng)光纖鏈路存在光信號(hào)損耗時(shí)會(huì)影響光纖傳感測(cè)試，在一些光纖傳感測(cè)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(cè)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(cè)試？測(cè)試出的效果是否會(huì)受影響？昊衡科技針對(duì)這些問題結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，給出了測(cè)試指導(dǎo)建議。

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(cè)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。

圖1. 試驗(yàn)裝置圖

在OSI系統(tǒng)的傳感段選取界面，測(cè)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(duì)應(yīng)設(shè)備DUT口，7.5m以后是無效信號(hào)，為設(shè)備底噪，約-130dB；7.5m以前是光纖鏈路的散射信號(hào)，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(tái)階可反映光信號(hào)的損耗，如衰減器兩端臺(tái)階差值代表衰減器對(duì)光路帶來的損耗。

圖2. 光纖鏈路的距離-散射強(qiáng)度曲線

二、光纖鏈路有損耗能否繼續(xù)測(cè)量？

光纖鏈路中有損耗，能否繼續(xù)測(cè)量，需根據(jù)實(shí)際情況來評(píng)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(cè)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(cè)不到有效信號(hào)，測(cè)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(hào)高于設(shè)備底噪8dB以上，即信噪比大于8dB，應(yīng)變測(cè)量不受影響，而且±12000με的應(yīng)變范圍也不會(huì)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(cè)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(cè)量的應(yīng)變范圍會(huì)降低。以光纖拉伸梁測(cè)試應(yīng)變?yōu)槔?，?duì)比不同信噪比條件下儀器能準(zhǔn)確測(cè)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。

圖3. 信噪比-應(yīng)變范圍曲線

對(duì)于不同待測(cè)結(jié)構(gòu)和測(cè)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(cè)試。

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(zhǎng)1550nm時(shí)，彎曲半徑和損耗的關(guān)系，以供參考。

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(zhǎng)度增加，鏈路累積的總損耗會(huì)增大。比如PI涂層光纖用502膠水布設(shè)20m以上會(huì)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(cè)量應(yīng)變和溫度時(shí)，若光纖鏈路有損耗，能否繼續(xù)測(cè)量以及如何改善測(cè)試結(jié)果，昊衡科技建議如下：

1. 測(cè)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(cè)量不受影響；若信噪比低于8dB，此時(shí)系統(tǒng)可測(cè)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(cè)試。

2. 若測(cè)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(cè)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(cè)量，空間分辨率高達(dá)1mm，溫度和應(yīng)變測(cè)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(cè)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(cè)量領(lǐng)域。