OFDR解調(diào)弱柵陣列的實(shí)例分析

弱反射光纖光柵（簡(jiǎn)稱：弱柵）在單根光纖上可以復(fù)用成千上萬(wàn)個(gè)光柵，進(jìn)一步增加了單根光纖的復(fù)用光柵數(shù)量（傳感容量），在傳感領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用前景。對(duì)于OFDR光頻域反射儀解調(diào)弱柵陣列，我們通常知其一不知其二，昊衡科技匯總了以下三個(gè)問題并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行分析。01OFDR設(shè)備解調(diào)普通單模光纖和弱反射光纖光柵陣列，兩者差異？OFDR解調(diào)普通單模光纖和弱反射光纖光柵陣列，若OFDR設(shè)備能夠兼容、支持以上傳感器的使用，從用戶角度來看，兩者的使用操作完全相同。兩者差異主要有三個(gè)方面：

1）從時(shí)域曲線來分析反射光強(qiáng)。相對(duì)于普通單模光纖，弱柵陣列的反射光強(qiáng)比光纖的瑞利散射光強(qiáng)高約27dB，如下圖所示：

圖1 反射光強(qiáng)對(duì)比

2）從頻域曲線來分析瑞利散射頻譜。普通光纖的瑞利散射頻譜是雜亂無序的，而弱反射光纖光柵的頻譜有明顯特征，具有特定的中心波長(zhǎng)，如圖2所示：

圖2 瑞利散射頻譜對(duì)比

3）從傳感測(cè)量參數(shù)配制方面來分析。我們知道OFDR技術(shù)空間分辨率和測(cè)量精度兩參數(shù)相互權(quán)衡。在同等空間分辨率下，相對(duì)于普通單模光纖，OFDR解調(diào)弱柵陣列，重復(fù)精度更高。反而言之，在保證同等重復(fù)精度的前提下，OFDR設(shè)備調(diào)解弱柵陣列還可以配制更小的空間分辨率。

實(shí)測(cè)如下：OSI空間分辨率設(shè)置為2.56mm，分別解調(diào)普通光纖和弱柵陣列，連續(xù)測(cè)量100次，選取其中一個(gè)傳感點(diǎn)顯示結(jié)果，如圖3所示。

(a) 普通光纖的應(yīng)變結(jié)果

(b) 弱柵陣列的應(yīng)變結(jié)果
圖3 選取單點(diǎn)連續(xù)測(cè)量100次的應(yīng)變結(jié)果

基于以上原因，OFDR設(shè)備解調(diào)弱柵陣列，相對(duì)于普通單模光纖，可以獲得更高的測(cè)量穩(wěn)定性和更強(qiáng)的抗干擾能力。文末有測(cè)試對(duì)比視頻。

02弱柵陣列的柵距1cm，OFDR解調(diào)如何實(shí)現(xiàn)1mm的空間分辨率？弱柵陣列是多個(gè)弱反射光纖光柵（WFBG）的集成，在單根光纖上可實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模復(fù)用。OFDR（光頻域反射）技術(shù)具備mm級(jí)別的空間分辨能力和分布式的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，當(dāng)解調(diào)弱柵陣列時(shí)，它不是把單個(gè)WFBG作為一個(gè)傳感單元來解調(diào)，而是可以把一個(gè)完整的WFBG柵區(qū)等間隔劃分為多個(gè)串連的獨(dú)立傳感單元。

比如弱柵陣列柵距1cm(單個(gè)WFBG柵長(zhǎng)9mm，從中心到中心的間距10mm，如圖4所示)，在1cm弱柵長(zhǎng)度上等間隔劃分為10個(gè)1mm的獨(dú)立傳感單元。

圖4弱柵陣列的柵距1cm

由于各個(gè)單元都具有特征光譜，并且沿光纖長(zhǎng)度方向的位置不同，如圖5所示，因此可以被OFDR設(shè)備（型號(hào)：OSI-S，設(shè)置空間分辨率為1mm）解調(diào)，實(shí)現(xiàn)1mm空間分辨率的分布式應(yīng)變溫度測(cè)量。

圖5 弱柵陣列傳感單元的時(shí)域和頻域曲線

03OFDR解調(diào)普通單模光纖和弱柵陣列的應(yīng)變測(cè)量差異在一塊復(fù)合材料片上分別布設(shè)一根聚酰亞胺（PI涂層）光纖和一根弱柵陣列，以不同頻率彎曲復(fù)合材料片施加載荷。OSI設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)煞N傳感器的應(yīng)變分布，對(duì)比結(jié)果如下：

↑↑↑OFDR解調(diào)兩種傳感器測(cè)試對(duì)比的視頻↑↑↑

綜上所述，OFDR設(shè)備解調(diào)普通單模光纖和弱反射光纖光柵陣列，若OFDR設(shè)備能夠兼容、支持以上傳感器，使用操作相同，而且都可以達(dá)到設(shè)備支持的最高空間分辨率，比如OSI-S的1mm最高空間分辨率，OSI-D的0.64mm最高空間分辨率。OFDR解調(diào)弱柵陣列的優(yōu)勢(shì)在于，可以進(jìn)一步提升測(cè)量穩(wěn)定性，增加抗干擾能力，尤其適合準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量、振動(dòng)或光纖晃動(dòng)的環(huán)境。