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什么是弱栅阵列,OFDR能否解调弱栅阵列?

OFDR光纤传感 2022-03-04 16:38 发文

前文已介绍弱反射光纤光栅阵列的概念,对于OFDR设备解调弱栅阵列,我们通常知其一不知其二,下文主要汇总了三个问题,结合实例进行分析。

1、 OFDR设备解调普通单模光纤和弱反射光纤光栅阵列,两者差异?

OFDR解调普通单模光纤和弱反射光纤光栅阵列,若OFDR设备能够兼容、支持以上传感器的使用,从用户角度来看,两者的使用操作完全相同。两者差异主要有三个方面:

1)从时域曲线来分析反射光强。相对于普通单模光纤,弱栅阵列的反射光强比光纤的瑞利散射光强高约27dB,如下图所示:

图1 反射光强对比

2)从频域曲线来分析瑞利散射频谱。普通光纤的瑞利散射频谱是杂乱无序的,而弱反射光纤光栅的频谱有明显特征,具有特定的中心波长,如图2所示:

图2 瑞利散射频谱对比

3)从传感测量参数配制方面来分析。我们知道OFDR技术空间分辨率和测量精度两参数相互权衡。在同等空间分辨率下,相对于普通单模光纤,OFDR解调弱栅阵列,重复精度更高。反而言之,在保证同等重复精度的前提下,OFDR设备调解弱栅阵列还可以配制更小的空间分辨率。

实测如下:OSI空间分辨率设置为2.56mm,分别解调普通光纤和弱栅阵列,连续测量100次,选取其中一个传感点显示结果,如图3所示。

(a) 普通光纤的应变结果

(b) 弱栅阵列的应变结果

图3 选取单点连续测量100次的应变结果

      基于以上原因,OFDR设备解调弱栅阵列,相对于普通单模光纤,可以获得更高的测量稳定性和更强的抗干扰能力。文末有测试对比视频。

2、 弱栅阵列的栅距1cm,OFDR解调如何实现1mm的空间分辨率?

弱栅阵列是多个弱反射光纤光栅(WFBG)的集成,在单根光纤上可实现超大规模复用。OFDR(光频域反射)技术具备mm级别的空间分辨能力和分布式的测量优势,当解调弱栅阵列时,它不是把单个WFBG作为一个传感单元来解调,而是可以把一个完整的WFBG栅区等间隔划分为多个串连的独立传感单元。

比如弱栅阵列栅距1cm (单个WFBG栅长9mm,从中心到中心的间距10mm,如图4所示),在1cm弱栅长度上等间隔划分为10个1mm的独立传感单元。

图4 弱栅阵列的栅距1cm

图5 弱栅阵列传感单元的时域和频域曲线

由于各个单元都具有特征光谱,并且沿光纤长度方向的位置不同(如图5所示),因此可以被OFDR设备(型号:OSI-S,设置空间分辨率为1mm)解调,实现1mm空间分辨率的分布式应变温度测量。

综上所述,OFDR设备解调普通单模光纤和弱反射光纤光栅阵列,若OFDR设备能够兼容、支持以上传感器,使用操作相同,而且都可以达到设备支持的最高空间分辨率,比如OSI-S的1mm最高空间分辨率,OSI-D的0.64mm最高空间分辨率。OFDR解调弱栅阵列的优势在于,可以进一步提升测量稳定性,增加抗干扰能力,尤其适合准动态测量、振动或光纤晃动的环境。

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
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