B-OTDR在海底光缆制造与施工维护中的应用.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：B-OTDR在海底光缆制造与施工维护中的应用2009-11-0916:47B-OTDR在海底光缆制造与施工维护中的应用作者：陆国梁缪国兵罗勇0引言海底光缆简称SOFC敷设于浅海或深海之中主要用于洲际之间、大陆与岛屿及岛屿之间的通信是具有大容量、高质量、保密性能好、抗干扰能力强的特种光缆因为制造难度大技术要求高俗称“光缆之王”。发展我国海缆产业具有重要的战备意义和社会效益它既是推进全球信息化发展的主体也是进行海洋勘测、开发和维护国家海权的保证。实验室中通常利用“光缆机械性能试验方法”来监测光缆中光纤应变试验必须在光纤成缆后进行。那么能否有办法在每道工艺环节中、随时监测光纤的应变分布状况呢?将导致光纤受力受损的不利因素消灭在萌芽阶段;事实证明B-OTDR(中文名称“布里渊散射光时域反射仪”)可以担此重任其突破传统的常规OTDR衰减测试方法可全程监测海底光缆制造、装卸、施工布放、运行维护中任何一段光纤的应力应变程度从而直观地反应光纤在各工序中的受力状况这对改进海底光缆的制造工艺、施工方案以及及早发现事故隐患有着十分重要的意义。1B-OTDR测试应变的原理1.1布里渊散射与频率漂移光波在光纤中沿直线传播由于光纤的非结晶材料在微观空间存在不均匀结构有一小部分光会发生散射。光纤的散射主要有三种：瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射。根据经典理论：任何介质在常温状态下均存在着由其组成粒子(原子、分子或离子)自发热运动所形成的连续性力学振动这种弹性振动引起介质密度随时间和空间周期性起伏相应地介质内部产生一个自发的声波场。当光定向地射入介质时它将受到介质内自发声波场的散射作用这就是布里渊散射。如图1所示：光纤中布里渊散射通过相对于入射泵浦波频率下移的斯托克斯波的产生来表现可看作泵浦波、斯托克斯波、声波之间的相互作用这种频移称为布里渊频移νB。它与光纤中的声速成正比而声速主要依赖于光纤所受的应力。1.2B-OTDR的测试过程采用B-OTDR进行应变测试是为了获得光纤任意长度上的应变分布情况和光纤在各种试验条件下的应力分布状况。B-OTDR利用如图3所示的工作原理检测沿着光纤长度上每一点的背向布里渊散射光谱：某一频率的入射光被光耦合器分成探测脉冲光和参考光两路光从光纤一端注入探测脉冲光B-OTDR在光纤的同一端接收返回的布里渊散射光对入射光按一定的频率进行改变。不断重复前面的测试过程就能得到大量的不同频率处的背向布里渊散射光的功率分布从而获得图4所示的布里渊散射光频-位置-光功率三维图。光谱图的功率峰值处的频率与入射光频率之差为该位置上的布里渊频移νB利用布里渊频移与应力的关系可得到沿着光纤长度上的应变分布曲线。2几种应变测试方法的比较。目前海缆制造厂家测试光纤应变的主要方法有：脉冲法、相移法。脉冲法是在光纤群折射率已知的情况下通过测量光脉冲或脉冲串的传输时间进行光纤长度测定。测量程序如下：时间延迟发生器触发激光器由激光器发出光脉冲入射进光纤出射光由光检测器接收并将光信号转为电信号再由取样示波器显示脉冲到达时间通过计算机算出时延。相移法是根据光纤传输的正弦波调制光信号的相位变化来测定光纤应变计算公式如下：它们与B-OTDR测试应变的区别如下表：3B-OTDR在海底光缆上的应用3.1B-OTDR在海缆生产过程中的测试我们对生产过程中的不锈钢管二次被覆光纤进行试验用B-OTDR分别测试每一根光纤的应力分布情况。设置B-OTDR初始频率为10.8GHz每10MHz为一个扫描频率间隔扫描频率间隔数为40次。在正常试验条件下进行扫描得到光纤的应力分布曲线现用B-OTDR对同一套塑管中的两根光纤测试图形进行叠加分析得出图5：从图5中可以看出：1)因二次被覆光纤余长主要是放线张力起作用在油膏填充度均匀的情况下处于同一套管中的不同光纤其应力分布基本上是一致的。2)从Maker1~Maker2之间的长度约为163m从Maker5~Maker6之间的长度约为102m而且是逐渐减小的。经分析这是松套管在盘上每层换向的地方受挤压光纤在该点的应力较集中曲线在这些位置上有较明显的尖峰。这在普通OTDR上是无法反映出来的。3)光纤全长度上应力分布也有不同有的段落明显有的不明显。这是因光纤二次被覆生产过程中光纤局部受力不均匀造成的(即使是0.01%微小的受力应变亦能明显表现)。从试验中B-OTDR能敏感的发现光纤在盘上的应力分布情况尽管这种应力很小但我们都能一目了然地看到光纤在不同长度上的应力分布这对我们在改善光缆制造工艺、完善运输包装等方面非常有意义。