OFDR设备不能连接超量程的光纤

武汉东隆科技有限公司

2024/06/24 10:23

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OFDR设备不能连接超量程的光纤

问：仪器标称测量长度是100米，那我连接大于100米的光纤，只测量前面100米，行不行呢？

答：不行！

我们在与客户交流时，经常会被问到以上问题，通常情况下，连接的光纤必须要小于仪器标称测量长度。这里既然用“通常”，那么当然也存在一些特殊情况可以连接大于100米的光纤，而不影响测量结果。

如果要搞清楚这个问题，首先我们需要了解一下信号采集原理中的“混叠现象”，大家可自行搜索百度百科查看。如下截图所示：

图1 “混叠”百度百科

简单解释就是：假如仪器采样频率是fs，信号频率是fo，并且fs/2 < fo < fs，则实际采集到的信号频率f是：

f = fs – fo

而OFDR光频域反射技术是通过光纤上各个位置散射光与本地参考光的频率差来实现定位。也就是说光纤上各个位置的散射光在到达光电探测器后频率是不同的。

图1.OFDR原理

如图1示，OFDR系统的迈克尔逊干涉仪结构。激光器发出的线性扫频光经过耦合器分成两路。一路进入参考光路经反射镜反射后，再次经过耦合器到达光电探测器；另外一路进入传感光纤，在传感光纤各处产生瑞利散射后，经耦合器到达光电探测器。两路信号产生差频后经系统采集。

通常系统的采样频率是2MHz，测量长度是100米。根据奈奎斯特采样定理，则传感光纤100米位置对应的散射信号频率为1MHz（采样频率的一半）。0~1MHz的散射信号对应于传感光纤的0~100米区域，所以我们也可以得到传感光纤70米~100米区域对应的散射信号频率是0.7MHz~1MHz。

图2.正常光纤瑞利散射图像

当接入传感光纤70米，小于实际最大传感长度约112米（最大量程即横坐标最大值），光纤尾端下降台阶明显。如果我们在100米传感光纤后面再接入30米光纤的话，光电探测器探测到的这段30米光纤（100米~130米段）的散射信号频率为1MHz~1.3MHz。由于我们的采样频率只有2MHz，则对于这段信号的采集就会产生混叠效应，实际采集到的信号频率是2MHz-（1MHz~1.3MHz），即1MHz~0.7MHz，对应于100米~130米这段光纤。

因此，反过来看这段光纤，可以得到130米~100米光纤段的信号频率（0.7MHz~1MHz）与70米~100米光纤段的信号频率（0.7MHz~1MHz）一样，两者混合在一起，导致无法区分这两段光纤，也就不能用来测量。而0~70米这段光纤的散射信号频率并没有与某个光纤段重合，所以仍然可以用来测量。这也就是前文我们说的连接光纤大于100米时仍可以测量的特殊情况。

图3.超量程接入时传感光纤瑞利散射图像

当接入传感光纤144米，超量程32米（最大量程112米），光纤末端（140米位置）实际显示在112-32=80米位置。即80米~112米光纤段瑞利散射信号与144米~112米光纤段瑞利散射信号混合在一起，无法区分。

由此得出，假如仪器规定的传感长度是100米时（OSI-S传感长度100米，OSI-D传感长度20米），如果您连接的传感光纤长度超过100米，多了n米时，则由100米位置向前推n米，即（100-n）米~100米这段光纤是不能用来测量的。

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