洪東輝

光纖是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)傳輸最主要的一種媒介，得到了廣泛應(yīng)用。作為光纖傳輸?shù)闹黧w，光纜的斷裂、損傷，嚴(yán)重影響光纖網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。在實(shí)際OTDR測量中發(fā)現(xiàn)，光纖的損傷很大一部分是被外力彎曲造成的，那么研究光纖彎曲測試曲線的特性及形成的原因，可以在需要快速精準(zhǔn)判斷故障時，提供有效的幫助。在此以光纖彎曲測試實(shí)驗(yàn)為例，講述利用OTDR測得光纖彎曲前后的測試曲線，并分析彎曲后曲線的變化及產(chǎn)生原因，最后根據(jù)光纖彎曲特性，提出3種在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用：判斷并消除“鬼影”，判斷故障點(diǎn)，制造光纖傳感器。

光纖彎曲測試

光纖的彎曲損耗一部分是光纖制造和光纖材料引起的傳輸損耗，一部分是源于光纖使用過程中的彎曲，以及在構(gòu)成光纖系統(tǒng)時由光纖偶合而造成的損耗。為了研究光纖在彎曲時的曲線特性，這里用一根205 m光纖進(jìn)行OTDR測試實(shí)驗(yàn)，如圖所示。將OTDR測量參數(shù)設(shè)置為：波長1550 nm，脈沖寬度30 nm，距離量程0.5 km，采樣分辨率10 cm，得到圖中黃線的曲線。然后，將光纖尾部折一個小彎，其他測試條件不變，得到紅色曲線。

對比打彎前后曲線，發(fā)現(xiàn)打彎處O點(diǎn)出現(xiàn)一個滑坡，這是由于打彎處損耗較大造成的。同時還可以發(fā)現(xiàn)在終點(diǎn)反射峰A點(diǎn)和C點(diǎn)之前，曲線相差并不是特別大，但在終點(diǎn)反射峰后，打彎后的光纖的衰耗迅速增大。實(shí)際上，圖中B點(diǎn)和D點(diǎn)均為測試曲線的“鬼影”，造成的原因是脈沖光的菲涅爾反射功率遠(yuǎn)大于后向瑞利散射光功率，一部分光重新二次反射回來與其他脈沖光相互疊加。觀察可以發(fā)現(xiàn)鬼影反射峰與始端之間的距離是強(qiáng)反射事件與始端距離的倍數(shù)，并且成對稱狀。根據(jù)鬼影的產(chǎn)生機(jī)理，打彎后的光纖，脈沖光二次反射在打彎損耗處經(jīng)歷了2個來回，損耗較不打彎時增加了1倍，因此終點(diǎn)后的曲線迅速惡化直至被噪聲淹沒。

通過前文的測試結(jié)果，可直觀地發(fā)現(xiàn)光纖彎曲后OTDR測試曲線的特性，據(jù)此提出了3種電力系統(tǒng)中光纖彎曲的應(yīng)用方法及場景。

利用光纖彎曲判斷并消除“鬼影”

在對電力光纜進(jìn)行備用纖芯測試時，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)OTDR測試曲線上存在多個反射峰，其中一部分是由于成端或跳接點(diǎn)造成的，而另一些是由離入射端較近而且比較強(qiáng)的反射引起的回音，這種由于回聲造成的反射峰也成為“鬼影”。在分析曲線時，往往容易被鬼影迷惑，誤判反射峰處存在氣泡、裂痕或者成端，這也使得我們不得不對反射峰的真實(shí)情況進(jìn)行分析。鬼影現(xiàn)象是菲涅爾二次反射造成的，反射峰位置是可以預(yù)知。通過對測試結(jié)果的研究，對于因光纖終結(jié)引起鬼影的事件，可以通過"打小彎"衰減反射回始端的光，進(jìn)而消除鬼影，輔助維護(hù)人員對故障進(jìn)行判斷。

利用光纖彎曲判斷故障點(diǎn)

光纖故障引起的網(wǎng)絡(luò)中斷常有發(fā)生，如何快速定位故障點(diǎn)并修復(fù)，是當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員一直在探索的。電力通信光纜往往是沿著一次線路符掛在電力桿塔上，部分光纜可能要穿越樹林、河流等復(fù)雜地形，實(shí)地巡線勘察往往所需時間較長。由于光纜在鋪設(shè)過程中有冗余、變向等復(fù)雜情況，使用OTDR尋找普纜或者ADSS光纜故障點(diǎn)時，往往只能判斷一個大概的距離。維護(hù)人員可以達(dá)到故障點(diǎn)附近，在符掛光纜的桿塔上將光纜打一個彎，同時在成端處用OTDR實(shí)時監(jiān)測，從而判斷故障點(diǎn)與打彎處距離，進(jìn)而縮小故障點(diǎn)的尋找范圍。

利用光纖微彎制造傳感器

當(dāng)光纖受到力的作用產(chǎn)生微彎時，會產(chǎn)生模式或模式平均功率的耦合，部分纖芯模轉(zhuǎn)化為包層模泄漏，從而導(dǎo)致光纖的微彎損耗。通過測量光纖微彎損耗的變化，可以間接得到外界物理參量。利用此原理可以制造出不同的光纖傳感器，光纖微彎傳感器是屬于強(qiáng)度調(diào)制功能型的一種光纖傳感器，由于光纖傳感器受外部電磁干擾影響比較小，運(yùn)用光纖傳感器可以穩(wěn)定監(jiān)測電力系統(tǒng)的電壓、電流及溫度等重要參數(shù)。

通過以上實(shí)驗(yàn)，可幫助研究彎曲后OTDR測試曲線，為快速精準(zhǔn)地判斷光纖網(wǎng)絡(luò)故障提供依據(jù)。