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OFDR傳感解調過程和OSI后處理功能的介紹

昊衡科技 ? 2023-04-09 10:33 ? 次閱讀

01

概述

OFDR技術通過獲得整根光纖瑞利散射信號進行分布式應變溫度測量,具有高精度、高分辨、分布式等特點。本文以OSI設備為例說明OFDR技術傳感解調過程,并介紹了OSI設備后處理進階功能,此功能提供更多開放性和自由度,用戶可利用它重設空間分辨率和參考數據,進行更多數據分析。

02

OFDR傳感解調過程

OFDR技術原理是掃頻光源結合相干探測技術,檢測光纖中背向瑞利散射信號,獲取整根光纖的瑞利散射分布信息,通過解調光纖中的瑞利散射頻譜移動(光纖長度方向上的伸縮),實現毫米/厘米級的應變溫度分布測量。

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(a)相干探測原理

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(b)傳感解調原理

圖1OFDR技術原理

OSI設備傳感解調,在線測量過程如下:

1、取參考,用戶掃描獲得OFDR曲線,保存為一組參考數據。

2、當光纖施加載荷后,再次掃描獲得OFDR曲線,即傳感數據(下文中提及的原始數據)。

3、傳感解調、輸出結果。OSI設備根據預設的空間分辨率,自動解調計算獲得傳感結果,實時顯示距離-頻移/應變/溫度分布曲線。

OFDR技術傳感解調過程如圖2所示。解調算法是按預設的移動窗截取參考數據和傳感數據,兩者進行互相關計算,獲得此傳感單元的瑞利散射頻移,結合頻移量與應變溫度轉換系數得出應變溫度值。對整根光纖的所有傳感單元逐一計算,即可得到隨距離變化的頻移/應變/溫度分布曲線。

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圖2 OFDR技術傳感解調過程

03

原始數據后處理及優勢

原始數據是指各種加載狀態下的OFDR曲線,包括零加載狀態和施加載荷的傳感數據。原始數據包含整根光纖的瑞利散射分布信息,用戶可借助OSI系統配套的后處理軟件(Post Sensing),將原始數據(.osi格式)處理成傳感結果(.txt格式),功能等同于上述OSI設備解調的第3步,得到距離-應變/溫度分布曲線。

原始數據處理后得到的傳感結果與OSI系統在線測量的結果不沖突,用戶還可以重設空間分辨率和參考數據,相當于一次實驗獲得不同條件下的應變溫度分布結果。具體優勢如下:

1、重設空間分辨率

比如OSI設備測試懸臂梁,在其自由端施加200g的砝碼,空間分辨率設為1cm,在線測試,結果如圖3所示。測量時保存原始數據,借助Post Sensing軟件處理原始數據,可以得到各種空間分辨率下的應變分布,圖4顯示1mm空間分辨率的應變結果。

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圖3OSI在線測量懸臂梁的應變分布

(1cm空間分辨率)

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圖4原始數據處理后的應變分布

(1mm空間分辨率)

2、數據處理和數據回放

借助后處理,用戶可以將逐級加載的測量結果保存至一個txt里,也可以進行數據回放,逐一觀察每個狀態下的分布結果,如下面的動圖所示。

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圖5 原始數據處理和回放的動圖

3、重設參考數據,分段進行數據分析

OFDR設備在線測量是基于一組固定的參考數據,測量加載后的變化量。而OSI后處理軟件可以選中任意一組.osi原始數據作為參考數據,也可以選擇待處理的原始數據的起始點位置和數量。

有時實驗過程中,如果光纖某位置出現大應變梯度或者超應變量程,此時相關傳感單元的參考數據與傳感數據無相關性,導致OFDR設備解調顯示異常值。這類情況下,我們可以使用后處理功能分段進行數據分析處理和數據拼接,消除異常情況。

比如實驗全程應變需加載至15000微應變以上,在線測試是以零加載狀態為基準開始測量,然后逐級加載測試,當加載后的實際應變超出OFDR設備的量程,實時顯示傳感結果異常。用戶可以繼續實驗并保存原始數據,通過后處理進行數據處理。后處理操作步驟如下:

1)選擇零加載的.osi原始數據為參考數據,處理0~ 10000微應變這段數據;

2)選擇10000微應變的.osi原始數據為參考數據,處理10000~ 15000微應變這段數據;

3)將1)和2)兩段數據拼接,即可獲得0~15000微應變的整個過程的傳感結果。

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圖6大應變范圍的后處理結果

備注:上述舉例中,為了避免加載過大、拉斷光纖,光纖應變加載至約15000微應變,某些光纖傳感器可測到30000微應變。

04

總結

本文以OSI設備為例說明OFDR技術的傳感解調原理和測試過程,并詳細介紹了OSI系統的后處理功能。OSI設備開放性設計,用戶可在OSI系統在線測量時保存原始數據,后續使用配套的PostSensing軟件,重設空間分辨率和參考數據,進行數據處理和分析,解決某些測試難題。

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