01概述
OFDR技术通过获得整根光纤瑞利散射信号进行分布式应变温度测量,具有高精度、高分辨、分布式等特点。本文以OSI设备为例说明OFDR技术传感解调过程,并介绍了OSI设备后处理进阶功能,此功能提供更多开放性和自由度,用户可利用它重设空间分辨率和参考数据,进行更多数据分析。
02OFDR传感解调过程
OFDR技术原理是扫频光源结合相干探测技术,检测光纤中背向瑞利散射信号,获取整根光纤的瑞利散射分布信息,通过解调光纤中的瑞利散射频谱移动(光纤长度方向上的伸缩),实现毫米/厘米级的应变温度分布测量。
(a)相干探测原理
(b)传感解调原理
图1OFDR技术原理
OSI设备传感解调,在线测量过程如下:
1、取参考,用户扫描获得OFDR曲线,保存为一组参考数据。
2、当光纤施加载荷后,再次扫描获得OFDR曲线,即传感数据(下文中提及的原始数据)。
3、传感解调、输出结果。OSI设备根据预设的空间分辨率,自动解调计算获得传感结果,实时显示距离-频移/应变/温度分布曲线。
OFDR技术传感解调过程如图2所示。解调算法是按预设的移动窗截取参考数据和传感数据,两者进行互相关计算,获得此传感单元的瑞利散射频移,结合频移量与应变温度转换系数得出应变温度值。对整根光纤的所有传感单元逐一计算,即可得到随距离变化的频移/应变/温度分布曲线。
图2 OFDR技术传感解调过程
03原始数据后处理及优势
原始数据是指各种加载状态下的OFDR曲线,包括零加载状态和施加载荷的传感数据。原始数据包含整根光纤的瑞利散射分布信息,用户可借助OSI系统配套的后处理软件(Post Sensing),将原始数据(.osi格式)处理成传感结果(.txt格式),功能等同于上述OSI设备解调的第3步,得到距离-应变/温度分布曲线。
原始数据处理后得到的传感结果与OSI系统在线测量的结果不冲突,用户还可以重设空间分辨率和参考数据,相当于一次实验获得不同条件下的应变温度分布结果。具体优势如下:
1、重设空间分辨率
比如OSI设备测试悬臂梁,在其自由端施加200g的砝码,空间分辨率设为1cm,在线测试,结果如图3所示。测量时保存原始数据,借助Post Sensing软件处理原始数据,可以得到各种空间分辨率下的应变分布,图4显示1mm空间分辨率的应变结果。
图3OSI在线测量悬臂梁的应变分布
(1cm空间分辨率)
图4原始数据处理后的应变分布
(1mm空间分辨率)
2、数据处理和数据回放
借助后处理,用户可以将逐级加载的测量结果保存至一个txt里,也可以进行数据回放,逐一观察每个状态下的分布结果,如下面的动图所示。
图5 原始数据处理和回放的动图
3、重设参考数据,分段进行数据分析
OFDR设备在线测量是基于一组固定的参考数据,测量加载后的变化量。而OSI后处理软件可以选中任意一组.osi原始数据作为参考数据,也可以选择待处理的原始数据的起始点位置和数量。
有时实验过程中,如果光纤某位置出现大应变梯度或者超应变量程,此时相关传感单元的参考数据与传感数据无相关性,导致OFDR设备解调显示异常值。这类情况下,我们可以使用后处理功能分段进行数据分析处理和数据拼接,消除异常情况。
比如实验全程应变需加载至15000微应变以上,在线测试是以零加载状态为基准开始测量,然后逐级加载测试,当加载后的实际应变超出OFDR设备的量程,实时显示传感结果异常。用户可以继续实验并保存原始数据,通过后处理进行数据处理。后处理操作步骤如下:
1)选择零加载的.osi原始数据为参考数据,处理0~ 10000微应变这段数据;
2)选择10000微应变的.osi原始数据为参考数据,处理10000~ 15000微应变这段数据;
3)将1)和2)两段数据拼接,即可获得0~15000微应变的整个过程的传感结果。
图6大应变范围的后处理结果
备注:上述举例中,为了避免加载过大、拉断光纤,光纤应变加载至约15000微应变,某些光纤传感器可测到30000微应变。
04总结
本文以OSI设备为例说明OFDR技术的传感解调原理和测试过程,并详细介绍了OSI系统的后处理功能。OSI设备开放性设计,用户可在OSI系统在线测量时保存原始数据,后续使用配套的PostSensing软件,重设空间分辨率和参考数据,进行数据处理和分析,解决某些测试难题。如需更多技术支持,欢迎联系我们。
审核编辑:汤梓红
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原文标题:OFDR传感解调过程和OSI后处理功能的介绍
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