光纖彎曲在電力系統(tǒng)中的應用

洪東輝

光纖是現代通信網絡傳輸最主要的一種媒介，得到了廣泛應用。作為光纖傳輸的主體，光纜的斷裂、損傷，嚴重影響光纖網絡的正常運行。在實際OTDR測量中發(fā)現，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判斷故障時，提供有效的幫助。在此以光纖彎曲測試實驗為例，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生原因，最后根據光纖彎曲特性，提出3種在電力系統(tǒng)中的應用：判斷并消除“鬼影”，判斷故障點，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光纖進行OTDR測試實驗，如圖所示。將OTDR測量參數設置為：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)現打彎處O點出現一個滑坡，這是由于打彎處損耗較大造成的。同時還可以發(fā)現在終點反射峰A點和C點之前，曲線相差并不是特別大，但在終點反射峰后，打彎后的光纖的衰耗迅速增大。實際上，圖中B點和D點均為測試曲線的“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)現鬼影反射峰與始端之間的距離是強反射事件與始端距離的倍數，并且成對稱狀。根據鬼影的產生機理，打彎后的光纖，脈沖光二次反射在打彎損耗處經歷了2個來回，損耗較不打彎時增加了1倍，因此終點后的曲線迅速惡化直至被噪聲淹沒。

通過前文的測試結果，可直觀地發(fā)現光纖彎曲后OTDR測試曲線的特性，據此提出了3種電力系統(tǒng)中光纖彎曲的應用方法及場景。

利用光纖彎曲判斷并消除“鬼影”

在對電力光纜進行備用纖芯測試時，經常會發(fā)現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造成的，而另一些是由離入射端較近而且比較強的反射引起的回音，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情況進行分析。鬼影現象是菲涅爾二次反射造成的，反射峰位置是可以預知。通過對測試結果的研究，對于因光纖終結引起鬼影的事件，可以通過"打小彎"衰減反射回始端的光，進而消除鬼影，輔助維護人員對故障進行判斷。

利用光纖彎曲判斷故障點

光纖故障引起的網絡中斷常有發(fā)生，如何快速定位故障點并修復，是當前通信網絡維護人員一直在探索的。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、河流等復雜地形，實地巡線勘察往往所需時間較長。由于光纜在鋪設過程中有冗余、變向等復雜情況，使用OTDR尋找普纜或者ADSS光纜故障點時，往往只能判斷一個大概的距離。維護人員可以達到故障點附近，在符掛光纜的桿塔上將光纜打一個彎，同時在成端處用OTDR實時監(jiān)測，從而判斷故障點與打彎處距離，進而縮小故障點的尋找范圍。

利用光纖微彎制造傳感器

當光纖受到力的作用產生微彎時，會產生模式或模式平均功率的耦合，部分纖芯模轉化為包層模泄漏，從而導致光纖的微彎損耗。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度調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。

通過以上實驗，可幫助研究彎曲后OTDR測試曲線，為快速精準地判斷光纖網絡故障提供依據。