光纤传感器凭借其小巧的体积和出色的可曲绕性,能够轻松安装于狭小的空间样品中。然而,当光纤传感器的弯曲半径过小时,光信号会遭受损耗,这无疑会对传感测量的准确性产生不良影响。
在许多实际的应用场景中,光纤传感器的安装过程中往往难以避免会遇到小弯曲半径的情况。因此,如何有效解决光纤弯曲带来的损耗问题,已成为业界关注的焦点。
为何光纤不能过度弯曲?
光在从一个介质进入另一个介质时,会在两者的交界处产生折射和反射的现象。随着光线与界面夹角,即入射角的增大,反射的光线会逐渐增强,而折射的光线则会逐渐减弱。当入射角增大到某一特定值时,折射光会完全消失,只剩下反射光,这便是我们所说的全反射现象。
光纤的构造精妙而独特,它由三层结构构成:纤芯、包层和涂覆层。这三层各自承担着不同的功能,共同确保了光信号在光纤内的稳定传输。
接下来,我们一同来探讨普通光纤在弯曲时可能带来的不良影响,以及耐弯曲光纤在小弯曲半径下是如何工作的。
(全反射现象)
(光纤弯曲状态)
如何有效减小弯曲损耗
除了调整光纤布局外,我们还可以选择使用弯曲不敏感(耐弯曲)光纤作为传感器。这类光纤具有更小的弯曲半径容忍度,例如单模耐高温应变光纤(型号:PI125)的最小弯曲半径约为5mm,而紧护套应变感测光缆(型号:SS-0.9mm)的最小弯曲半径约为8mm。
耐弯曲光纤介绍
在光纤链路的安装与布设过程中,光纤在某些局部位置可能会产生大角度的弯曲,特别是在光纤接头和转弯处。这种弯曲是导致链路损耗的主要原因之一。值得庆幸的是,这种弯曲损耗是可逆的,通过增加光纤的弯曲半径,我们可以显著改善链路损耗状况。
那么,光在光纤中是如何传输的呢?其实,光在光纤中并非直线前进,而是遵循一定的路径进行传输。了解这一点,对于我们优化光纤布局、减少弯曲损耗至关重要。
为了更精确地定位并减少弯曲损耗,我们可以使用OFDR设备来测量光纤链路。OFDR设备能够生成一条分布曲线(距离-强度/反射率),这条曲线清晰地反映了光纤链路中各位置的损耗情况。损耗在曲线上通常以台阶的形式呈现,这使得我们可以直观地找到损耗的位置并进行相应的调整。
除了调整光纤布局外,我们还可以选择使用弯曲不敏感(耐弯曲)光纤作为传感器。这类光纤具有更小的弯曲半径容忍度,例如单模耐高温应变光纤(型号:PI125)的最小弯曲半径约为5mm,而紧护套应变感测光缆(型号:SS-0.9mm)的最小弯曲半径约为8mm。
常规单模光纤(G.652型)在弯曲时确实需要格外小心。为了确保光信号的稳定传输,我们建议其弯曲半径应大于5mm(直径1cm)。如果弯曲半径过小,光信号将遭受明显损耗,这不仅会导致传感测量的信噪比下降,还可能使测量结果变得不稳定。对于最小弯曲半径的选择,我们有一个经验法则:对于长期应用,弯曲半径应超过光纤包层直径的150倍;而对于短期应用,则应超过包层直径的100倍。考虑到常规单模光纤的包层直径为125μm,这就意味着在长期应用中,其最小弯曲半径应为19mm,而在短期应用中则为13mm。
那么,什么是模场直径和截止波长呢?这是光纤通信中的两个重要参数,对于理解光纤性能至关重要。
而耐弯曲光纤(G.657型)则是通过优化光纤结构设计,显著提升了其抗弯能力。为了准确评估光纤的弯曲灵敏度,行业内通常使用MAC值这一指标来进行衡量。耐弯曲光纤的出色性能使其在各种弯曲环境下都能保持光信号的高效、稳定传输,为光纤通信提供了更广阔的应用空间。
MAC值是衡量近阶跃折射率波导光纤弯曲敏感性的关键指标,它代表着模场直径与截止波长的比值。MAC值的减小意味着光纤对弯曲的敏感性降低,从而提高了光纤在弯曲场景下的性能稳定性。
MAC值是衡量近阶跃折射率波导光纤弯曲敏感性的关键指标,它代表着模场直径与截止波长的比值。MAC值的减小意味着光纤对弯曲的敏感性降低,从而提高了光纤在弯曲场景下的性能稳定性。
为了设计弯曲不敏感光纤,我们主要采取以下策略:
降低模场直径、增大截止波长,或者同时实施这两项措施。具体来说,我们可以通过减小纤芯直径或增加纤芯折射率来减小模场直径,从而改善光在光纤中的传输控制。此外,减小光纤包层直径也是一个有效的方法,市场上已有抗弯光纤的直径从传统的125微米减小到80微米,甚至出现了60微米外径的光纤。另一种策略是在光纤包层中增加一圈低折射率沟槽,这与增加纤芯折射率有类似的效果,都能帮助更好地控制光束在纤芯中的传输。
通过上述方法,我们可以有效减少传感测量中光纤弯曲带来的影响,确保光信号在弯曲的光纤中依然能够稳定、高效地传输。目前市场上常用的耐弯曲光纤类型之一是G.657B3,其弯曲半径和弯曲损耗参数具体如表所示,这些数据仅供您在选择光纤时参考。
降低模场直径、增大截止波长,或者同时实施这两项措施。具体来说,我们可以通过减小纤芯直径或增加纤芯折射率来减小模场直径,从而改善光在光纤中的传输控制。此外,减小光纤包层直径也是一个有效的方法,市场上已有抗弯光纤的直径从传统的125微米减小到80微米,甚至出现了60微米外径的光纤。另一种策略是在光纤包层中增加一圈低折射率沟槽,这与增加纤芯折射率有类似的效果,都能帮助更好地控制光束在纤芯中的传输。
通过上述方法,我们可以有效减少传感测量中光纤弯曲带来的影响,确保光信号在弯曲的光纤中依然能够稳定、高效地传输。目前市场上常用的耐弯曲光纤类型之一是G.657B3,其弯曲半径和弯曲损耗参数具体如表所示,这些数据仅供您在选择光纤时参考。