光纖彎曲在電力系統中的應用

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定監測電力系統的電壓、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。