光纤弯曲在电力系统中的应用

洪东辉

光纤是现代通信网络传输最主要的一种媒介，得到了广泛应用。作为光纤传输的主体，光缆的断裂、损伤，严重影响光纤网络的正常运行。在实际OTDR测量中发现，光纤的损伤很大一部分是被外力弯曲造成的，那么研究光纤弯曲测试曲线的特性及形成的原因，可以在需要快速精准判断故障时，提供有效的帮助。在此以光纤弯曲测试实验为例，讲述利用OTDR测得光纤弯曲前后的测试曲线，并分析弯曲后曲线的变化及产生原因，最后根据光纤弯曲特性，提出3种在电力系统中的应用：判断并消除“鬼影”，判断故障点，制造光纤传感器。

光纤弯曲测试

光纤的弯曲损耗一部分是光纤制造和光纤材料引起的传输损耗，一部分是源于光纤使用过程中的弯曲，以及在构成光纤系统时由光纤偶合而造成的损耗。为了研究光纤在弯曲时的曲线特性，这里用一根205 m光纤进行OTDR测试实验，如图所示。将OTDR测量参数设置为：波长1550 nm，脉冲宽度30 nm，距离量程0.5 km，采样分辨率10 cm，得到图中黄线的曲线。然后，将光纤尾部折一个小弯，其他测试条件不变，得到红色曲线。

对比打弯前后曲线，发现打弯处O点出现一个滑坡，这是由于打弯处损耗较大造成的。同时还可以发现在终点反射峰A点和C点之前，曲线相差并不是特别大，但在终点反射峰后，打弯后的光纤的衰耗迅速增大。实际上，图中B点和D点均为测试曲线的“鬼影”，造成的原因是脉冲光的菲涅尔反射功率远大于后向瑞利散射光功率，一部分光重新二次反射回来与其他脉冲光相互叠加。观察可以发现鬼影反射峰与始端之间的距离是强反射事件与始端距离的倍数，并且成对称状。根据鬼影的产生机理，打弯后的光纤，脉冲光二次反射在打弯损耗处经历了2个来回，损耗较不打弯时增加了1倍，因此终点后的曲线迅速恶化直至被噪声淹没。

通过前文的测试结果，可直观地发现光纤弯曲后OTDR测试曲线的特性，据此提出了3种电力系统中光纤弯曲的应用方法及场景。

利用光纤弯曲判断并消除“鬼影”

在对电力光缆进行备用纤芯测试时，经常会发现OTDR测试曲线上存在多个反射峰，其中一部分是由于成端或跳接点造成的，而另一些是由离入射端较近而且比较强的反射引起的回音，这种由于回声造成的反射峰也成为“鬼影”。在分析曲线时，往往容易被鬼影迷惑，误判反射峰处存在气泡、裂痕或者成端，这也使得我们不得不对反射峰的真实情况进行分析。鬼影现象是菲涅尔二次反射造成的，反射峰位置是可以预知。通过对测试结果的研究，对于因光纤终结引起鬼影的事件，可以通过"打小弯"衰减反射回始端的光，进而消除鬼影，辅助维护人员对故障进行判断。

利用光纤弯曲判断故障点

光纤故障引起的网络中断常有发生，如何快速定位故障点并修复，是当前通信网络维护人员一直在探索的。电力通信光缆往往是沿着一次线路符挂在电力杆塔上，部分光缆可能要穿越树林、河流等复杂地形，实地巡线勘察往往所需時间较长。由于光缆在铺设过程中有冗余、变向等复杂情况，使用OTDR寻找普缆或者ADSS光缆故障点时，往往只能判断一个大概的距离。维护人员可以达到故障点附近，在符挂光缆的杆塔上将光缆打一个弯，同时在成端处用OTDR实时监测，从而判断故障点与打弯处距离，进而缩小故障点的寻找范围。

利用光纤微弯制造传感器

当光纤受到力的作用产生微弯时，会产生模式或模式平均功率的耦合，部分纤芯模转化为包层模泄漏，从而导致光纤的微弯损耗。通过测量光纤微弯损耗的变化，可以间接得到外界物理参量。利用此原理可以制造出不同的光纤传感器，光纤微弯传感器是属于强度调制功能型的一种光纤传感器，由于光纤传感器受外部电磁干扰影响比较小，运用光纤传感器可以稳定监测电力系统的电压、电流及温度等重要参数。

通过以上实验，可帮助研究弯曲后OTDR测试曲线，为快速精准地判断光纤网络故障提供依据。