OFDR設備不能連接超量程的光纖

問：儀器標稱測量長度是100米，那我連接大于100米的光纖，只測量前面100米，行不行呢？

答：不行！

我們在與客戶交流時，經常會被問到以上問題，通常情況下，連接的光纖必須要小于儀器標稱測量長度。這里既然用“通?！?，那么當然也存在一些特殊情況可以連接大于100米的光纖，而不影響測量結果。

如果要搞清楚這個問題，首先我們需要了解一下信號采集原理中的“混疊現象”，大家可自行搜索百科查看。如下截圖所示：

圖 “混疊”百科

簡單解釋就是：假如儀器采樣頻率是fs，信號頻率是fo，并且fs/2 < fo < fs，則實際采集到的信號頻率f是：

f = fs – fo

而OFDR光頻域反射技術是通過光纖上各個位置散射光與本地參考光的頻率差來實現定位。也就是說光纖上各個位置的散射光在到達光電探測器后頻率是不同的。

圖1.OFDR原理

如圖1示，OFDR系統的邁克爾遜干涉儀結構。激光器發出的線性掃頻光經過耦合器分成兩路。一路進入參考光路經反射鏡反射后，再次經過耦合器到達光電探測器；另外一路進入傳感光纖，在傳感光纖各處產生瑞利散射后，經耦合器到達光電探測器。兩路信號產生差頻后經系統采集。

通常系統的采樣頻率是2MHz，測量長度是100米。根據奈奎斯特采樣定理，則傳感光纖100米位置對應的散射信號頻率為1MHz（采樣頻率的一半）。0~1MHz的散射信號對應于傳感光纖的0~100米區域，所以我們也可以得到傳感光纖70米~100米區域對應的散射信號頻率是0.7MHz~1MHz。

圖2.正常光纖瑞利散射圖像

當接入傳感光纖70米，小于實際最大傳感長度約112米（最大量程即橫坐標最大值），光纖尾端下降臺階明顯。如果我們在100米傳感光纖后面再接入30米光纖的話，光電探測器探測到的這段30米光纖（100米~130米段）的散射信號頻率為1MHz~1.3MHz。由于我們的采樣頻率只有2MHz，則對于這段信號的采集就會產生混疊效應，實際采集到的信號頻率是2MHz-（1MHz~1.3MHz），即1MHz~0.7MHz，對應于100米~130米這段光纖。

因此，反過來看這段光纖，可以得到130米~100米光纖段的信號頻率（0.7MHz~1MHz）與70米~100米光纖段的信號頻率（0.7MHz~1MHz）一樣，兩者混合在一起，導致無法區分這兩段光纖，也就不能用來測量。而0~70米這段光纖的散射信號頻率并沒有與某個光纖段重合，所以仍然可以用來測量。這也就是前文我們說的連接光纖大于100米時仍可以測量的特殊情況。

圖3.超量程接入時傳感光纖瑞利散射圖像

當接入傳感光纖144米，超量程32米（最大量程112米），光纖末端（140米位置）實際顯示在112-32=80米位置。即80米~112米光纖段瑞利散射信號與144米~112米光纖段瑞利散射信號混合在一起，無法區分。

由此得出，假如儀器規定的傳感長度是100米時（OSI-S傳感長度100米，OSI-D傳感長度20米），如果您連接的傳感光纖長度超過100米，多了n米時，則由100米位置向前推n米，即（100-n）米~100米這段光纖是不能用來測量的。

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