1、ICS 3318010M 33 a亘中华人民共和国国家标准GBT 1 5972222008部分代替GBT 159722 1998光纤试验方法规范第22部分：尺寸参数的测量方法和试验程序 长度Specifications for optical fibre test methods-Part 22：Measurement methods and test procedures for dimensions-Length measurement(IEC 60793122：2001，Optical fibres-Part 1-22：Measurement methodsand test proced
2、ures-Length measurement，MOD)200803-3 1发布 20081101实施宰瞀嬲紫瓣警糌瞥星发布中国国家标准化管理委员会“”。GBT 1597222-2008前言-l范围2规范性引用文件3测量方法概述4装置5试样和试样制备6程序7计算8结果附录A(规范性附录)附录B(规范性附录)附录C(规范性附录)附录D(规范性附录)附录E(规范性附录)目 次方法A时延测量法的特定要求方法K一后向散射法的特定要求方法C一光纤伸长量测量法的特定要求方法D机械长度测量法的特定要求-方法E相移法的特定要求1112222247256郇 菁GBT 15972222008GBT 15972，因
3、为本方法中测量的相移只是光纤应变变化的函数。注：使用该方法时，要注意相移变化量超过360的情况。C222差分脉冲时延法应采用适当的试验装置，该装置应能测量光纤中信号的传输时间，例如一台短脉冲菲涅尔光时域反射计(OTDR)。C23仪器分辨率整个测量系统的应变测量分辨率应优于或等于001。该分辨率包括光学试验装置(调制频率、脉冲宽度等)和试验附加装置(试样标距长度、光纤光缆端头固定器、负荷测量装置等)的分辨率。因为确定整个测量系统的精度和分辨率时，涉及了所有上述的因素，所以应对试验装置的每一部分单独估箅。试验应在室内条件下(典型为实验室)进行。只要测量期间温度稳定在士2之内，试验也可在其它条件下进
4、行。对于极端温度和气压变化(大于40个大气压)韵情况，有必要进行修正，特别是v因子。C3程序c31投准将参考光纤连接到光学试验装置中。在已知足够线性的光纤伸长量范围内，逐渐增加光纤伸长量以确定y值。连续测量并记录作为光纤伸长量(用机械法测量)函数的相移值或脉冲时延值，由此确定的关系考虑了由应变导致的群折射率变化。注1：建议在同类型光纤中随机挑选试样进行校准。注2：只要是同类型光纤，无须在每次捌量光纤伸长量之前重复上述枝准过程。c32测量在参考条件(典型为室内条件)下读取以度表示的相移值或脉冲时延值，并记下这些数值作为参考。使试样在规定负荷下产生沿长度方向的应变。施加负荷稳定后，再进行测量，并记
5、录由应变产生的相移值或脉冲时延值以及机械法测量的光纤伸长量和或光缆伸长量。对每一个施加的负荷，应重复同样的测量。在负荷释放后，进行最终测量，以观察光纤应变是否返回到初始参考条件下的值。注1：可用下列方法之一实现单端测量：a)将光缆远端的两根光纤连接在一起，可对光缆进行单端测量。由于测量结果是这两根光纤应变的平均效应1 3GBT 15972222008所以在解释测量结果时应谨慎。b)在被试光纤近端插入一个方向耦合器。方向耦合器一端连接光源和检测器另一端连接被试光纤，然后铡量输人信号和远端的反射信号之间的相移值或脉冲时延值。为产生最大的反射信号，光纤远端端面应清洁并垂直于光纤轴，应注意使其它反射最
6、小(例如光纤近端反射)。注2：在上面两种方法中，因为光疆是光纤长度的两倍，所以应用因子2对测得的相移值或脉冲时延值进行修正。注3：如果用相移法，在加载后必须连续记录相位变化以防止相移变化量超过360。时对相位无法准确计数的可能性。C4结果除了第8章中结果报告应包括的内容外，在报告中应给出下列内容V因子；一在每一相位(长度)读数下的载荷大小和计算出的应变；一一调制器类型和调制频率(相移法)。附录D(规范性附录)方法D机械长度测量法的特定要求GBT 15972222008D1概述本方法是将光纤缠绕在旋转的、直径固定不变的轮上来测量光纤长度，轮的直径预先经过校准。在光纤拉制、张力试验和其他诸如此类涉
7、及绕纤的过程均可用此方法测量光纤长度。用轮旋转的次数乘以”D1 000，得到以公里(kin)为单位的光纤长度，D是计数轮的直径，单位是米(m)。D2装置采用有一个轮或有一系列轮的装置，使通过该装置的光纤长度与计数轮的旋转次数成线性关系，小心确保光纤与计数轮的表面不发生滑动。计数轮应有很好的刚性，轮的表面应无粘附物或其他可导致光纤损伤的隐患，用电子计数器与计数轮相连使得旋转的次数能被转换为长度。D3程序D31校准对于新加工的轮或表面经过处理的轮，应用一段已知长度的光纤(校准光纤)进行校准。用测量仪测量校准光纤的长度，校准光纤应足够长以保证能得到所期望的测量精度。测量校准光纤时，将校准光纤放开成一
8、条直线，在与机械长度测量装置操作温度相同的温度条件下测量其长度。D，32操作将计数器复位，并使绕线装置初始化，在绕纤完成后，记下轮的旋转次数并将其转换为光纤长度。注：应小心避免卷绕引起光纤伸长，在校准期间光纤的伸长状态同测量期间的伸长状态应一致。GIIT 15972222008附录E(规范性附录)方法E相移法的特定要求E1概述本方法是测量当调制频率增大到一个预定值丘。时光纤中的相位变化，这一方法可用来测量最短为I m最长为几公里的A1类多模光纤和几百公里长的B类光纤的长度。E2装置本方法的试验装置如图E1所示，调整该装置的配置后也可进行光纤色散测量。用相移法测量光纤色散的描述见GBT 1597
9、242。相位计图E1相移法光纤长度测量装置圈E21光源可用激光器或发光二极管作光源，在偏置电流、调制频率和二极管受到的温度变化范围的整个测鼍期间内，光源中心波长和调制信号的相位应保持稳定。光源的FWHM谱宽应不大于30 DIll，如必要，可用单色仪或光滤波器使光谱变窄，E22调制器根据被测光纤长度和测量精度要求选择调制频率。当测量相移量大于一个完整的相位周期(2”)时，为避免对2n相移量的不确定性，应从低频率开始缓慢地增加调制频率，保证对2“相位移的准确计数。使用较高的频率可以得到更高的长度测量精度。当给定的光纤长度为L(单位为m)时，晟大的初始频率f。(单位为Hz)为：击 (E1式中：c真空
10、中的光速，单位为米每秒(ms)；群折射率。1 6GBT 15972222008例如，当光纤长度为10 km时，典型的最大初始频率。为20 kHz。同样，如果确定了初始频率，则可以测量的最大光纤长度可以从(E1)式计算。在选用的上限频率处的相位噪声和调制频率本身的不确定度将决定测量分辨率。当可测量的最小相位变化为小时，最小可分辨长度AL(单位为毫米)为： L一志(E2)式中：r，真空中的光速，单位为米每秒(ms)；N群折射率；最小相位变化，单位为弧度；，o一最大调制频率，单位为赫兹(Hz)。例如当相位分辨率为001弧度，最大频率为100 MHz，从式(E2)可计算出长度分辨率约为3 mm。同样，
11、当给定了光纤长度测量分辨率时，用式(E2)可以计算出所允许的最大频率。E23注入光学系统应将光源出射的光束聚焦在被试光纤的端面上，或直接用尾纤将被试光纤接人光源。对于A1类光纤，需限制光注入条件使得光纤中仅有低阶模传输，使模间色散的影响最小，可以通过一个限制数值孔径和光斑尺寸的光学系统将注入光聚焦在被试光纤的端面上，或直接用一根单模尾纤来实现这一光注入条件。E24信号检测器和信号检测电子系统用一个在测量波长范围内对输出光灵敏的、测量期间稳定的、在强度调制范围内呈线性的光检测器进行信号检测，可以使用放大器增加检测灵敏度。用透镜系统或直接用尾纤连接检测器，将被试光纤中输出的光耦合进检测器中。对于A
12、1类光纤，仅收集被试光纤中低阶模的传输光，可以通过一个限制数值孔径和光斑尺寸的光学系统，或直接用一根单模尾纤来实现这一光接收条件。E25基准信号为测量信号源的相位，应给相位计提供与调制信号的主付里叶分量频率相同的基准信号。基准信号相位应与调制信号同步，基准信号可通过直接将调制源同相位计进行电连接获得，也可采用在分光器耦合一个探测器或插入光源与被试光纤之间的光纤耦合器获得。E26计算设备可用计算机进行设备控制、数据采集和结果运算。E3试样试样可以是已成缆或未成缆的光纤，长度通常是1米到几百公里。在恒定温度条件下的测量过程中，试样、注入光和尾纤(如使用)的位置应保持不变。当测量已敷设使用的光纤光缆
13、时，可以选择光纤光缆在大多数情况下所处的环境条件进行测量。用与被试光纤相同类型的相位校准光纤(或一段尾纤)补偿相位计或仪器内部的光纤长度引起的相位移动，校准光纤的长度通常是02 ITI。准备校准光纤和被试光纤的输出入端，使之大致达到E23和E24的要求。E4程序E41起始频率选定用式(E1)确定合适的低频率，。n，如果未知光纤的大致长度，则用允许的最低调制频率，但应注意可能产生的2相位误差的影响。CBT 1597222-2008E42最大频率选定用式(E2)确定合适的最大频率。，以满足对长度分辨率的要求。E43相位测量本节用于与长度测量有关的所有测量中，如对被试光纤和相位校准光纤的长度测量，也
14、可用于确定光纤折射率的测量。从。开始增加调制频率直至达到频率上限。，频率增加的速率应满足能清晰地确定相位移2”的倍数m的要求，测量光纤输出端在频率，。下的相位角7。按式(E3)计算总的相位角：一+m2 (E3)E44被试光纤长度测量E441参考相位校准根据测量时是否使用尾纤分别选用合适的参考相位校准方法：a) 未使用尾纤时，将相位校准光纤的一端(输入端)接人光源，将另一端(输出端)耦合到检测系统，根据Ed3的方法测量相位移一b)在光注入端和接收端均使用尾纤时，将两根尾纤连接在一起代替单独使用的相位校准光纤，根据E43的方法测量相位移一有时在进行参考测量后从检测系统上取下相位校准光纤和或尾纤可能
15、会使被试光纤的测量更方便，但条件是需预知相位校准光纤和或尾纤本身的相位移，并将其加到被试光纤相位移的测量结果中。注：可不要求每次测量时进行校准，但使用存储的相位参考时由于检测系统的相位漂移可能会使测量结果的不确定度变大。E442被试光纤相位测量根据测量时是否使用尾纤分别选用合适的测量被试光纤相位的方法：a) 未使用尾纤时，将相位校准光纤的输出端从检测系统取下并将其耦合到被试光纤的一端(输入端)，将被试光纤的另一端(输出端)耦合到探测系统，根据E43的方法，并用与Ed41中相同的厶。测量相位移b) 当用尾纤替代相位校准光纤时，将连接在一起的两段尾纤断开，分别同被试光纤相连，根据E43的方法，并用
16、与E441中相同的，一测量相位移。E5计算和结果E51长度计算被试光纤长度L(单位为米)按式(E4)计算：，一!生!二!型!“一N，218(E4)式中：一efI一为相位校准光纤或所用尾纤的参考相位，单位为弧度；屯。为被试光纤加相位校准光纤或加所用尾纤的相位，单位为弧度；c一真空中的光速，单位为米每秒(ms)；厂最大调制频率，单位为赫兹(Hz)；N一群折射率。按式(E3)计算一和。，是在最大调制频率，m。，处包括了相位角和m个2相位移的相位总和。注：群折射率可以由光纤光缆制造厂商提供，本方法测量光纤长度的精确度极大地取决于光纤已知群折射率的精确度。光纤之间的群折射率会有差异，并且群折射率具有温度
17、敏感性。而由制造商提供的典型群折射率数据会产生等效于01的长度测量不确定度。如果群折射率值未知，则可按E61的方法确定该参数。E6群折射率GBT 15972222008E61介绍通过测量已知长度的光纤在测量波长上相移大小来确定光纤的群折射率，可用下面E62中截断法或E63中替代法进行。E62截断法E621将被试光纤的一端(输入端)接人光源，另一端(输出端)耦合到检测系统，根据E43的方法测量相位一。E622从被试光纤的输出端截断一段长度为L。(通常为2 m3 m)的光纤，重新制作被试光纤输出端端面，将其耦合到检测系统，根据E43的方法，并用与E621中相同的L。测量相位虫。E623测定截断的光
18、纤长度L如可用校准过的米尺测量。注意，长度测量不确定度将成比例地影响测量被试光纤群折射率的不确定度。E624用式(E5)计算被试光纤群折射率：N=堕堕二!生! L。2“式中：h一一为被试光纤截断前的相位，单位为弧度；m。一为被试光纤截断后的相位，单位为弧度；c真空中的光速，单位为米每秒(ms)；(E5)，o最大调制频率，单位为赫兹(Hz)；L。截断的光纤长度，单位为米(m)。E63替代法E631将相位校准光纤的一端(输入端)接入光源，将另一端(输出端)耦合到检测系统，根据E43的方法测量相位移也“E632断开检测系统与相位校准光纤的连接，取一段与被试光纤相同类型的替代光纤，长度L。约为2 m3 m，将其两端分别同相位校准光纤输出端和检测系统耦合。根据E，43的方法，并用与E621中相同的，m。测量相位移虫“。光纤长度L，。“可用经过校准过的米尺测量。E633用式(E6)计算光纤群折射率：式中：。一为替代光纤加相位校准光纤的相位，单位为弧度；屯，一为相位校准光纤的相位，单位为弧度；C-一真空中的光速，单位为米每秒(ras)；，。，最大调制频率，单位为赫兹(Hz)；L“光纤长度，单位为米(m)。注：在用相移法测量时，群折射率的实际精度将影响长度测量精度，同一类型光纤的群折射率可能有所不同，群折射率还与温度和应力有关。
