1、中华人民共和国国家标准光纤总规范第部分尺寸参数试验方法发布实施国家质量技术监督局发布前言本标准是等效采用国际电工委员会光纤第部分总规范第篇尺寸参数试验方法和修改单对光纤的几何尺寸参数测量方法和光纤总规范中的进行修订的本标准某些条款中还参考采用了单模光纤相关参数的定义和试验方法和多模渐变折射率光纤缆的特性中的有关规定这样使我国的光纤国家标准与国际标准相一致以适应在此领域的国际技术交流和贸易往来迅速发展的需要本标准与和中的相比除增加了光纤涂覆层尺寸光纤伸长量的测量方法外折射率剖面测试方法中增加了横向干涉法光纤包层直径测量方法中增加了机械法光纤长度测量方法中增加了传输和或反射脉冲延迟法删除了模场直径
2、的测量方法在光纤总规范总标题下包括五个部分第部分即总则第部分即尺寸参数试验方法第部分即机械性能试验方法第部分即传输特性和光学特性试验方法第部分即环境性能试验方法本标准是第部分本标准从实施之日起同时代替和本标准由中华人民共和国邮电部和电子工业部共同提出本标准由邮电部电信科学研究规划院归口本标准起草单位邮电部武汉邮电科学研究院电子工业部上海传输线研究所本标准主要起草人陈永诗吴金良刘泽恒陈国庆前言国际电工委员会是一个包括所有国家电工委员会国家委员会的世界性标准化组织的目标是促进电气和电子领域内涉及的所有标准化问题的国际合作为此目的除其他活动外发布国际标准标准的制定委托给技术委员会对该内容感兴趣的任何
3、国家委员会都可以参加这个制定工作与有联系的国际的政府的和非政府的组织也可参加制定工作与国际标准化组织按照双方协商确定的条件进行密切合作在技术问题上的正式决议或协议是由对这些问题特别关切的国家委员会参加的技术委员会制定的对所涉及的问题尽可能地代表了国际上的一致意见这些决议或协议应按国际应用的建议以标准技术报告或导则的形式发布并在此意义上为各国家委员会所接受为了促进国际上的统一各国家委员会有责任使其国家和地区标准尽可能采用国际标准国家或地区标准与标准之间的任何差异应在国家或地区标准中清楚地指明国际标准是由第技术委员会纤维光学的第分委员会光纤光缆制定的年颁布的的第版已被修改它被分成了五个标准每个标准
4、包括一篇第版取消并替代的第篇形成了一个新的技术修订版本标准应与下列标准结合起来使用光纤第部分总规范第篇总则光纤第部分总规范第篇机械性能试验方法光纤第部分总规范第篇传输特性和光学特性试验方法光纤第部分总规范第篇环境性能试验方法本标准文本以下列文件为依据国际标准草案表决报告表决批准本标准的全部资料可在上表列出的表决报告中查阅附修改单前言修改单是由第技术委员会纤维光学的第分委员会光纤光缆制定的修改单的文本依据下列文件最终国际标准草案表决报告表决批准本修改单的全部资料可在上表列出的表决报告中查阅中华人民共和国国家标准光纤总规范第部分尺寸参数试验方法代替一部分国家质量技术监督局批准实施范围本标准规定了光
5、纤尺寸参数的试验方法及其对试验装置试样程序计算方法结果的统一要求本标准适用于对成品光纤横截面尺寸折射率剖面长度和光纤伸长量的商业性检验引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性光纤总规范第部分传输特性和光学特性试验方法尺寸参数试验项目应从表中选择确定的试验方法进行光纤尺寸的测定适用的试验合格判据和试样数目应在产品规范中规定注应当明确表包括了所有种类光纤但不是所有试验都适用于任何一类光纤当预涂覆层由两层以上不同材料的同轴和同心层组成时最接近包层的那一层定义为第一层紧挨第一层的那
6、一层定义为第二层依此类推表光纤的尺寸特性试验方法标准号试验方法适用的参数折射近场法横向干涉法纤芯直径包层直径不圆度同心度误差近场光分布法横截面几何尺寸测定纤芯直径包层直径预涂覆层直径缓冲层直径不圆度同心度误差侧视光分布法预涂覆几何尺寸测定预涂覆层直径预涂覆层不圆度预涂覆层同心度误差表完试验方法标准号试验方法适用的参数机械法直径测定包层直径预涂覆层直径缓冲层直径不圆度机械法长度测定传输和或反射脉冲延迟法长度测定后向散射法光纤长度光纤伸长量光纤长度的变化注折射近场法是一个基于折射率分布的纤芯定义直接测量芯区尺寸参数的方法由本方法给出的折射率分布可以计算出光纤横截面尺寸和数值孔径采用近场光分布法获得
7、的尺寸与折射率分布相关但并不严格符合纤芯直径定义与单模光纤传输部分有关尺寸即模场直径模场同心度误差的测量见的有关规定实际上一般不规定单模光纤纤芯直径方法机械法长度测定尚在考虑中定义基准面基准面应在产品规范中规定它可以是纤芯包层预涂覆层或缓冲层的表面折射率剖面沿光纤直径的折射率分布纤芯包层预涂覆层或缓冲层的中心纤芯包层预涂覆层或缓冲层的中心是纤芯包层预涂覆层或缓冲层外边界的最佳拟合圆的圆心纤芯直径单模光纤纤芯直径正在研究中多模光纤纤芯直径根据折射率分布多模光纤芯区边界上每点不包括任何折射率下陷处的折射率都比最内均匀包层的折射率大一个规定值该规定值是多模光纤纤芯直径是多模光纤芯区外边界在该边界上各
8、点的折射率是最佳拟合圆的直径式中最内均匀包层的折射率纤芯的最大折射率称为因子的常数折射率剖面可通过折射近场法或横向干涉法获得也可以用近场光分布法测量被全部照明的纤芯近场来获得注对拟合的折射近场作图法或不拟合的法的典型取值为这与拟合的法的值为零等效对纤芯包层交界区域折射率剖面是渐变的光纤不拟合的法的值取为等效于拟合的法的值取为零包层预涂覆层或缓冲层直径包层预涂覆层或缓冲层直径是包层预涂覆层或缓冲层外边界的最佳拟合圆的直径纤芯包层预涂覆层或缓冲层不圆度对纤芯包层预涂覆层或缓冲层边界作一个外接圆和一个内切圆纤芯包层预涂覆层或缓冲层不圆度是纤芯包层预涂覆层或缓冲层边界的外接圆与内切圆的直径之差除以纤芯
9、包层预涂覆层或缓冲层直径所得的值用百分数表示同心度误差纤芯包层预涂覆层或缓冲层中任意两个不同的中心如纤芯中心与包层中心包层中心与预涂覆层中心包层中心与缓冲层中心之间的距离就是对应的同心度误差对于多模光纤纤芯包层同心度误差也可以是纤芯中心与包层中心的距离除以纤芯直径所得的值用百分数表示方法折射率剖面法测量折射率剖面的两种试验方法如下折射近场法折射近场法是多模光纤和单模光纤折射率分布测定的基准试验方法也是多模光纤尺寸参数测定的基准试验方法和单模光纤尺寸参数测定的替代试验方法折射近场测量是一种直接和精确的测量它能直接测量光纤纤芯和包层横截面折射率变化具有高分辨率经定标可给出折射率绝对值由折射率剖面可
10、确定多模光纤和单模光纤的几何参数及多模光纤的最大理论数值孔径对类单模光纤用本方法测得的纤芯包层同心度误差一般地等于模场同心度误差横向干涉法横向干涉法是折射率剖面和尺寸参数测定的替代试验方法横向干涉法采用干涉显微镜在垂直于光纤试样轴线方向上照明试样产生干涉条纹通过视频检测和计算机处理获取折射率剖面从折射率剖面可以确定光纤几何参数也可由测量结果确定类光纤纤芯直径和最大理论数值孔径方法折射近场法装置折射近场法原理示意图和试验装置如图图所示图折射近场法示意图图折射近场法试验装置框图光源应采用一个输出功率为毫瓦级的稳定激光器输出模式为模可采用波长为的氦氖激光器但外推到其他波长时必须用修正系数对其结果加以
11、修正应注意在波长的测量可能给不出较长波长上的全部信息特别是不均匀的光纤掺杂可能影响这种修正由于光在空气玻璃界面的反射与角度和偏振状态密切相关所以加入一个波片将光束从线偏振变为圆偏振一个置于透镜焦点处的小孔作为空间滤波器注入光学系统注入光学系统应对光纤的数值孔径满注入并将光束聚焦到光纤平坦的输入端面上光束光轴与光纤轴夹角应在以内装置的分辨率取决于聚焦光斑尺寸为了使分辨率最高聚焦光斑尺寸应尽可能小对多模光纤光斑尺寸宜小于对单模光纤光斑尺寸宜小于聚焦光斑应能沿光纤直径扫描液体盒盒中折射率匹配液折射率应稍高于光纤包层折射率盒的位置由计算机控制的马达驱动并由电子测微计检测光检测器只要能收集全部折射光可采
12、用任何方便的方法收集折射光传到检测器通过计算确定圆盘尺寸及在中心轴上的位置试样试样长度应小于浸入液体盒中光纤段上的全部被覆层应去除试样端面应清洁光滑并与光纤轴垂直程序装置校准从液体盒中取出光纤对装置进行校准测量期间光锥角随入射点处光纤折射率的不同而变化即通过圆盘功率的变化如已从液体盒中取出光纤并且已知液体折射率及液体盒厚度可通过沿光轴平移圆盘模拟角度的变化通过把圆盘移动到若干个预定位置可得到相对折射率剖面图如果精确知道在测量波长和温度下包层或匹配液的折射率就可准确确定绝对折射率和值也可借助一根已知其恒折射率值的细棒或一根已知有精确的多层阶跃折射率值的多模光纤对装置进行校准折射率剖面测量将被试光
13、纤注入端浸在液体盒中用一钨灯从后端照明光纤透镜和产生一个光纤的聚焦像调节透镜的位置使光纤像对中并聚焦同时激光束对中并聚焦到光纤端面上将圆盘与输出光锥对中对多模光纤圆盘在光轴上的位置应恰好阻挡住漏模对单模光纤圆盘的定位还要给出最佳分辨率收集通过圆盘的全部折射光并聚焦到光电二极管上聚焦的激光光斑横扫光纤端面直接获得光纤的折射率分布曲线结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号根据规范要求测量出在指定波长上经过校准的通过纤芯和包层中心的折射率剖面沿纤芯长短轴的折射率剖面沿包层长短轴的折射率剖面试验数据通过上面测得的折射率剖面计算出纤芯直径包层直径纤芯包层同心度误差纤芯不圆度包层不圆度最大理论数
14、值孔径折射率差相对折射率差精度和重复性试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容试验装置说明必要时装置校准方法波长修正系数光源波长不是时方法横向干涉法装置横向干涉法试验装置如图所示图横向干涉法试验装置透射光干涉显微镜这种特定用途的干涉显微镜是两台显微镜和一台干涉仪的组合它使试验物体的放大像与干涉条纹一起出现一个平行光聚光镜和物镜系统产生试样的试验光路和参考光路它采用窄带滤光器和白光光源得到准相干照明光视像管摄像机和显示器摄像机产生一个能使条纹明暗度量化的电子图像使得能采用解析方法精确确定条纹中心座标它也可以在可见光谱之外的波长上进行测量显示器应能使操作人员便于观察试样有助于对试
15、样和条纹进行适当调节视频数字转换器该单元与摄像机和计算机控制器一起工作使摄到的显微镜输出场图数字化计算机对摄像管的位置进行寻址数字转换器将该寻址位置处的灰度用一个位二进制数字表示并送回到计算机由显示器上圆点光标指示被编码点的位置可编程计算机和绘图仪计算机可编程计算机采集作为位置数据函数的光强确定条纹相对于包层基准线的位移它是纤芯径向位置的函数计算出作出径向折射率剖面图确定一条最佳拟合的折射率剖面幂次分布曲线并由绘图仪绘出试样试样应是一段清洁的无被覆层光纤长度为程序测量试样横放在显微镜试验物镜下的光学试样平板由显微镜配备上将等量的油折射率与试样包层折射率相同注在试样平板和参考平板上选用倍油浸物镜
16、升高显微镜载物台直至物镜接触到油将试样定位在物镜视场中并在关闭参考光束情况下进行聚焦开启参考光束调节显微镜以产生如图所示高对比度条纹图形条纹曲线部分是由纤芯产生的调整光纤轴使之与条纹线垂直调节条纹间距使显示器上可看到约条条纹为便于分析再调节显微镜操纵装置使条纹线平行于摄像机的水平扫描线一旦将条纹适当定向可编程计算机和视频数字转换器就自动扫描所选条纹将包层条纹位置作为零位移位置可得出纤芯条纹位移量轴垂直跨过包层的两条相邻条纹进行一次单独扫描获得条纹间距条纹扫描结束后可确定一组用于计算的条纹位移点和条纹间距是条纹位移测量处径向位置编号计算为便于分析纤芯折射率分布由一组同心圆环近似图所示图顶部示出了
17、条纹以及条纹位移点与纤芯径向位置的相互关系这些条纹不必与光纤的沉积层相一致而取决于对要求的空间分辨率环折射率与包层折射率之差由下式给出式中光线在环中传输的距离点处条纹的位移相邻条纹间距式中环的半径图折射率剖面环图用绘图仪画出的曲线这就是光纤的折射率剖面采用曲线拟合法可获得与下面折射率方程最符合的参数式中处的折射率差纤芯半径折射率剖面形状因子近似为拟合确定的和值最符合实际的折射率剖面为避免由于中心折射率凹陷和纤芯包层边界不规则引起的不能接受的扰动拟合时应仅利用至之间的数值曲线拟合时可计算出拟合曲线与实际折射率剖面曲线的均方根偏差低偏差值对应光滑的折射率剖面从拟合参数值可确定纤芯直径和数值孔径其方
18、法尚在考虑之中结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试验数据试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容试样说明试验条件照明光中心波长和谱宽单光路或双光路干涉仪失效或合格判据方法近场光分布法横截面几何尺寸测定本方法是多模光纤几何尺寸测定的替代试验方法和单模光纤几何尺寸除模场直径测定的基准试验方法通过对被试光纤输出端面上近场光分布进行分析确定光纤横截面几何尺寸参数本方法可采用灰度法和近场扫描法灰度法用一视频系统实现两维近场扫描而近场扫描法只进行一维近场扫描灰度法可确定下列几何参数如表所示表灰度法可测量的几何参数参数适用的光纤类型纤芯直径纤芯不圆度纤芯包层同心度误差包层直径
19、包层不圆度近场扫描法可确定类光纤纤芯直径由于纤芯不圆度的影响近场扫描法与灰度法得出的纤芯直径可能有差别纤芯不圆度可通过多轴扫描来确定装置近场光分布法试验装置如图所示当采用近场扫描法时不需要图近场光分布法试验装置光源应采用合适的光源照明纤芯和包层在测量期间光源强度应是可调和稳定的应指定照明纤芯和包层光源的中心波长和谱线宽度用于包层照明光源的谱宽应不大于波长可以是或指定的其他波长光源谱特性不应引起像的散焦对于单模光纤应根据被试光纤类型选择标称波长为或的光源照明纤芯谱特性应按排除多模工作来选取也可采用其他波长的光源照明纤芯对于多模光纤照明纤芯的光源应是非相干的可采用白光或其他波长的光源注入条件光注入
20、装置应能在空间上和角度上对光纤均匀满注入在光纤输出端应对包层均匀照明光纤固定和定位装置应采用诸如真空吸盘之类的稳定的固定装置固定光纤输入端和输出端该固定装置应和定位装置在一起以便使光纤输入端和输出端能在输入光束和照明包层的光束中精确地对中包层模剥除器应采用包层模剥除器移去包层中传输的光功率当光纤预涂覆层折射率高于包层折射率或只测量包层几何参数时则不需要包层模剥除器放大光学装置应采用一合适放大光学装置放大试样输出近场图像以便能对放大图像进行扫描透镜数值孔径也就是光学分辨能力应与所要求的测量精度相适应且不低于应对装置放大倍数进行校准装置放大倍数应与所希望的空间分辨率相适应采用灰度法时应选择放大光学
21、装置的放大倍数使得摄像机的电荷耦合器件阵列被包层图像接近充满光检测器采用灰度法时应采用电荷耦合器件摄像机探测放大的输出近场图像并将其送到视频显示器视频数字转换器将图像数字化以便计算机分析光检测系统应是足够线性的校准后测量的不确定性不超过所要求的指标采用近场扫描法时应采用能对光纤近场图聚焦像进行扫描并提供场强和位置信息的装置例如一个用步进马达驱动的单个检测器如一针孔或者一个已知基元大小和间隔的视频阵列检测器检测器在所接收的光强范围内应是线性的摄像机像元尺寸或视频阵列检测器基元或针孔尺寸相对于放大的近场图像应足够小即式中摄像机像元尺寸或视频阵列检测器基元或针孔尺寸光学系统的近似放大倍数最低的测量波
22、长测量类光纤芯直径时被试光纤数值孔径或测量包层直径时物镜数值孔径视频图像显示器灰度法应采用视频图像显示器显示图像操作人员借助显示器屏上的图标例如十字游标将被测试样图像置于中心可采用计算机控制的对准和或聚焦装置数据采集和处理系统采用灰度法时可采用计算机进行数据采集和计算打印机提供测量信息和测量结果硬拷贝采用近场扫描法时应提供一种装置来记录近场光强与扫描位置的关系可以是记录仪数字处理器或其他的合适装置试样试样端面应清洁光滑并垂直于光纤轴测量包层时端面倾斜角应小于端面损伤应受控制使对测量精度的影响最小对于和类多模光纤试样长度应为对类单模光纤试样长度不受限制应注意避免光纤的小弯曲程序装置校准对已知具有
23、合适精度尺寸的试样进行扫描测定放大光学装置的放大率测量灰度法使用光纤夹具将试样定位在输入端使之达到规定的注入条件对输出端近场图聚焦并定位在显示器的中心应根据试验装置要求调节输入端纤芯照明强度和输出端包层照明强度应对数字化的试样输出近场图像的数据平均并记录近场扫描法使用光纤夹具将试样定位在输入端使达到规定的注入条件调节试样输出端使得能扫描放大的图像扫描近场图像记录光纤输出端面上作为位置函数的近场强度计算灰度法应采用合适的拟合方法将纤芯边界和包层边界的原始测量数据拟合成平滑的曲线来最佳估计实际的边界可确定的几何参数如下纤芯半径纤芯中心纤芯边界离纤芯中心的最小距离纤芯边界离纤芯中心的最大距离纤芯直径
24、纤芯不圆度包层半径包层中心包层边界离包层中心的最小距离包层边界离包层中心的最大距离包层直径包层不圆度纤芯包层同心度误差注对于类单模光纤假定模场同心度误差和用近场光分布法在使用短波长光源比短得多例如白光时测得的纤芯包层同心度误差是等效的在拟合成数学模型时有效地过滤或剔除由于端面切割不好造成的离散数据将改进拟合的效果曲线试验装置切割方法和过滤方法的选择对包层参数测量精度的影响是相互作用的近场扫描法应将测得的输出近场图光强幅度归一化并作出归一化光强与光纤输出端面上有效扫描位置的函数曲线可采用下面两种方法计算纤芯直径注由于纤芯不圆度的影响本方法确定的纤芯直径与灰度法确定的纤芯直径可能有偏差不采用曲线拟
25、合直接从测得的光强曲线上确定纤芯直径曲线拟合在归一化光强曲线图上将至的点用最小二乘方法拟合成下面的表示式式中纤芯半径形状因子拟合变量包括和应选择合适的曲线拟合算法使结果基本不受拟合算法具体细节的影响在拟合曲线上的两点之间的距离就是纤芯直径结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试验数据试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容试验装置说明光注入条件放大光学装置的放大率光源谱特性光检测器说明检测器类型和孔径大小仅对近场扫描法精度和重复性校准程序方法侧视光分布法预涂覆几何尺寸测定本方法用于测量光纤预涂覆层直径不圆度及包层涂覆层同心度误差为了得到涂覆层的某些参数也需要通过该方
26、法测出包层直径侧视光分布法测量精度相对较低用该方法测得的包层直径值不能作为用方法和测得的包层直径值的替代值装置侧视光分布法试验装置有两种一种是包含一个光学显微镜如图所示另一种是包含一个激光器如图所示包含光学显微镜的试验装置图侧视光分布法试验装置包含光学显微镜应采用一个高质量显微物镜用透射光照明可以直接用十字准线目镜观察图像观察法或者采用电荷耦合器件摄像机将图像显示在显示器上摄像机法采用观察法时系统典型放大倍数是采用摄像机法时图像直接送到电荷耦合器件摄像机典型放大倍数是采用观察法时光纤图像尺寸参数是通过十字准线目镜确定采用摄像机法时光纤图像尺寸参数是通过在显示器上用电子标尺对图像定位确定或者是通
27、过计算机对储存图像进行数据分析确定被试光纤应置于显微镜焦平面上光纤轴与物镜光轴垂直试样应放在用透明材料制作的盒子里并浸入合适的折射率匹配液中为定位试样使它与标尺平行盒子如必要应固定在旋转平台上应用夹具固定整个盒子或盒中的光纤使能旋转并能够在足够多的位置上固定以便测量涂覆层尺寸参数当光纤从一个位置旋转至另一个位置时机械公差应非常小使得需要的重复定位和重复聚焦次数最少包含激光器的试验装置图侧视光分布法试验装置包含激光器装置应由一个合适工作波长例如的激光光源一个扫描器件和一个检测器组成如必要可采用透镜系统将光束对准试样应用合适的可旋转光纤夹具固定试样光纤轴与装置光轴垂直试样应能旋转并能够在足够多的位
28、置上固定以便测量涂覆层的尺寸参数试样试样应是一短段光纤程序装置校准应通过测量尺寸已知的标准物质校准样品对装置进行校准由于侧视光分布法精度的典型值为校准样品的尺寸精度应不大于测量通过光纤图像的分析确定对应不同旋转角度的预涂覆尺寸采用图所示装置尺寸参数可通过测量激光光束透过光纤的偏转函数获得数据采集后有两种数据分析的方法平面分析采用合适的光纤夹具旋转试样测出最大直径和最小直径为找出图像最大和最小角度位置需旋转试样测出该角度位置上包层直径和预涂覆层厚度计算出在不同角度位置上测得的涂覆层直径最大值和最小值椭圆拟合分析为获得涂覆层外径的数据对光纤的放大侧视图像进行分析只要有足够可利用的数据点就可将涂覆数
29、据按最小二乘方法拟合成一个椭圆确定椭圆的长轴和短轴计算平面分析参数涂覆层直径涂覆层不圆度厚度比定义涂覆层直径这里和分别是最大直径和最小直径和分别是测得的最小和最大涂覆层厚度椭圆拟合分析参数涂覆层直径涂覆层不圆度同心度误差定义涂覆层直径这里和分别是最佳拟合椭圆的长轴和短轴和是涂覆层外或内中心的坐标和是包层中心的坐标结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试验数据试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容试样说明试验条件数据处理方法方法机械法直径测定本方法通过使试样两个相对侧面与平砧相接触来测量试样的直径它适用于类类和类光纤包层直径的精密测量用来向工厂提供作为标准参考物质的
30、校准光纤样品本方法也能用来测量光纤涂覆层直径和缓冲层直径装置采用两个表面很平的平砧平砧与光纤侧面相接触两平砧的表面互相平行平砧与光纤的接触力应足够小以保证平砧对光纤不产生物理变形如果平砧表面不平坦或者平砧对光纤产生变形则应对测量结果作出修正试验装置如图所示图典型的电子测微计系统顶视图平砧采用两个平砧一个固定另一个可移动可移动平砧安装在精密控制器上或者可以自由移动通过弹簧或由悬挂重物产生拉力或采用其他类似手段将可移动平砧贴紧固定平砧或光纤电子测微计系统应采用像双通路迈克尔逊干涉仪这样的电子测微计系统它与后向反射器或平面镜一起用于精确测量平台的移动即可移动平砧的移动试样支架支架将试样支撑在两平砧面
31、之间短试样可从套圈或型夹具及其他类型固定器中伸出程序清洁平砧表面转动测微计螺杆使两平砧表面相接触将测微计螺杆转过头一点使两个平砧仅靠弹簧张力贴在一起记录电子测微计读数然后调节测微计使平砧表面之间的间隙大于试样直径将试样置于两平砧之间的支架上缓缓转动螺杆使平砧表面接触光纤将测微计螺杆转过头一点使平砧仅靠弹簧张力夹住光纤记录电子测微计读数试样直径就是如果变形不能忽略该值还应加上修正值为保证测量的重复性应重复测量几次为确定试样的不圆度应转动试样进行一系列测量测量时应将平砧表面和试样表面的接触力调到足够小使得试样或平砧产生的变形可以忽略所要求的平砧与试样的接触力取决于试样和平砧的材料接触力大小应在用户
32、和厂家之间达成协议结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试验数据由多次测量得到的试样平均直径和标准偏差试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容修正因子值如采用装置的描述包括平砧材料和接触力方法机械法长度测定在考虑中方法传输和或反射脉冲延迟法长度测定在光纤群折射率已知时本方法通过测量光脉冲或脉冲串的传输时间进行光纤长度测定本方法也可以对已知长度的光纤进行群折射率测定光脉冲通过长度为平均群折射率为的光纤的传输延迟时间为式中真空中的光速如果已知测量可得出反过来当已知则测量可得出注应考虑到数值孔径容差引起的群折射率的容差装置有两种测量光脉冲传输时间的方法测量传输脉冲的延迟时
33、间测量对应的试验装置如图所示测量反射脉冲的延迟时间测量对应的试验装置如图所示在图和图所示的试验装置中可采用后向散射装置或含有分立的启动停止门和有平均功能的计数器例如至少次计数来代替取样示波器图测量传输脉冲延迟时间的试验装置图测量反射脉冲延迟时间的试验装置光源采用取样示波器进行测量光脉冲发生器应最好是大功率激光器它由频率和宽度可调的电脉冲系列发生器激励应记录波长和谱宽采用计数器或后向散射装置进行测量光脉冲发生器应最好是大功率激光器它由宽度可调的电脉冲系列发生器激励两脉冲之间的时间或大于传输脉冲的传输时间采用计数器时为或大于反射脉冲的传输时间采用后向散射装置时为应记录激光器的波长和谱宽光检测器光接
34、收机中光检测器最好应为高速雪崩光电二极管光检测器在测量波长上应有足够的灵敏度并且带宽应足够宽使得光脉冲形状不受影响程序校准应测量光源至注入点的延迟时间即试验装置本身的延迟时间平均群折射率值对一根长度已知的光纤进行测量测量出计算出光纤平均群折射率值长度测量长度测量值可以是示波器屏上的时域读数采用双通道示波器可改善测量的准确度使它与光纤实际长度无关也可以是电子计数器显示器上平均传输时间的读数电子计数器应用校准值进行修正计算光纤长度通过下式获得传输脉冲法反射脉冲法式中光纤长度传输或反射时间真空中的光速光纤平均群折射率结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试验数据试验日期和操作人员环境温度和
35、相对湿度报告中也可包括下列内容测量波长群折射率试验装置的延迟时间传输和或反射时间方法光纤伸长量的测定本方法规定了测量光纤伸长量的试验程序其目的不在于测量光纤绝对应变而是测量负荷条件变化时光纤应变的变化本试验完全适用于类单模光纤对于类多模光纤由于光纤中产生的非纵向应力可能产生干涉模效应因此将测量结果认为是最终试验结果时应谨慎对于至类光纤该试验的应用正在考虑之中光纤伸长量测定可采用相移法方法或差分脉冲时延法方法光纤伸长应变即由下式给出式中差分脉冲时延光纤长度与光弹系数真空中光速和有效群折射率有关的常数采用方法时差分时延由下式得到式中相移调制频率装置一标距长度已知的试验附加装置应能给光纤或光缆施加和
36、改变纵向应力为防止加载时光纤包括光缆中光纤滑动应适当固定试样端头应提供一合适的测量伸长量的工作台用于相移法或脉冲时延法与机械法测得的光纤伸长量值的校准光学试验装置试验装置在测量期间和测量时温度变化范围内应是稳定的方法相移法典型试验装置如图所示图方法的试验装置一个光源激光器或调制器注入光学装置信号检测器和参考信号等可用于本方法方法与光纤波长色散的试验方法见是类似的区别只在于方法只采用一个激光器或只需要一个波长的光源因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的情况方法差分脉冲时延法典型试验装置如图所示图方法的试验装置应采用适当的试验装置该装置应能测量光纤中信号的
37、传输时间例如一台短脉冲菲涅尔光时域反射计仪器分辨率整个测量系统的应变测量分辨率应不大于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算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之内试验也可在其他条件下进行对于极端温度和气压变化大于个大气压的情况有必要进行修正特别是因子程序校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
38、的关系考虑了由应变导致的群折射率变化通常建议在同类型光纤中随机挑选试样进行校准但是只要是同类型光纤就没有必要在每次测量光纤伸长量之前重复校准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该测量步骤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所以在解释测量结果时应谨慎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测量输入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他反射最小例如光纤近端反射在上面两种方法中因为光程是光纤长度的两倍所以应用因子对测得的相移值或脉冲时延值进行修正结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试验数据在读取每一个相移读数脉冲时延读数长度读数时施加的负荷值以及计算出的应变值试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容光源类型和波长调制器频率和类型相移法试验方法注入条件信号检测装置和记录装置的描述试验附加装置和施加负荷装置的描述校准数据
