CN114199515A - 一种井下光纤氢损老化测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤传输损耗测试技术领域，涉及一种井下光纤氢损老化测试方法，包括：对尾纤进行光功率测试，获得光功率值P1；将尾纤与裸纤进行连接，对与裸纤连接的尾纤进行光功率测试，获得光功率值P2；获得老化试验前的损耗值△Pa＝∣P1‑P2∣；将未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤进行老化，分别获得未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤的光功率值P3和P4；获得老化试验后的损耗值△Pb＝∣P3‑P4∣；通过对比老化试验前和老化试验后的损耗值，获得光纤氢损老化结果。其拓宽了光纤老化损耗测试的适用范围，降低对老化实验装置和光纤样品的限定性，提高了目前光纤表征方法的实用性，具有非常广阔的前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下光纤氢损老化测试方法，属于光纤传输损耗测试技术领域。
背景技术
随着现代网络通讯技术的迅速发展，光纤通讯技术逐渐成为现代网络通讯的主要数据传输方式。光纤光缆已广泛应用于海洋、陆地、航空、能源开发等各种领域。相比于传统通讯手段，其具有传输频率宽、通讯容量大、保密性高、重量轻、易于架设和运送等优点。
光纤传输是以光导纤维(光纤)为介质进行的数据、信号传输手段。光纤的传输损耗是指光纤在使用过程中由于物质自身、外界环境、传输效应等多种因素所导致的损耗。目前已知，光纤在海洋腐蚀环境、腐蚀气体环境、低温环境、高温环境、高压环境、外力影响、曝晒辐射线环境等恶劣环境下，光纤自身会发生化学结构变化，破坏了光纤对信号传导的精确性，使得光波信号发生了损耗。光纤的传输损耗特性是决定光网络传输距离、传输稳定性和可靠性的最重要因素之一。
在我国的油气田领域中，井下光缆体现了极高的应用价值，使油田生产变得更高效可靠，具有不可替代的作用。但研究表明，光缆材料在高温下会发生析氢现象，氢原子析出后与光纤材料发生相互作用，破坏光纤自身的物质结构，导致传输信号不稳定，光纤失效。这种光纤传输损耗问题严重制约着井下光缆的使用寿命和通讯信号的精确度，严重限制了光纤光缆在井下环境中的应用及研发。因此，在光纤通信网络的建设和维护中，就需要建立合适的氢损老化试验***与相匹配的光纤损耗测试表征手段，从而精准把控光纤老化情况，使得井下环境光缆的应用及研发有所突破。
在国家标准GB/T 15972.55-2009，即《光纤试验方法规范第55部分：环境性能的测量方法和试验程序氢老化》中，规定试验条件：氢分压1kPa、温度65℃±2℃、试样放置时间大于16h。井下环境光纤处于高温高压的服役条件，在国标试验条件下，无法对井下环境光纤进行服役条件老化情况的判定，并且实际老化条件要求存在不确定性。
在国家标准GB/T15972.40-2008，即《光纤试验方法规范第40部分：传输特性和光学特性的测量方法和试验程序衰减》中，试样长度是基于对整盘光纤进行测试，一般长度大于3km，才可以得到较为准确的衰减数据。当光纤样品长度小于6m时，后向散射法存在盲区，无法准确测量光纤样品损耗值，存在光纤样品长度的限制问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种井下光纤氢损老化测试方法，其拓宽了光纤老化损耗测试的适用范围，降低对老化实验装置和光纤样品的限定性，提高了目前光纤表征方法的实用性，具有非常广阔的前景。
为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种井下光纤氢损老化测试方法，包括：对尾纤进行光功率测试，获得光功率值P1；将尾纤与裸纤进行连接，对与裸纤连接的尾纤进行光功率测试，获得光功率值P2；获得老化试验前的损耗值△Pa＝∣P1-P2∣；将未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤进行老化，分别获得未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤的光功率值P3和P4；获得老化试验后的损耗值△Pb＝∣P3-P4∣；通过对比老化试验前和老化试验后的损耗值，获得光纤氢损老化结果。
进一步，光功率测试首先保持待测样品的测试断口清洁，将待测样品一端连接光源，另一端连接光功率计，对待测样品进行若干次拉直、对调双向测试，获取每一次检测的光功率值，并取其平均值作为待测样品的光功率值。
进一步，光功率测试的光源采用稳定辐射的光源，光源稳定地输出预定波长、预定模式和预定功率的光信号，光源包括卤钨灯、激光器或发光二极管。
进一步，光功率测试能够在一个或多个波长上测量，或者在预设波长范围内测试，测试波长由光源以及光功率计决定。
进一步，测试波长在800-1600nm的范围内，其中，多模光纤的测试波长在850nm-1300nm范围内，单模光纤的测试波长在1310nm-1550nm范围内。
进一步，尾纤与裸纤的连接方法包括：熔接、裸纤快速耦合器或转接头。
进一步，老化试验中总压在2-50MPa的范围内；氢分压在1-5MPa的范围内；温度在100℃-500℃的范围内；待测样品的放置时间为1-12天。
进一步，光纤为短距离光纤，光纤的长度在1-5m范围内。
进一步，尾纤的最短长度小于5m。
进一步，光纤包括多模光纤和单模光纤，多模光纤包括OM1光纤或OM2/OM3光纤；单模光纤包括：色散非位移单模光纤、色散位移光纤、截止波长位移光纤、非零色散位移光纤、低斜率非零色散位移光纤或耐弯光纤。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明拓宽了光纤老化损耗测试的适用范围，降低对老化实验装置和光纤样品的限定性，提高了目前光纤表征方法的实用性，具有非常广阔的前景。
2、本发明中方法可适用目前市场光纤的多种服役环境，包括但不限于海洋腐蚀环境、腐蚀气体环境、低温环境、高温环境、高压环境和外力影响。
3、本发明通过拉直光纤、多次对调测量、保持仪器静止等方法降低光纤可能弯曲移动造成的损耗，整体上极大的避免了短距离光纤测试的误差大的问题，最终达到对短距离光纤进行测试表征的目的。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明涉及一种井下光纤氢损老化测试方法，其采用***损耗法，通过对短距离光纤使用稳定的光源和光功率计对光纤链路进行测试，得到损耗数值。最终通过对比老化试验前后的损耗值大小，从而分析老化实验对光纤损耗的时间依赖性。本发明使用OTDR(Optical Time Domain Reflectometer光时域反射仪)验证损耗误差在0.05dBm以内，使用拉直光纤、多次对调测量、保持仪器静止等方法降低光纤弯曲移动造成的损耗，整体上避免了短距离光纤测试的误差大的问题，最终可以得到精确的损耗数值，从而对老化情况进行表征。下面通过几个实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例一
光纤包括多模光纤和单模光纤，多模光纤包括但不限于OM1光纤(62.5/125um)或OM2/OM3光纤(G.651光纤)；单模光纤包括但不限于：色散非位移单模光纤(G.652光纤)、色散位移光纤(G.653光纤)、截止波长位移光纤(G.654光纤)、非零色散位移光纤(G.655光纤)、低斜率非零色散位移光纤(G.656光纤)或耐弯光纤(G.657光纤)。本实施例中方案是针对短距离光纤设计的，氢损老化试验的光纤样品的长度应小于10m，优选光纤的长度在1-5m范围内。尾纤的最短长度小于5m。
本实施例涉及一种井下光纤氢损老化测试方法，包括：
S1对尾纤进行光功率测试，获得光功率值P1(dBm)；
S2将尾纤与裸纤进行连接，对与裸纤连接的尾纤进行光功率测试，获得光功率值P2；获得老化试验前的损耗值△Pa＝∣P1-P2∣；
S3将未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤进行老化，分别获得未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤的光功率值P3和P4；
S4获得老化试验后的损耗值△Pb＝∣P3-P4∣；
S5通过对比老化试验前和老化试验后的损耗值，获得光纤氢损老化结果。
其中，光功率测试采用的是***损耗法，其基本原理就是在发射机和接收机之间***待测元件，检测发射机的输入端口的光功率和接收机的输出端口的光功率，将输入端口的光功率和输出端口的光功率相比，得到本实施例中的光功率值，其单位为分贝(dB)。故在本实施例中，首先保持待测样品的测试断口清洁，将待测样品一端连接光源，另一端连接光功率计，对待测样品进行6次拉直、对调双向测试，获取每一次检测的光功率值，得到6个尾纤光功率值，并取其平均值作为待测样品的光功率值。本实施例中采用的***损耗法不会对被测光纤或固定在光纤端头上的终端连接器造成破坏，更适用于现场测量，并且主要用于对链路光缆的测量。本实施例中光纤样品为短距离光纤，其损耗相比长距离光纤更小，本方案通过拉直光纤、多次对调测量、保持仪器静止等方法降低光纤可能弯曲移动造成的损耗，整体上极大的避免了短距离光纤测试面对的误差大的问题，最终达到对短距离光纤进行测试表征的目的。
本实施例中，待测样品可以是上文中的未与裸纤连接的尾纤，也可以是与裸纤连接的尾纤，由于只是样品不同，当光功率测试方法是一样的，故不在赘述。
本实施例中，光功率测试的光源采用稳定辐射的光源，光源稳定地输出预定波长、预定模式和预定功率的光信号，光源包括卤钨灯、激光器或发光二极管，光源也可以是其他现有的稳定光源，在此不做限定。可依据测量类型选择合适的光源。在测量过程中，光源位置、强度和波长应保持稳定。
光功率测试能够在一个或多个波长上测量，或者在预设波长范围内测试，测试波长由光源以及光功率计决定。测试波长在800-1600nm的范围内，其中，多模光纤的测试波长在850nm-1300nm范围内，单模光纤的测试波长在1310nm-1550nm范围内。
本实施例中，尾纤与裸纤的连接方法包括但不限于：熔接、裸纤快速耦合器或转接头。其中，熔接损耗相对最小，故为本实施例中优选方案，在进行熔接时，使用熔接机设备将尾纤剪断与裸纤两侧进行高精度熔接，并通过OTDR验证熔接损耗大小，将其控制在0.05dBm以内。
本实施例中，老化试验中，可根据不同的光纤类型和服役环境对试验装置的总压、氢分压、温度和时间进行调节，其中，总压在2-50MPa的范围内，优选范围为10-40MPa；氢分压在1-5MPa的范围内，优选范围为1-2MPa；温度在100℃-500℃的范围内，优选范围为200℃-300℃；待测样品的放置时间为1-12天，优选范围为3-5天。
本实施例中方法可以适用目前市场光纤的多种服役环境，包括但不限于海洋腐蚀环境、腐蚀气体环境、低温环境、高温环境、高压环境和外力影响。
实施例二
基于相同的发明构思，本实施例通过一个实际案例，对实施例一中的方案进行详细说明。本实施例中被测光纤为多模光纤OM1，被测光纤样品长度10米，尾纤长度为5米。光功率测试波长为1300nm和850nm。
S1对尾纤进行光功率测试，测试过程中保持光源、被测尾纤和光功率计静止，并且尽量在无尘环境中测试，保证测试断口的整洁。要求拉直、对调双向测试6次，测试得到6个尾纤光功率数值，取平均值，作为参考光功率值P1(dBm)；
S2使用熔接机设备将尾纤剪断与裸纤两侧进行高精度熔接，并通过OTDR验证熔接损耗大小，并将其限定在0.05dBm以内，对与裸纤连接的尾纤进行光功率测试，同样对与裸纤连接的尾纤进行拉直、对调双向测试6次，得到6个光功率值，取平均值，作为样品光功率数值P2(dBm)，获得老化试验前的损耗值△Pa＝∣P1-P2∣；
S3将未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤进行老化，使用高温高压反应釜作为氢损老化试验装置，试验条件为总压30MPa，氢分压3MPa、温度200℃、试样放置时间96h。在老化试验后，分别获得未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤的光功率值P3和P4；
S4获得老化试验后的损耗值△Pb＝∣P3-P4∣；
S5通过对比老化试验前和老化试验后的损耗值，获得光纤氢损老化结果。
表1和表2分别为被测光纤在光功率测试波长为1300nm和850nm时，在老化试验前后的损耗值。通过对比对应波长下的△Pa、△Pb，可以判定此次老化试验条件下，被测光纤损耗在1300nm波长下增加了1.12dB，在850nm波长下增加了1.36dB。
表1.被测光纤在光功率测试波长为1300nm和850nm时老化试验前的损耗值表
表2.被测光纤在光功率测试波长为1300nm和850nm时老化试验后的损耗值表
实施例三
基于相同的发明构思，本实施例通过一个实际案例，对实施例一中的方案进行详细说明。本实施例中被测光纤为多模光纤OM2，被测光纤样品长度10米，尾纤长度为5米。光功率测试波长为1300nm和850nm。
S1对尾纤进行光功率测试，测试过程中保持光源、被测尾纤和光功率计静止，并且尽量在无尘环境中测试，保证测试断口的整洁。要求拉直、对调双向测试6次，测试得到6个尾纤光功率数值，取平均值，作为参考光功率值P1(dBm)；
S2使用熔接机设备将尾纤剪断与裸纤两侧进行高精度熔接，并通过OTDR验证熔接损耗大小，并将其限定在0.05dBm以内，对与裸纤连接的尾纤进行光功率测试，同样对与裸纤连接的尾纤进行拉直、对调双向测试6次，得到6个光功率值，取平均值，作为样品光功率数值P2(dBm)，获得老化试验前的损耗值△Pa＝∣P1-P2∣；
S3将未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤进行老化，使用高温高压反应釜作为氢损老化试验装置，试验条件为总压20MPa，氢分压3MPa、温度200℃、试样放置时间48h。在老化试验后，分别获得未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤的光功率值P3和P4；
S4获得老化试验后的损耗值△Pb＝∣P3-P4∣；
S5通过对比老化试验前和老化试验后的损耗值，获得光纤氢损老化结果。
表3和表4分别为被测光纤在光功率测试波长为1300nm和850nm时，在老化试验前后的损耗值。通过对比对应波长下的△Pa、△Pb，可以判定此次老化试验条件下，被测光纤损耗在1300nm波长下增加了0.46dB，在850nm波长下增加了0.45dB。
表3.被测光纤在光功率测试波长为1300nm和850nm时老化试验前的损耗值表
表4.被测光纤在光功率测试波长为1300nm和850nm时老化试验后的损耗值表
实施例四
基于相同的发明构思，本实施例通过一个实际案例，对实施例一中的方案进行详细说明。本实施例中被测光纤为单模光纤G.652，被测光纤样品长度20米，尾纤长度为2米。光功率测试波长为1310nm和1550nm。
S1对尾纤进行光功率测试，测试过程中保持光源、被测尾纤和光功率计静止，并且尽量在无尘环境中测试，保证测试断口的整洁。要求拉直、对调双向测试6次，测试得到6个尾纤光功率数值，取平均值，作为参考光功率值P1(dBm)；
S2使用熔接机设备将尾纤剪断与裸纤两侧进行高精度熔接，并通过OTDR验证熔接损耗大小，并将其限定在0.05dBm以内，对与裸纤连接的尾纤进行光功率测试，同样对与裸纤连接的尾纤进行拉直、对调双向测试6次，得到6个光功率值，取平均值，作为样品光功率数值P2(dBm)，获得老化试验前的损耗值△Pa＝∣P1-P2∣；
S3将未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤进行老化，使用高温高压反应釜作为氢损老化试验装置，试验条件为总压30MPa，氢分压3MPa、温度300℃、试样放置时间96h。在老化试验后，分别获得未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤的光功率值P3和P4；
S4获得老化试验后的损耗值△Pb＝∣P3-P4∣；
S5通过对比老化试验前和老化试验后的损耗值，获得光纤氢损老化结果。
表5和表6分别为被测光纤在光功率测试波长为1310nm和1550nm时，在老化试验前后的损耗值。通过对比对应波长下的△Pa、△Pb，可以判定此次老化试验条件下，被测光纤损耗在1310nm波长下增加了2.71dB，在1550nm波长下增加了2.89dB。
表5.被测光纤在光功率测试波长为1310nm和1550nm时老化试验前的损耗值表
表6.被测光纤在光功率测试波长为1310nm和1550nm时老化试验后的损耗值表
实施例五
基于相同的发明构思，本实施例通过一个实际案例，对实施例一中的方案进行详细说明。本实施例中被测光纤为单模光纤G.652，被测光纤样品长度20米，尾纤长度为2米。光功率测试波长为1310nm和1550nm。
S1对尾纤进行光功率测试，测试过程中保持光源、被测尾纤和光功率计静止，并且尽量在无尘环境中测试，保证测试断口的整洁。要求拉直、对调双向测试6次，测试得到6个尾纤光功率数值，取平均值，作为参考光功率值P1(dBm)；
S2使用熔接机设备将尾纤剪断与裸纤两侧进行高精度熔接，并通过OTDR验证熔接损耗大小，并将其限定在0.05dBm以内，对与裸纤连接的尾纤进行光功率测试，同样对与裸纤连接的尾纤进行拉直、对调双向测试6次，得到6个光功率值，取平均值，作为样品光功率数值P2(dBm)，获得老化试验前的损耗值△Pa＝∣P1-P2∣；
S3将未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤进行老化，使用高温高压反应釜作为氢损老化试验装置，试验条件为总压10MPa，氢分压1MPa、温度100℃、试样放置时间48h。在老化试验后，分别获得未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤的光功率值P3和P4；
S4获得老化试验后的损耗值△Pb＝∣P3-P4∣；
S5通过对比老化试验前和老化试验后的损耗值，获得光纤氢损老化结果。
表5和表6分别为被测光纤在光功率测试波长为1310nm和1550nm时，在老化试验前后的损耗值。通过对比对应波长下的△Pa、△Pb，可以判定此次老化试验条件下，被测光纤损耗在1310nm波长下增加了0.64dB，在1550nm波长下增加了0.78dB。
表7.被测光纤在光功率测试波长为1310nm和1550nm时老化试验前的损耗值表
表8.被测光纤在光功率测试波长为1310nm和1550nm时老化试验后的损耗值表
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，包括：
对尾纤进行光功率测试，获得光功率值P1；
将所述尾纤与裸纤进行连接，对与裸纤连接的尾纤进行光功率测试，获得光功率值P2；
获得老化试验前的损耗值△Pa＝∣P1-P2∣；
将未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤进行老化，分别获得未与裸纤连接的尾纤以及与裸纤连接的尾纤的光功率值P3和P4；
获得老化试验后的损耗值△Pb＝∣P3-P4∣；
通过对比老化试验前和老化试验后的损耗值，获得光纤氢损老化结果。
2.如权利要求1所述的井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，所述光功率测试首先保持待测样品的测试断口清洁，将所述待测样品一端连接光源，另一端连接光功率计，对所述待测样品进行若干次拉直、对调双向测试，获取每一次检测的光功率值，并取其平均值作为待测样品的光功率值。
3.如权利要求2所述的井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，所述光功率测试的光源采用稳定辐射的光源，所述光源稳定地输出预定波长、预定模式和预定功率的光信号，所述光源包括卤钨灯、激光器或发光二极管。
4.如权利要求3所述的井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，所述光功率测试能够在一个或多个波长上测量，或者在预设波长范围内测试，测试波长由所述光源以及光功率计决定。
5.如权利要求4所述的井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，所述测试波长在800-1600nm的范围内，其中，多模光纤的测试波长在850nm-1300nm范围内，单模光纤的测试波长在1310nm-1550nm范围内。
6.如权利要求1-5任一项所述的井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，所述尾纤与裸纤的连接方法包括：熔接、裸纤快速耦合器或转接头。
7.如权利要求1-5任一项所述的井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，所述老化试验中总压在2-50MPa的范围内；氢分压在1-5MPa的范围内；温度在100℃-500℃的范围内；待测样品的放置时间为1-12天。
8.如权利要求1-5任一项所述的井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，所述光纤为短距离光纤，所述光纤的长度在1-5m范围内。
9.如权利要求8所述的井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，所述尾纤的最短长度小于5m。
10.如权利要求9所述的井下光纤氢损老化测试方法，其特征在于，所述光纤包括多模光纤和单模光纤，所述多模光纤包括OM1光纤或OM2/OM3光纤；所述单模光纤包括：色散非位移单模光纤、色散位移光纤、截止波长位移光纤、非零色散位移光纤、低斜率非零色散位移光纤或耐弯光纤。
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