光纤传感器凭借抗电磁干扰、高灵敏度等特性，成为工业监测、航空航天等领域的核心感知设备。但极端气候环境（如高温、低温、湿热）会引发光纤材料性能变化，导致信号衰减，直接影响传感器可靠性。因此，气候环境试验中的信号衰减测试是验证传感器环境适应性的关键环节。本文从场景机制、系统搭建、测试步骤到数据处理，系统阐述光纤传感器气候环境试验的信号衰减测试方法。

气候环境试验的核心场景与信号衰减机制

光纤传感器的气候环境试验主要聚焦三类场景：高温（55℃~150℃）、低温（-60℃~-10℃）、湿热（25℃~85℃+60%~95%RH）。不同场景的衰减机制差异显著：高温会加速光纤涂层热老化，聚酰亚胺等聚合物涂层分解后，会增加光吸收损耗；同时，光纤芯层热膨胀改变折射率分布，引发模式耦合损耗。低温环境下，光纤材料脆性增加，连接头金属部件收缩松动，导致接口损耗上升；光电器件（如光电探测器）响应度随温度降低而下降，间接放大衰减效果。湿热环境中，水分渗透光纤涂层会改变介电常数，增加散射损耗；长期高湿还可能引发金属部件腐蚀，破坏光纤与传感器的连接稳定性。

例如，85℃高温下持续1000小时，聚酰亚胺涂层光纤的光吸收损耗可增加0.2dB/km；-40℃低温时，光纤与不锈钢连接头的热收缩差可达0.1mm，接口损耗从0.1dB上升至0.5dB；40℃+90%RH湿热环境中，未防水封装的传感器会因水分进入光栅区域，导致反射率下降，衰减超1dB。

信号衰减测试的基础理论：光功率损耗量化指标

信号衰减的核心量化指标是光功率损耗，常用单位为分贝（dB），公式为：A(dB) = 10lg(P_in/P_out)，其中P_in是输入光功率（试验前基线值），P_out是试验中的输出光功率。若需更直观的百分比衰减，公式为：衰减率(%) = [(P_in-P_out)/P_in]×100%。

需注意，光纤传感器的衰减通常是“点到点”的短距离损耗（如几米至几十米），因此需选用高分辨率光功率计（nW级）才能准确捕捉微小变化。例如，某光纤光栅传感器的基线光功率为100μW，试验中输出为95μW，衰减量为10lg(100/95)≈0.22dB，或衰减率5%。

测试系统的硬件组成与选型要求

信号衰减测试系统需包含四部分核心硬件：光源、光功率计、气候试验箱、光纤连接组件。光源需与传感器工作波长匹配（如1310nm或1550nm），优先选稳定性高的半导体激光器（LD）或发光二极管（LED），波动范围需≤0.1dB。光功率计需具备高分辨率（≥0.1nW）、快响应时间（≤1s），并支持与电脑联机自动记录数据。气候试验箱需满足温度控制精度±1℃、湿度控制精度±2%RH，且内部无温度梯度（均匀性≤2℃），避免局部环境差异影响测试结果。

光纤连接组件需选用低损耗连接器（如FC/APC或LC/APC），插入损耗≤0.3dB；跳线需采用单模光纤（SMF），衰减≤0.35dB/km（1550nm）。例如，测试1550nm光纤传感器时，光源选1550nm LD（输出功率1mW，波动±0.05dB），光功率计选Agilent 8163B（分辨率0.01nW），气候箱选ESPEC SH-241（温度-70℃~180℃，湿度10%~98%RH）。

标准环境下的基线校准方法

基线校准是测试的基础，需在标准环境（25℃±2℃、50%RH±5%RH）下进行。步骤如下：1、将传感器与测试系统连接（光源→传感器→光功率计），确保跳线无弯曲、连接器清洁。

2、通电预热30分钟，使系统稳定。

3、每隔5分钟记录一次光功率值，共测5次。

4、取5次值的平均值作为基线光功率P_in0。

需注意，校准前需清洁连接器：用无水乙醇浸湿无尘纸，沿连接器端面圆周方向擦拭，再用干无尘纸吸干，避免指纹或灰尘导致额外损耗。例如，某传感器校准中5次测量值为102μW、101μW、103μW、102μW、101μW，基线值为(102+101+103+102+101)/5=101.8μW。

高温环境下的信号衰减测试步骤

高温环境测试（如85℃、125℃）需遵循“稳定-暴露-监测”流程：1、设置气候箱至目标温度，开启风机循环，稳定2小时（确保箱内温度均匀）；2、将传感器放入箱内，固定跳线（弯曲半径≥20倍光纤直径，如125μm光纤需≥2.5mm）；3、连接光纤至测试系统，确认光功率计读数稳定。

4、持续试验（如1000小时），每隔24小时记录一次输出光功率P_out；5、计算每次衰减量：A = 10lg(P_in0/P_out)。

例如，85℃高温试验中，某传感器基线值101.8μW，第24小时输出99.5μW，衰减量为10lg(101.8/99.5)≈0.10dB；第1000小时输出95.2μW，衰减量为10lg(101.8/95.2)≈0.28dB，符合≤0.5dB的技术要求。

低温环境下的信号衰减测试要点

低温环境测试（如-40℃、-60℃）需注意设备预热与防霜：1、设置气候箱至目标温度，稳定1小时。

2、将传感器放入箱内，静置1小时（让传感器温度与环境一致，避免热冲击）；3、连接光纤时，需快速操作，避免连接器结霜（可采用防霜密封套）；4、试验持续时间（如500小时），每隔12小时记录一次P_out。

低温下光电器件响应慢，因此记录前需让光功率计稳定5分钟。例如，-40℃试验中，某传感器基线值101.8μW，第12小时输出98.3μW，衰减量0.15dB；第500小时输出96.5μW，衰减量0.22dB，未超过阈值。

湿热环境下的信号衰减测试流程

湿热环境测试（如40℃+90%RH、60℃+85%RH）需关注水分渗透：1、设置气候箱至目标温湿度，稳定2小时。

2、将传感器放入箱内（无需密封，模拟实际使用场景）；3、持续试验（如21天），每天记录一次P_out，同时观察光纤涂层是否起泡、脱落。

4、若涂层出现损坏，需额外记录损坏时间与对应的衰减量。

例如，40℃+90%RH试验中，某传感器前7天输出稳定（99.0μW~98.5μW），第14天涂层出现小泡，输出降至97.1μW（衰减0.20dB）；第21天涂层未进一步损坏，输出96.8μW（衰减0.21dB），符合要求。

测试过程中的干扰因素与排除策略

测试中常见干扰因素及排除方法：1、连接器污染：定期清洁（每7天一次），避免灰尘积累。

2、光纤弯曲：用夹具固定跳线，确保弯曲半径≥20倍光纤直径。

3、振动：将气候箱放在稳定台面上，传感器用泡沫夹具固定，避免箱内风机振动传递。

4、电源波动：采用UPS供电，确保光源输出稳定。

例如，某测试中光功率突然从98μW降至85μW，检查发现连接器沾有指纹，清洁后恢复至97μW；另一测试中，光纤因未固定导致弯曲半径过小（1mm），衰减量从0.2dB升至0.8dB，重新固定后恢复正常。

数据处理与衰减量计算的关键规则

数据处理需遵循“去异常、取最大、求平均”原则：1、排除异常值（如某次测量值突然下降超过1dB，可能是连接器松动，需重新连接后复测）；2、取试验期间的最大衰减量（最能反映恶劣环境下的性能）；3、若做重复性测试（同一传感器测3次），取3次最大衰减量的平均值作为最终结果。

例如，某传感器3次高温试验的最大衰减量分别为0.28dB、0.30dB、0.27dB，平均值为(0.28+0.30+0.27)/3=0.28dB，符合技术要求。

测试结果的标准合规性验证

测试结果需符合国际或国内标准，如IEC 60068-2系列（环境试验）、GB/T 2423系列（电工电子产品环境试验）。高温试验对应IEC 60068-2-2（恒定高温），低温对应IEC 60068-2-1（恒定低温），湿热对应IEC 60068-2-78（恒定湿热）。验证时需确认：1、试验条件（温度、湿度、时间）符合标准条款。

2、衰减量≤标准或技术协议规定的阈值（如IEC 60794-1-2要求光纤衰减≤0.5dB/km）。

例如，某传感器按IEC 60068-2-2（Bd等级，85℃×1000小时）测试，衰减量0.28dB，符合≤0.5dB的要求；按IEC 60068-2-78（Cab等级，40℃+90%RH×21天）测试，衰减量0.21dB，同样合规。