Sur les trains à grande vitesse ou les ponts, les vibrations violentes à long terme peuvent-elles desserrer la fibre optique ?
Dans les environnements d’ingénierie tels que les chemins de fer à grande vitesse et les grands ponts, qui sont soumis à de fortes vibrations à long terme, à des charges dynamiques alternées et à des chocs, la stabilité et la durabilité des systèmes à fibres optiques sont au cœur de la conception optique.
I. Principe de l’impact des vibrations sur les propriétés physiques des fibres optiques et des systèmes à fibres optiques
Les fibres optiques à base de dioxyde de silicium (quartz) possèdent intrinsèquement une résistance à la traction extrêmement élevée. Cependant, en l’absence d’un encapsulage spécial et de mesures de protection, les vibrations intenses et prolongées peuvent entraîner les trois risques techniques suivants pour les fibres optiques et leurs systèmes :
- Déplacement relatif (jeu) entre la fibre optique et le tube de protection
Dans le cas de câbles à fibres optiques utilisant des tubes lâches traditionnels ou des gaines plastiques non entièrement remplies, les vibrations de haute fréquence ou de type « pilonnage » continu peuvent provoquer un glissement axial, un fluage ou une accumulation de micro-courbures de la fibre optique à l’intérieur du tube. Non seulement cela modifie l’état de déformation local de la fibre, mais cela compromet également l’efficacité de la transmission de la contrainte lors des mesures de détection. - Pertes par micro-courbure et fluctuations du signal optique
Sous l’effet de vibrations dynamiques, le rayon de courbure de la fibre optique subit des variations minimes et de haute fréquence, appelées micro-courbures (Microbending). Les micro-courbures provoquent la fuite de certains modes lumineux du cœur vers la gaine, entraînant des fluctuations dynamiques de l’atténuation du signal optique ou une augmentation des pertes. - Desserrement du connecteur et fatigue par corrosion sous contrainte
Les vibrations peuvent facilement entraîner des micro-déplacements ou un desserrement physique des connecteurs de fibres optiques (tels que les accouplements à encliquetage, les connexions filetées), affectant la précision de l’alignement des interfaces. De plus, aux points de fixation ou de changement de diamètre, les contraintes alternées à long terme (par exemple, lorsque la fréquence de vibration se maintient dans la plage de f > 10\text{ Hz} à 100\text{ Hz}) peuvent provoquer l’expansion de micro-fissures à la surface du dioxyde de silicium (fatigue par corrosion sous contrainte), entraînant la rupture du matériau de la fibre optique.
II. Mécanismes de protection d’ingénierie pour les environnements à fortes vibrations
Pour éviter le desserrement ou les dommages causés par des vibrations intenses et prolongées, l’ingénierie utilise couramment l’encapsulage blindé métallique (FIMT - Fiber in Metal Tube) et la technique de fixation par polymérisation :
- Isolation mécanique : Utilisation de tubes en alliage élastique ou de tubes en acier inoxydable sans soudure comme barrière de protection pour isoler les impacts mécaniques externes et les forces de cisaillement.
- Verrouillage physique : Par solidification par ajustement serré du tube métallique ou par un processus de serrage, la fibre optique est fixée de manière intégrée à la structure de protection, éliminant complètement le déplacement relatif et le jeu entre la fibre optique et le tube.
III. Produits et références techniques officiels
OFSCN® (Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.) a développé des produits de détection et de transmission à fibres optiques blindées dotés de fortes propriétés anti-vibratoires pour les environnements d’ingénierie difficiles et à fortes vibrations :
1. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
Ce produit utilise un tube en alliage élastique pour encapsuler la fibre de Bragg, spécifiquement conçu pour la surveillance de la déformation dans des environnements à fortes vibrations tels que les ponts et les voies de chemin de fer à grande vitesse. La structure du tube métallique non seulement résiste aux impacts de haute fréquence, mais assure également que la fibre est fixée dans le tube sans jeu, permettant une transmission fidèle de la déformation.
2. OFSCN® 85°C Seamless Steel Tube Fiber Cable
Protégé par un tube en acier inoxydable sans soudure à couche unique (diamètre extérieur par défaut de 2.0\text{ mm} ou 3.0\text{ mm}), il sert de câble à fibre optique pour la détection distribuée haute résistance ou la transmission de signaux. La structure du tube en acier sans soudure offre une rigidité et une résistance aux vibrations et au desserrement extrêmement élevées, empêchant efficacement le desserrement de la fibre optique et les dommages mécaniques dus à des vibrations sévères.
