고속철도나 대교에 사용될 때 장기간의 심한 진동이 광섬유를 느슨하게 만들 수 있습니까?
고속철도, 대형 교량 등 장기간의 격렬한 진동, 동적 교번 하중 및 충격이 발생하는 엔지니어링 환경에서 광섬유 시스템의 안정성과 내구성은 광학 엔지니어링 설계의 핵심입니다.
1. 진동이 광섬유 및 광섬유 시스템의 물리적 특성에 미치는 영향 원리
이산화규소(석영) 광섬유 자체는 인장 강도가 매우 높지만, 특수 밀봉 방어 조치가 없을 경우 장기간의 강한 진동은 주로 광섬유 및 그 시스템에 다음과 같은 세 가지 엔지니어링 위험을 초래합니다.
- 광섬유와 보호 피복관 사이의 상대적 변위(느슨함)
전통적인 느슨한 튜브 또는 채워지지 않은 압착 플라스틱 피복 광케이블을 사용하는 경우, 고주파 또는 연속적인 압축 진동은 광섬유가 튜브 내부에서 축 방향으로 미끄러지거나, 크리프(creep) 현상이 발생하거나, 미세 굴곡이 누적되게 합니다. 이는 광섬유의 국부적 변형 상태를 변화시킬 뿐만 아니라, 센서 측정 시 변형 전달 효율을 저하시킵니다. - 미세 굴곡 손실 및 광 신호 변동
동적 진동 작용 하에서 광섬유의 굽힘 반경이 미세하고 고주파적인 변화, 즉 미세 굴곡(Microbending)이 발생합니다. 미세 굴곡은 코어를 통해 전송되는 일부 광 모드가 클래딩으로 누출되게 하여, 광 신호 감쇠의 동적 변동 또는 손실 증가를 유발합니다. - 커넥터 풀림 및 응력 부식 피로
진동은 광섬유 접합부(플랜지 잠금, 나사 연결 등)의 미세 변위 또는 물리적 풀림을 유발하여 인터페이스 연결 정밀도에 영향을 미칩니다. 또한, 고정 클램핑 지점 또는 직경 변경 부위에서 장기간의 교번 응력(예: 진동 주파수가 f > 10\text{ Hz} 에서 100\text{ Hz} 범위 내 유지)은 이산화규소 표면의 미세 균열 확산(응력 부식 피로)을 유발하여 광섬유 재료의 파단으로 이어질 수 있습니다.
2. 고진동 환경에 대한 엔지니어링 보호 메커니즘
장기간의 격렬한 진동으로 인한 광섬유 풀림 또는 손상을 방지하기 위해, 엔지니어링에서는 일반적으로 금속 갑옷 밀봉(FIMT - Fiber in Metal Tube) 및 고분자 경화 결합 기술을 사용합니다:
- 기계적 격리:
탄성 합금 튜브 또는 심리스 스테인리스 스틸 튜브를 보호 장벽으로 사용하여 외부 기계적 충격 및 전단력을 격리합니다. - 물리적 잠금:
금속 튜브의 과대 고정 또는 타이트 튜브 공정을 통해 광섬유와 보호 구조를 일체형으로 고정하여, 광섬유와 튜브 사이의 상대적 변위 및 풀림을 완전히 제거합니다.
3. Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) 관련 제품 및 기술 참고자료
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)는 고진동 및 혹독한 엔지니어링 환경을 위해 강력한 내진 특성을 갖춘 갑옷 광섬유 센싱 및 전송 제품을 개발했습니다.
1. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
이 제품은 탄성 합금 튜브로 광섬유 격자를 밀봉하여, 교량, 고속철도 궤도 등 강한 진동 환경에서의 변형률 모니터링에 특화되었습니다. 금속 튜브 구조는 고주파 충격을 견딜 뿐만 아니라, 튜브 내 광섬유가 고정되어 풀리지 않도록 하여 변형률의 높은 충실도 전달을 보장합니다.
2. OFSCN® 85°C Seamless Steel Tube Fiber Cable
단층 스테인리스 스틸 심리스 튜브(기본 외경 2.0\text{mm} 또는 3.0\text{mm})로 보호되어, 고강도 분산 센싱 또는 신호 전송용 광케이블로 사용됩니다. 심리스 스틸 튜브 구조는 매우 높은 강성과 내진, 풀림 방지 능력을 제공하며, 혹독한 진동 환경에서의 광섬유 풀림 및 기계적 손상을 효과적으로 방지합니다.
