Çok fazla bükülürse, cam yüzeyinde gözle görülmeyen ince çatlaklar oluşur mu?
Fiber bükülme derecesi aşırı olduğunda, silika (\text{SiO}_2) kuvars cam yüzeyinde gözle görülmeyen mikroskobik çatlaklar (mikro çatlaklar) oluşur ve mevcut yarı mikron yüzey kusurları genişleyerek büyür.
Bir. Fiziksel Mekanizma ve Malzeme Mekaniği Analizi
1. Griffith Çatlakları ve Gerilme Yığılması (Griffith Flaws & Stress Concentration)
Silika kuvars camı tipik bir kırılgan malzemedir. Mikroskobik düzeyde, yeni üretilmiş fiber yüzeyinde bile Griffith Çatlakları olarak bilinen küçük, yarı mikron düzeyinde geometrik kusurlar bulunur.
Fiber düz tutulduğunda, çatlaklar nispeten stabil bir durumdadır; ancak fiber büküldüğünde, bükülmenin dış tarafındaki kuvars cam aşırı gerilme kuvvetine (çekme gerilmesi) maruz kalır.
2. Bükülme Gerilme Hesaplaması
Fiber büküldüğünde dış yüzeyde oluşan maksimum çekme gerilmesi \sigma , elastik mekanik formülü ile türetilebilir:
\sigma = E \cdot \frac{d}{2R}
Burada:
- E , silika camın Young modülüdür (yaklaşık 72\text{ GPa} );
- d , fiber cam kaplamanın dış çapıdır (standart tek modlu fiber d = 125\ \mu\text{m} );
- R , bükülme yarıçapıdır.
Formülden görülebileceği gibi, bükülme yarıçapı R ne kadar küçükse, camın dış yüzeyindeki çekme gerilmesi \sigma ters orantılı olarak keskin bir şekilde artar.
3. Statik Yorgunluk ve Çatlak Genişlemesi (Static Fatigue & Crack Growth)
Bükülmeden kaynaklanan çekme gerilmesi çatlak ucuna etki ettiğinde, son derece yüksek bir gerilme yığılması meydana gelir. Çevredeki havadaki su buharının ( ext{H}_2 ext{O} molekülleri) kimyasal etkisi altında, ucundaki silika kimyasal bağları ( ext{Si-O-Si}) gerilme korozyonu ile kırılır.
Bu süreç, çatlakların derinlemesine sürekli olarak genişlemesine (statik yorgunluk genişlemesi) neden olur. Çatlaklar kritik bir boyuta ulaştığında, fiber makroskopik plastik deformasyon belirtisi olmaksızın aniden kırılır.
İki. Mühendislik Koruması ve Yapısal Paketleme Çözümleri
Çıplak fiberin gerçek kullanım veya bükülme montajı sırasında bükülme gerilmeleri nedeniyle mikro çatlaklar veya mekanik kırılmalar oluşmasını önlemek için, mühendislik tasarımında genellikle metal dikişsiz boru paketleme veya mikro zırh yapısı kullanılır, bu da fiberin minimum bükülme yarıçapını sınırlar ve harici mekanik gerilmeleri engeller.
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), fiber Bragg ızgara sensörleri ve optik kabloların bükülmeye karşı direnci ve fiziksel koruma ihtiyaçları için bir dizi gerilmeye dayanıklı ve zırhlı koruma ürünü geliştirmiştir:
1. Alaşım Borulu Paketlenmiş Fiber Bragg Izgara Gerinim Sensörü
Mekanik çekme ve bükülme gerilmelerine maruz kalması gereken algılama senaryoları için, metal boru içi paketleme teknolojisi lokal bükülme gerilmelerini etkili bir şekilde izole edebilir:
OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
2. Mikro Çelik Borulu Zırhlı Fiber Optik Patch Cord
Fiberin bükülme yarıçapını sınırlamak ve çıplak fiberin doğrudan yan basınç ve aşırı bükülmeden korunmasını sağlamak için dahili 0.6\text{mm} paslanmaz çelik dikişsiz çelik boru bükülme önleyici kılıf kullanılır:
OFSCN® 2.0mm Micro Steel Armored Fiber Optic Patch Cord
