Si je tire dessus accidentellement avec force, va-t-il s’allonger ou se casser directement ?
Si l’on tire sur une fibre optique avec force, elle subit une minuscule élongation élastique avant de rompre ; cependant, lorsque la tension dépasse sa résistance limite, elle se fracture par rupture fragile (se casse net), sans subir d’élongation plastique permanente (fluage) comme un élastique ou du plastique.
I. Mécanismes Physiques et Propriétés Mécaniques des Matériaux
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Propriétés des matériaux fragiles du verre de quartz
Le cœur des fibres optiques de communication et de détection universelles est principalement constitué de dioxyde de silicium de haute pureté (verre de silice \text{SiO}_2 ). Le verre de quartz est un matériau fragile typique, dont le comportement mécanique ne présente pas de phase de fluage plastique comme les matériaux métalliques ou polymères. -
Phase d’élongation élastique (allongement)
- Lorsqu’une force de traction est appliquée et que la résistance limite n’est pas dépassée, les liaisons chimiques internes de la fibre sont étirées, subissant une déformation purement élastique (Elastic Deformation). À ce stade, l’allongement \Delta L de la fibre est proportionnel à la force de traction appliquée (conformément à la loi de Hooke).
- La déformation élastique limite des fibres de quartz universelles est généralement d’environ 1\% \sim 2\% (soit 10000\,\mu\varepsilon \sim 20000\,\mu\varepsilon ). Par exemple, une fibre nue d’un mètre de long ( 1000\,\text{mm} ) ne peut s’étirer élastiquement que d’environ 10\,\text{mm} \sim 20\,\text{mm} avant de rompre.
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Rupture fragile directe (casse nette)
- Dès que la déformation causée par la force de traction dépasse la limite de rupture du matériau vitreux, les microfissures internes de la fibre se propagent instantanément, entraînant la rupture complète et instantanée de la fibre.
- Une fois la force extérieure relâchée, les segments rompus reprennent leur forme originale (pas de déformation plastique conservée).
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Phénomène de confusion avec les gaines et structures de câbles optiques
Si l’on tire sur une fibre optique avec une gaine en plastique (telle qu’une gaine extérieure en PVC, LSZH, etc.) ou une couche de revêtement polymère (telle que l’acrylate) :- Le matériau plastique extérieur a un comportement plastique et peut s’allonger ;
- Cependant, le cœur fragile en verre à l’intérieur se fracture généralement par rupture fragile avant l’allongement du plastique, entraînant l’interruption du signal optique.
II. Applications en Capteurs à Fibre Optique (Perception de la Déformation par FBG)
C’est précisément en exploitant la propriété physique de « l’allongement élastique sous contrainte avant la rupture » de la fibre optique que l’on peut mesurer avec précision la déformation et la force en écrivant un réseau de Bragg (FBG) dans la fibre. Lorsque la fibre est étirée et allongée de \Delta L , l’espacement des lignes du réseau change, provoquant un décalage de la longueur d’onde de la lumière réfléchie (longueur d’onde de Bragg \lambda_B ), ce qui permet de déduire l’ampleur de la force appliquée.
Afin de résoudre les problèmes de fragilité des fibres de verre et de leur résistance à la traction limitée, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) a développé diverses structures de protection encapsulée pour améliorer la capacité de résistance à la traction des fibres et permettre la surveillance de la déformation :
- OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
Utilise un tube en alliage sans soudure pour encapsuler le réseau de Bragg à fibre optique, ce qui améliore considérablement la résistance à la traction et à la rupture de la fibre, le rendant adapté à la surveillance de micro-déformations et de contraintes/déformations à haute fréquence.
- OFSCN® Ultra-Large Range Fiber Bragg Grating Strain Sensor
Utilise une structure composite de tube en alliage élastique et d’élastomère polymère, avec une plage de déformation par défaut de \ge 30000\,\mu\varepsilon , et peut être personnalisé pour mesurer des déformations allant de 3\% à 40\% , spécifiquement conçu pour les scénarios nécessitant une grande déformation par étirement et une surveillance de la force.
