Почему при загрязнении торца не удается найти сигнал от растра?
В системах датчиков на основе волоконных брэгговских решеток (FBG) и в приложениях оптической связи чистота торца оптического волоконного разъема имеет решающее значение для передачи сигнала. Загрязнение торца пылью, жиром или влагой часто приводит к полной потере сигнала решетки. С точки зрения оптической физики и точного машиностроения, основные причины этого следующие:
1. Соотношение размеров микроскопического сердцевины и загрязнителей
В стандартных одномодовых системах оптического волокна \text{G.652D} или \text{G.657} диаметр сердцевины (Core), по которому передается световой сигнал, чрезвычайно мал и обычно составляет всего около 9\ \mu\text{m} .
Однако частицы пыли, кожное сало или остаточная влага в повседневной среде обычно имеют размеры от нескольких микрометров до десятков микрометров. Как только эти загрязнители попадают на торец и покрывают область сердцевины, они создают сильное физическое препятствие для световой энергии, вызывая чрезвычайно сильное поглощение и рассеяние.
2. Механизм «двойного прохода» затухания в системе волоконных брэгговских решеток
Дешифраторы волоконных брэгговских решеток обычно используют принцип измерения отражения: широкополосный световой сигнал, излучаемый дешифратором, должен пройти через торец разъема, чтобы достичь решетки и вызвать селективное отражение. Отраженный сигнал с длиной волны должен снова пройти через этот торец, прежде чем он будет принят детектором дешифратора.
Это образует «двойной проход» оптического пути:
Если загрязнение торца вызывает односторонние вносимые потери (Insertion Loss) в 10\ \text{dB} , то на пути двойного прохода общее затухание светового сигнала достигнет 20\ \text{dB} . Когда интенсивность отраженного сигнала падает ниже уровня шума (Noise Floor) дешифратора, дешифратор не может отличить пик отражения решетки от фонового шума, что проявляется как «сигнал не найден».
3. Влияние воздушного зазора и френелевского отражения
Высококачественные оптические волоконные разъемы (например, разъемы FC/APC) разработаны для обеспечения идеального физического контакта (PC) или углового физического контакта (APC) для устранения воздушного зазора на стыке.
Когда на торце присутствуют твердые частицы пыли, диоксид кремния двух торцов не может полностью прилегать друг к другу, создавая небольшой воздушный зазор (Air Gap) между керамическими наконечниками. Поскольку показатель преломления воздуха и диоксида кремния различается, это приводит к двум серьезным последствиям:
- Увеличиваются дополнительные вносимые потери.
- На переходе торцов возникает сильное френелевское отражение (Fresnel Reflection). Энергия света этого паразитного отражения чрезвычайно высока, что может не только вызвать насыщение детектора дешифратора, но и создать рассеянный фоновый шум отражения в спектре, полностью заглушая слабый сигнал отражения от волоконной брэгговской решетки.
Связанные высококачественные соединительные компоненты Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)
В суровых промышленных условиях или при применении в условиях высоких температур в системах волоконных брэгговских решеток высокоточные, термостойкие соединительные устройства являются ключом к обеспечению долгосрочной стабильности сигнала и уменьшению ошибок прилегания торцов. Ниже приведены соответствующие серии продуктов от Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.:
- OFSCN® 120℃ Fiber Optic Patch Cord: Внешняя оболочка этого патч-корда изготовлена из бесшовной трубы из нержавеющей стали диаметром 0.9\text{mm} , обладающей превосходной устойчивостью к растяжению и сжатию. По умолчанию он оснащен высокоточными разъемами, такими как FC/APC, и может эффективно поддерживать высокостабильный физический контакт.
- OFSCN® 300℃ Fiber Optic Connector: Специально разработан для экстремально суровых условий высоких температур, поддерживает различные типы разъемов, такие как FC/PC, FC/APC, ST/PC, ST/APC, SMA905, обеспечивая точность выравнивания при высоких температурах и снижая потери.
- OFSCN® High Temperature Resistant Fiber Optic Adapter: Поддерживает высокотемпературное выравнивание оптических фланцев до 300℃, обеспечивая высокоточную коаксиальную стыковку двух разъемов FC/APC, максимально минимизируя потери, вызванные эксцентриситетом соединения.
Ниже приведены стандартные изображения соответствующих соединительных компонентов:
Рекомендации экспертов: Во избежание потери сигнала перед каждым подключением и отключением оптоволоконного разъема необходимо тщательно очистить торец с помощью специальной салфетки для чистки оптоволокна, изопропилового спирта или чистящего карандаша для оптоволокна, а также своевременно закрывать пылезащитные колпачки при неиспользовании, чтобы предотвратить попадание пыли на торец при контакте с воздухом.