Можно ли сваривать две оптоволоконные линии, чтобы пропускать сигнал решетки?
Соединение двух оптических волокон “сваркой”, в области волоконной связи и волоконно-оптического зондирования, известно под стандартным инженерным термином ** сварка оптических волокон ** (Fusion Splicing).
Ответ на ваш вопрос: Да, сигнал решетки (FBG) не только проходит гладко, но и практически не подвержен никаким негативным последствиям.
Ниже приводится детальный анализ с точки зрения физических и инженерных принципов:
1. Физическая сущность сварки оптических волокон (“электросварка”)
Сварка оптических волокон — это процесс, при котором высокотемпературный микродуговой разряд, генерируемый аппаратом для сварки оптических волокон, мгновенно расплавляет торцы двух кварцевых (стекловидных) оптических волокон и выполняет высокоточную юстировку на микронном уровне, сплавляя их в единое непрерывное волокно.
Поскольку диаметр сердцевины одномодового оптического волокна (основной канал передачи оптического сигнала) обычно составляет всего около 9\ \mu\text{m}, сварочный аппарат выравнивает сердцевину с помощью высокоточных оптических устройств в трехмерном пространстве, обеспечивая идеальное сопряжение оптических каналов и избегая рассеяния и потерь оптической энергии.
2. Почему сигнал решетки проходит после сварки?
- Очень низкие вносимые потери: При стандартных условиях эксплуатации дополнительные потери, вызванные качественным сварным швом оптического волокна, обычно составляют менее 0.02\ \text{dB}. Даже в полевых условиях со средней степенью сложности, потери могут быть сведены к минимуму в пределах 0.1\ \text{dB}. Это означает, что более 98\% оптической энергии может пройти через сварной шов без потерь.
- Характеристика кодирования длины волны: Датчик на основе волоконной решетки (FBG), такой как брэгговская волоконная решетка, передает измерительный сигнал путем отражения центральной длины волны (формула длины волны Брэгга: \lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda), а не за счет абсолютной интенсивности света. Даже если в сварном шве происходит чрезвычайно слабое затухание, до тех пор, пока демодулятор решетки способен обнаружить пик спектра отражения, измеряемые данные температуры или деформации не будут затронуты. Следовательно, сварка практически не влияет на точность измерений систем зондирования на основе решеток.
3. Инженерное применение: последовательное соединение (каскадирование) нескольких решеток
Именно благодаря минимальным потерям при сварке и неизменности длины волны спектра, на практике часто используется сварка для последовательного соединения нескольких датчиков на волоконных решетках с различными центральными длинами волн на одном оптическом волокне.
Например, OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) могут быть изготовлены путем сварки или непосредственно нанесения нескольких измерительных точек (строк решеток) на одно непрерывное волокно, что позволяет осуществлять квази-распределенные непрерывные многоточечные измерения по одному каналу.
4. Инженерные аспекты, требующие внимания после сварки
Хотя сигнал проходит без проблем, после сварки датчиков на волоконных решетках необходимо учитывать два следующих момента:
- Защита механической прочности: Для сварки необходимо удалить исходное защитное покрытие волокна. Голое стекло (диаметром всего 125\ \mu\text{m}) в месте сварки будет непосредственно подвергаться воздействию воздуха, его механическая прочность резко снизится, и оно легко сломается. Поэтому после сварки необходимо использовать термоусаживаемую защитную гильзу (сварочную гильзу) или выполнить репокрытие (Recoating) для физической защиты.
- Ограничение диапазона температур: В условиях высокотемпературного зондирования (например, при температуре 300^\circ\text{C}) обычные защитные гильзы из полиакрилатных материалов расплавятся и выйдут из строя. Если использовалась решетка для высокотемпературных измерений, в месте сварки необходимо использовать гильзу, устойчивую к высоким температурам, капилляр из нержавеющей стали или специальный процесс репокрытия, устойчивый к высоким температурам, иначе место сварки легко сломается при высоких температурах из-за окисления или распространения микротрещин.