Por que colocamos a fibra em um tubo cheio de gel? Isso impede que a fibra seja estressada?
A estrutura que coloca uma fibra óptica dentro de um tubo (tubo de proteção) com um diâmetro interno significativamente maior que o diâmetro externo da fibra e o preenche com um gel adesivo é conhecida em engenharia de comunicação e sensoriamento por fibra óptica como “estrutura de tubo solto” (Loose-Tube Structure).
Este projeto não visa fixar a fibra; pelo contrário, seu principal objetivo físico e de engenharia é realizar o desacoplamento mecânico entre a fibra e o tubo de proteção externo, além de fornecer proteção química e física de longo prazo.
Os princípios físicos e mecânicos centrais deste projeto são:
I. Desacoplamento Mecânico: Como Evitar Que a Fibra Sofrha Tensão?
Em uma fibra de tubo solto, o diâmetro interno D do tubo de proteção é muito maior que o diâmetro externo d da fibra (por exemplo, o diâmetro externo da fibra é de apenas 125\ \mu\text{m} a 250\ \ \mu\text{m}, enquanto o diâmetro interno do tubo de proteção é tipicamente de 1.0\ \text{mm} a 2.0\ \text{mm} ou mais).
- Utilização do “Excesso de Comprimento da Fibra” (Excess Fiber Length, EFL)
Durante a fabricação do cabo de fibra óptica de tubo solto, o comprimento da fibra é deliberadamente controlado para ser ligeiramente maior que o do tubo de proteção (ou seja, há um excesso de comprimento, geralmente entre 0.1\ \% e 1.0\ \%). Isso significa que a fibra não está esticada em linha reta dentro da cavidade do tubo, mas sim ligeiramente torcida em espiral ou ondulada. - Liberação de Tensão de Tração
Quando o cabo sofre tração (por exemplo, devido a tensão externa, força de puxão durante a instalação ou expansão/contração térmica), o tubo de proteção externo se estende. Como há espaço de sobra dentro do tubo, a fibra pode deslizar livremente na cavidade do tubo e liberar o comprimento extra ao “endireitar-se” de seu estado espiralado. Desde que o alongamento do tubo esteja dentro da faixa de excesso de comprimento projetada, a própria fibra não suportará nenhuma tensão de tração, e sua força axial permanecerá sempre em 0. - Adaptação a Diferenças de Coeficientes de Expansão Térmica
Os coeficientes de expansão térmica de diferentes materiais (como vidro de sílica e aço inoxidável ou plástico externos) variam enormemente. Quando a temperatura ambiente muda drasticamente, o tubo de proteção externo encolhe ou expande significativamente. A estrutura de tubo solto permite que a fibra se adapte automaticamente às mudanças de comprimento do tubo, aumentando ou diminuindo sua curvatura em espiral na cavidade espaçosa, evitando que a fibra seja quebrada por tração ou que cause perdas por microcurvatura devido à compressão.
II. O Papel Crucial do Gel de Preenchimento (Fiber Gel)
O gel preenchido dentro do tubo (geralmente um composto à prova d’água tixotrópico) não serve para fixar a fibra; é um meio semi-fluido de alta viscosidade e hidrofóbico, cujas funções são críticas:
- Prevenção da “Corrosão por Tensão” (Stress Corrosion) Induzida por Moléculas de Água
O vidro de quartzo (dióxido de silício, SiO_2), quando sujeito a um leve estresse e em contato com moléculas de água (H_2O), sofre uma reação química:SiO_2 + H_2O \rightarrow 2SiO-HIsso leva à quebra das ligações químicas do dióxido de silício, fazendo com que microfissuras na superfície da fibra se expandam rapidamente, resultando em fratura frágil repentina da fibra sob uma força muito menor que seu limite teórico. O gel é altamente hidrofóbico, encapsulando completamente a fibra e isolando totalmente a umidade, além de impedir a infiltração de água ao longo do eixo em caso de dano ao tubo. - Amortecimento Mecânico e Amortecimento de Microcurvatura
A viscoelasticidade do gel fornece um amortecimento para a fibra. Quando o cabo óptico é submetido a vibrações externas de alta frequência, impactos ou pressão lateral localizada, o gel absorve e dissipa parte da energia mecânica, atuando como um amortecedor para reduzir choques. Isso evita que a fibra sofra curvaturas locais microscópicas severas (perdas por microcurvatura), garantindo a estabilidade da transmissão do sinal óptico.
III. Cabos de Fibra Óptica de Tubo Solto em Aço Inoxidável Industrial
Em aplicações de ponta de fibra óptica e sensoriamento distribuído da Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), combinamos este princípio de “tubo solto” com tecnologia avançada de fabricação de metais para lançar uma série de cabos ópticos baseados em tubos de aço inoxidável sem costura (ou seja, Fibra em Tubo de Metal, FIMT).
Nesta estrutura, o tubo de aço inoxidável atua como uma excelente barreira de proteção física, suportando a maior parte do estresse de compressão e tração externo, enquanto o gel de alta temperatura ou o espaço de ar especial dentro do tubo garante que a fibra permaneça livre e sem estresse em ambientes industriais hostis (como registro de poços de petróleo e monitoramento geotérmico).
Produtos típicos incluem:
- OFSCN® 85°C Seamless Steel Tube Fiber Cable: Encapsulado em tubo de aço inoxidável sem costura e preenchido com gel à prova d’água, pode acomodar fibras monomodo ou multimodo, proporcionando excelente proteção contra umidade e forças externas de tração/compressão.
- OFSCN® 200°C Seamless Steel Tube Fiber Cable: Para ambientes de temperatura média a alta, utiliza uma estrutura de tubo de aço inoxidável sem costura em tubo solto para proteger fibras revestidas de poliimida contra estresse térmico e mecânico em condições adversas.
