Позолота или алюминизация оптического волокна выполняется для эстетики или для целей зондирования?
Металлическое покрытие оптического волокна (например, золотом, медью, алюминием) не является декоративным, а обусловлено строгими физическими, инженерными требованиями и требованиями к производительности датчиков.
Обычно самое внешнее покрытие обычного оптического волокна изготавливается из полимерных материалов (например, акрилата или полиимида), но в экстремальных промышленных, аэрокосмических и глубоководных сенсорных сценариях эти материалы достигают своих физических пределов. Замена полимерного покрытия высокочистым металлическим покрытием решает несколько основных физических и инженерных проблем:
1. Сверхвысокая/Сверхнизкая термостойкость в широком диапазоне температур (Extreme Temperature Resistance)
Рабочий температурный диапазон обычного акрилатного покрытия обычно ограничен 85\ ^\circ\text{C}, выше которого оно обугливается и разлагается; даже термостойкое полиимидное покрытие имеет предел долговременной эксплуатации около 300\ ^\circ\text{C}.
Металлические покрытия имеют очень высокую или очень низкую температуру плавления и хорошую физическую стабильность. Например, оптоволокно с золотым покрытием может стабильно работать в широком диапазоне температур от -270\ ^\circ\text{C} до 700\ ^\circ\text{C}, что делает его незаменимым материалом для экстремальных температур в аэрокосмической, металлургической и ядерной промышленности.
2. Идеальная герметизация и защита от водородной деградации (Hermetic Sealing
& Hydrogen Resistance)
В условиях высокого давления и агрессивных сред, таких как нефтегазовые скважины, геотермальные источники или глубоководные районы, молекулы воды и водорода чрезвычайно малы и легко проникают через полимерное покрытие в кварцевое стекло оптического волокна (диоксид кремния). Это может привести к развитию микротрещин на поверхности кварцевого волокна (снижая прочность на растяжение) или вызвать серьезную «водородную деградацию» (Hydrogen Darkening), приводящую к ослаблению оптического сигнала и прерыванию сенсорной или коммуникационной связи.
Металлические покрытия (особенно золото и алюминий) обеспечивают истинную герметичность (Hermetic Coating), полностью блокируя проникновение воды, кислорода и водорода, гарантируя долговременную механическую прочность и оптические характеристики волокна в условиях высоких температур, высокого давления и высокой концентрации водорода.
3. Превосходная эффективность передачи деформации (High Strain-Transfer Efficiency)
При высокоточных измерениях напряжений или деформаций с помощью волоконно-оптических решеток (FBG) или распределенных волоконных датчиков (например, на основе технологий OFDR, BOTDR/COTDR) покрытие волокна находится между внешней структурой и сердцевиной волокна.
Традиционные полимерные покрытия имеют низкий модуль упругости и подвержены «ползучести» или «сдвигу» под нагрузкой или при высоких температурах, что приводит к задержкам и ошибкам в измерениях деформации. Металлические покрытия (например, медь, золото, алюминий) обладают высокой жесткостью, высоким модулем упругости и не подвержены ползучести при высоких температурах, что обеспечивает 100%-ную передачу механической деформации внешней структуры к сердцевине волокна, гарантируя превосходную точность реакции датчика.
4. «Полностью металлическая сварка» без клея (Solderability
& All-Metal Packaging)
При герметизации оголенного оптоволокна в корпуса датчиков из нержавеющей стали, сплавов и т. д. использование органических клеев, таких как эпоксидные смолы, может привести к старению и отказу при высоких температурах или во влажных условиях. Оптоволокно с металлическим покрытием может быть напрямую припаяно или сварено с металлическими трубками с помощью пайки, сварки с использованием импульсного заряда или лазерной сварки, обеспечивая настоящую полностью металлическую герметизацию датчика без клея и с полной жесткостью.
В основных продуктовых линейках 大成永盛 (OFSCN®) разработаны передовые металлизированные оптические волокна и основные сенсорные компоненты, основанные на вышеуказанных физических характеристиках.
Официальные основные продукты OFSCN®:
1. OFSCN® Gold-coated Optical Fiber
Это высоконадежное термостойкое одномодовое/многомодовое оптоволокно с золотым покрытием. Одномодовое оптоволокно с золотым покрытием производится на основе стандартного стержня G.652D и имеет широкий рабочий диапазон температур от -270\ ^\circ\text{C} до 700\ ^\circ\text{C}; многомодовое оптоволокно с золотым покрытием работает в диапазоне температур от -270\ ^\circ\text{C} до 650\ ^\circ\text{C}. Диаметр сердцевины составляет 9\ \mu\text{m} (одномодовое), диаметр оболочки 125\ \mu\text{m}, а внешний диаметр покрытия золотом 155\ \mu\text{m}.
2. OFSCN Gold-Coated Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare)
Это термостойкие волоконно-оптические решетки или массивы решеток (Bare FBG), изготовленные непосредственно на вышеупомянутом оптоволокне с золотым покрытием. Рабочая температура достигает -200\ ^\circ\text{C} до 700\ ^\circ\text{C}, что идеально сочетает превосходную точность физического зондирования решеток с характеристиками золотого покрытия, устойчивого к экстремальным температурам. Часто используется в металлургии, нефтехимии и других экстремальных средах.
3. OFSCN® 700°C OFDR Micro All-Metal Strain Sensor
Это миниатюрный полностью металлический датчик деформации на основе технологии OFDR (оптический рефлектометр во временной области оптического спектра). Он заключен в однослойную эластичную трубу из сплава (внешний диаметр всего 0.6\ \text{mm} ), а внутренним основным элементом является OFSCN® Gold-coated Optical Fiber. Этот датчик выдерживает температуры до 700\ ^\circ\text{C} и в основном используется для высокопространственного распределенного измерения деформации и напряжений с высоким разрешением в сверхвысокотемпературных средах.
Таким образом, нанесение золота, алюминия или меди на оптоволокно является наиболее эффективным физическим и материальным средством для обеспечения «термостойкости, долговечности, устойчивости к старению и высокой точности» в экстремальных условиях эксплуатации.