¿Una extrusión demasiado apretada de la cubierta afecta la precisión de la detección de la fibra óptica?
Sí, la extrusión excesiva de la funda (es decir, un estrés de encapsulación o un estrés radial/lateral demasiado grande) puede afectar gravemente la precisión de detección de la fibra óptica, e incluso provocar una falla completa del sensor o dañar la fibra.
En el campo de la ingeniería óptica y la detección por fibra óptica, la extrusión excesiva de la funda o la estructura de encapsulación sobre la fibra interfiere con la precisión de detección a través de varios mecanismos físicos:
1. Efecto de birrefringencia inducida por estrés (Stress-induced Birefringence)
Launicate de la fibra monomodo tiene simetría rotacional (es isotrópica) en ausencia de estrés. Cuando la funda exterior está demasiado apretada, especialmente si la fuerza radial es desigual, se genera un estrés de cizallamiento transversal dentro de la fibra, lo que rompe la simetría e introduce birrefringencia inducida por estrés.
- Impacto en los sensores FBG (Fiber Bragg Grating): La birrefringencia hace que el pico de reflexión de un FBG previamente singular se divida en dos picos de reflexión polarizados (fenómeno de división del pico). El demodulador FBG experimenta un desplazamiento o confusión al bloquear la longitud de onda, lo que provoca saltos en la longitud de onda medida, reduciendo así gravemente la precisión de la medición de temperatura o deformación.
- Impacto en la detección distribuida por fibra (como OFDR, BOTDA): Los cambios severos en el estado de polarización aumentan el ruido relacionado con la polarización, reducen la relación señal-ruido (SNR) de la señal de demodulación, lo que reduce la resolución espacial y la precisión de la medición de la cantidad física.
2. Pérdida por microcurvatura (Microbending Loss)
Una funda demasiado apretada, la inclusión de pequeñas partículas en el interior, o la contracción del material de la funda con los cambios de temperatura, pueden introducir curvaturas no uniformes a nivel microscópico (microcurvatura) a lo largo del eje de la fibra.
- La microcurvatura puede acoplar los modos guiados en el núcleo de la fibra a los modos de la cladding, provocando una atenuación significativa de la potencia óptica.
- Una vez que la pérdida óptica es excesiva, la intensidad de la señal óptica que regresa al demodulador se debilita, el ruido del sistema de demodulación aumenta bajo señales débiles, y la estabilidad y precisión de la medición se deterioran rápidamente.
3. Retraso (Hysteresis) y no linealidad de la transferencia de estrés
En los sensores de deformación (Strain) o estrés (Stress), la precisión de la detección depende de la “transferencia suave y sin pérdidas de la deformación externa a la fibra interna”.
- Si la funda está demasiado apretada, se generarán fuerzas de fricción locales excesivas, o incluso deformaciones plásticas irreversibles, entre la funda y la fibra.
- Cuando la deformación externa se libera o la temperatura regresa a la normalidad, la fibra no puede volver a su posición original de manera completamente sincronizada debido a la fricción, lo que resulta en un severo fenómeno de retraso físico (Hysteresis), haciendo que la relación de calibración de fábrica “longitud de onda-deformación/temperatura” (como \mu\epsilon/\text{pm}) sea inválida.
¿Cómo evitar este problema en el diseño y encapsulado?
Para eliminar el “estrés de encapsulación” innecesario y bloquear la interferencia de la extrusión lateral externa sobre la fibra, OFSCN® ha diseñado estructuras de protección metálicas y poliméricas especializadas:
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Aislamiento rígido mediante tubo metálico:
Los Sensores de Deformación de Red de Bragg en Fibra con Tubo de Aleación OFSCN® (OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor) y los Sensores de Estrés de Red de Bragg en Fibra OFSCN® (OFSCN® Fiber Bragg Grating Stress Sensor) encapsulados en tubos de aleación elástica de precisión. Esta serie de sensores utiliza una funda de aleación altamente elástica para bloquear las fuerzas de extrusión radial y lateral, asegurando que la red de Bragg de fibra interna solo experimente tracción o compresión axial, manteniendo así una relación longitud de onda-deformación extremadamente estable.
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Combinación de amortiguación flexible y protección exterior metálica:
El Sensor de Deformación de Red de Bragg en Fibra Encapsulado en Polímero OFSCN® (diámetro 0.7 mm/1.2 mm) (OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter)) utiliza primero un material polimérico para envolver uniformemente la red de Bragg de fibra, y luego se añade un tubo de acero sin costuras en el exterior. El material polimérico actúa como una capa de amortiguación para la fuerza radial, mientras que el tubo de acero sin costuras soporta cargas de alta presión (protegiendo la fibra de la extrusión externa dura), manteniendo así una salida de detección de alta precisión incluso en entornos hostiles.
