O aperto excessivo da bainha afetará a precisão da detecção da fibra ótica?
Sim, a extrusão excessiva da bainha (ou seja, estresse de encapsulamento ou estresse radial/lateral excessivo) pode afetar gravemente a precisão de sensoriamento da fibra óptica, podendo até levar à falha total do sensor ou danos à fibra.
Na engenharia óptica e no campo de sensoriamento por fibra óptica, o aperto excessivo exercido pela bainha ou estrutura de encapsulamento sobre a fibra óptica interfere na precisão do sensoriamento através dos seguintes mecanismos físicos principais:
1. Efeito de Birrefringência Induzida por Tensão (Stress-induced Birefringence)
Uma fibra monomodo, em estado sem tensão, possui simetria rotacional (isotrópica). Quando a bainha externa é apertada excessivamente, especialmente com distribuição de força radial não uniforme, tensões de cisalhamento transversais são geradas dentro da fibra, quebrando a simetria e introduzindo birrefringência induzida por tensão.
- Impacto em Sensores FBG (Fiber Bragg Grating): A birrefringência faz com que o pico de reflexão originalmente único do FBG se divida em dois picos de reflexão polarizados (fenômeno de divisão de pico). O demodulador de FBG sofre desvio ou confusão ao travar o comprimento de onda, causando saltos no comprimento de onda medido, o que degrada severamente a precisão da medição de temperatura ou deformação.
- Impacto em Sensoriamento de Fibra Óptica Distribuída (como OFDR, BOTDA): A alteração dramática do estado de polarização aumenta o ruído relacionado à polarização, reduzindo a relação sinal-ruído (SNR) do sinal demodulado, diminuindo assim a resolução espacial e a precisão da medição de grandezas físicas.
2. Perda por Microcurvatura (Microbending Loss)
O aperto excessivo da bainha, a inclusão de partículas minúsculas dentro dela, ou a contração do material da bainha com a variação de temperatura podem introduzir curvaturas não uniformes microscópicas (microcurvaturas) ao longo do eixo da fibra.
- A microcurvatura pode acoplar os modos guiados no núcleo da fibra para os modos de casca, causando uma atenuação significativa da potência óptica.
- Uma vez que a perda óptica se torna excessiva, a intensidade do sinal de luz retornado ao demodulador diminui, o ruído do sistema de demodulação aumenta em sinais fracos, e a estabilidade e a precisão da medição se deterioram rapidamente.
3. Histérese e Não-linearidade de Transferência de Tensão (Hysteresis)
Em sensores de deformação (Strain) ou tensão (Stress), a precisão do sensoriamento depende da