Was ist „stoßdämpfende Füllung“?

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Wie verhindert man, dass eine Glasfaser in einem Stahlrohr aufgrund von Vibrationen unkontrolliert herumschwingt?

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In der Fiber-in-Metal-Tube (FIMT) Verkapselungsstruktur sind der Außendurchmesser der blanken oder primär beschichteten Glasfaser typischerweise nur 125\ \mu\text{m} bis 255\ \mu\text{m}, während der Innendurchmesser des schützenden Stahlrohrs normalerweise zwischen 1.0\text{ mm} und 2.6\text{ mm} liegt. Wenn das nahtlose Stahlrohr einer vibrierenden Umgebung ausgesetzt ist, wird die Glasfaser im Rohrinnenraum bei fehlenden speziellen physikalischen Eingriffen im Hohlraum mit hoher Geschwindigkeit frei schwingen und kollidieren.

I. Physikalische Gefahren der Glasfaserbewegung in Stahlrohren

  1. Mikrobiegeverlust und Signalstörung (Microbending Loss): Wenn die Glasfaser mit der Rohrwand kollidiert oder sich zufällig biegt, wird die Bedingung der Totalreflexion des Lichtwellenleiters zerstört, was zu einem rapiden Anstieg der Lichtdämpfung und zu instabilen Polarisationszuständen (SOP) des optischen Signals führt.
  2. Mechanische Ermüdung und Abrieb der Beschichtung: Kontinuierliche hochfrequente und hochamplitudenartige Vibrationen führen zu wiederholtem Reiben zwischen der Glasfaserbeschichtung und der Innenwand des Edelstahls, was zur Ausbreitung von Oberflächenmikrorissen führt und die mechanische Langzeitfestigkeit der Glasfaser verringert.

II. Technische Maßnahmen zur Verhinderung von Glasfaserbewegungen in Stahlrohren

Im Bereich der optischen Technik und Kabelherstellung werden hauptsächlich die folgenden drei technischen Lösungen zur Verhinderung von Glasfaserbewegungen eingesetzt:

1. Füllung mit stoßdämpfender Paste/Dämpfungsgel (Shock-absorbing Filler / Damping Gel)

  • Prinzip: Während des Stahlrohr-Kunststoff-Prozesses wird die Dämpfungspaste, das Gel oder die hochtemperatur-stoßdämpfende Paste unter Hochdruck in das Rohr injiziert.
  • Effekt: Die Füllung suspendiert die Glasfaser durch hohe Viskosität und schwebende Unterstützung in der Mitte des Hohlraums, absorbiert und dämpft die Energie hochfrequenter mechanischer Vibrationen, die von außen übertragen werden, verhindert den direkten Aufprall der Glasfaser auf die Stahlrohrwand und behält gleichzeitig den thermischen Kompensationsraum für die freie Bewegung der Glasfaser bei.

2. Straffummantelte Struktur und Aushärtung mit Polymerkleber (Tight-buffered / Polymer Encapsulation)

  • Prinzip: Polymerwerkstoffe (wie spezielle Harze, Polyimide usw.) werden verwendet, um die Glasfaser über die gesamte Länge kontinuierlich zu umhüllen, sodass die Glasfaser vollständig mit dem Stahlrohr oder der Metallstruktur verbunden und verklebt wird.
  • Effekt: Der freie Spalt im Rohr wird vollständig beseitigt, sodass die Glasfaser und das äußere Stahlrohr eine integrale Struktur mit synchroner mechanischer Dehnung bilden, die für Dehnungssensoren und Umgebungen mit hoher Vibrationsintensität geeignet ist.

3. Längenüberschuss-Kontrolle und Innendurchmesser-Geometrieanpassung (Excess Fiber Length & Geometry Optimization)

  • Prinzip: Durch präzise Kontrolle des Längenüberschusses der Glasfaser im Stahlrohr (EFL, Excess Fiber Length) wird sie zu einer gleichmäßig geringen sinusförmigen Wellenverteilung im Rohr gebracht, die zu einem geeigneten Innendurchmesser des Stahlrohrs passt.
  • Effekt: Begrenzt die freie Amplitude der Glasfaser bei Beschleunigungsvibrationen.

III. OFSCN® Nahtlose Stahlrohr-Lichtwellenleiter- und Verkapselungsprodukte

Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) produziert nahtlose Stahlrohr-Lichtwellenleiter und Sensoren, die je nach Temperatur und Vibrationsumgebung nahtlose Stahlrohrverkapselung (FIMT) und entsprechende interne Schutzverfahren anwenden: