¿Cómo evitar que la fibra óptica se mueva descontroladamente dentro del tubo de acero debido a las vibraciones?
En la estructura de encapsulación de tubo de acero inoxidable con fibra (Fiber-in-Metal-Tube, FIMT), el diámetro exterior típico de la fibra desnuda o con recubrimiento primario es de solo 125\ \mu\text{m} a 255\ \mu\text{m}, mientras que el diámetro interior del tubo de acero protector suele estar entre 1.0\text{ mm} y 2.6\text{ mm}. Cuando el tubo de acero sin costura se encuentra en un entorno vibratorio, si el espacio dentro del tubo no se interviene físicamente de manera especial, la fibra puede experimentar un movimiento y colisión libre a alta velocidad dentro de la cavidad del tubo.
I. Peligros físicos del movimiento de la fibra dentro del tubo de acero
- Pérdida por microcurvatura y perturbación de la señal (Microbending Loss): Cuando la fibra choca contra la pared del tubo o se dobla aleatoriamente, la condición de reflexión total interna de la onda de luz conducida por el núcleo se ve comprometida, lo que provoca una atenuación drástica de la luz y una inestabilidad del estado de polarización (SOP) de la señal óptica.
- Fatiga mecánica y desgaste del recubrimiento: Las vibraciones continuas de alta frecuencia y alta amplitud provocan una fricción repetida entre el recubrimiento de la fibra y la pared interior del acero inoxidable, lo que a su vez provoca la expansión de microfisuras superficiales y reduce la resistencia mecánica a largo plazo de la fibra.
II. Medidas técnicas de ingeniería para prevenir el movimiento vibratorio de la fibra dentro del tubo de acero
En ingeniería óptica y fabricación de cables de fibra óptica, se emplean principalmente las siguientes tres soluciones técnicas para prevenir el movimiento de la fibra:
1. Relleno de pasta amortiguadora/gel de amortiguación (Shock-absorbing Filler / Damping Gel)
- Principio: Durante el proceso de extrusión del tubo de acero, se inyecta a alta presión dentro del tubo una pasta amortiguadora tixotrópica, gel de silicona o grasa amortiguadora a alta temperatura.
- Efecto: El material de relleno suspende la fibra en el centro de la cavidad del tubo a través de su alta viscosidad y soporte de suspensión, absorbe y atenúa la energía de vibración mecánica de alta frecuencia transmitida desde el exterior, previene el impacto directo entre la fibra y la pared del tubo de acero, y al mismo tiempo mantiene el espacio de expansión térmica para el movimiento libre de la fibra.
2. Estructura de recubrimiento apretado y curado de polímero (Tight-buffered / Polymer Encapsulation)
- Principio: Se utiliza un material polimérico (como resinas especiales, poliimida, etc.) para recubrir continuamente la fibra a lo largo de toda su longitud, de modo que la fibra y el tubo de acero o la estructura metálica queden completamente fijados y adheridos.
- Efecto: Elimina por completo el espacio libre dentro del tubo, de modo que la fibra y el tubo de acero exterior forman una estructura integral con tensión mecánica sincronizada, adecuada para aplicaciones de detección de deformación y entornos de alta vibración.
3. Control de longitud excesiva y coincidencia geométrica del diámetro interior (Excess Fiber Length & Geometry Optimization)
- Principio: Controlando con precisión la longitud excesiva de la fibra dentro del tubo de acero (EFL, Excess Fiber Length), se presenta en forma de una onda sinusoidal uniforme y pequeña dentro del tubo, combinada con un diámetro interior de tubo de acero apropiado.
- Efecto: Limita la amplitud de movimiento libre de la fibra bajo vibración de gran aceleración.
III. Cables ópticos de tubo de acero sin costura y productos de encapsulación oficiales de OFSCN®
Los cables ópticos de tubo de acero sin costura y los sensores producidos por Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) adoptan el encapsulado de tubo de acero sin costura (FIMT) y los procesos de protección interna correspondientes para diferentes entornos de temperatura y vibración:
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OFSCN® 85°C Seamless Steel Tube Fiber Cable
Se adopta un encapsulado de tubo de acero sin costura de una sola capa, con un diámetro exterior predeterminado de 2.0\text{ mm} (espesor de pared 0.2\text{ mm}) o 3.0\text{ mm} (espesor de pared 0.3\text{ mm}), y la temperatura de trabajo puede alcanzar los 85°C. -
OFSCN® 200°C Seamless Steel Tube Fiber Cable
Fibra óptica con recubrimiento de poliimida incorporada (OFSCN® 200℃ Polyimide Optical Fiber), resistente a temperaturas de hasta 200°C. -
OFSCN® 300°C Seamless Steel Tube Fiber Cable
Se utiliza tubo de acero inoxidable sin costura 316L y encapsulado de fibra con recubrimiento a alta temperatura para trabajar de manera estable en entornos de alta temperatura de 300°C.
