밀봉부에서 내부 광섬유가 압착되면 잘못된 변형 신호가 발생할 수 있습니까?
1. 압착이 광섬유 신호에 미치는 영향: 잘못된 신호가 발생합니까?
예, 밀봉 부위에서 내부 광섬유가 압착되면 잘못된 신호 간섭이 절대적으로 발생합니다 (물리적 손상 또는 광 신호 중단을 유발할 수도 있습니다).
광섬유 격자(FBG) 센서 또는 광섬유 위상/강도 변화 기반 센서 시스템의 경우, 밀봉 부위의 국부적인 축 방향 또는 반경 방향 압착은 다음과 같은 물리적 효과를 유발합니다.
- 광탄성 효과(Photoelastic Effect) 및 복굴절(Birefringence): 광섬유가 불균일한 반경 방향(횡방향) 압착을 받을 때, 광섬유 내 원래의 대칭적인 굴절률 분포가 파괴되어 이방성 복굴절이 발생합니다. 이는 광섬유 격자의 반사 스펙트럼에 피크 분할(Peak Splitting) 또는 스펙트럼 확장을 유발합니다. 복조기는 이러한 불규칙한 스펙트럼 왜곡을 온도 또는 변형의 변화로 오판하여 잘못된 '변형 신호’를 출력하게 됩니다.
- 수직 응력 전달(경화 수축): 밀봉 재료(에폭시 수지, 저융점 유리 또는 금속 솔더 등)는 경화 또는 냉각 과정에서 부피 수축이 발생합니다. 이러한 기계적 수축은 내부 광섬유에 수직 인장 또는 압축력을 가합니다. FBG의 경우, 이는 브래그 중심 파장 $\lambda_B$에 예상치 못한 편이를 직접적으로 유발합니다. 이 편이는 응력 방출 없이도 종종 수백 마이크로스트레인(\mu\epsilon)에 달하여 심각한 제로점 드리프트를 유발할 수 있습니다.
- 미세 굽힘 손실(Microbending Loss): 압착 부위의 응력 집중(특히 날카로운 모서리 단면)은 또한 광섬유 축에 미세한 굽힘을 유발합니다. 이는 광 전력의 급격한 감쇠를 유발하여 센서 신호의 신호 대 잡음비(SNR)를 감소시키며, 극단적인 경우 복조기가 파장 피크를 정확하게 잠금하지 못하거나 심지어 링크 중단을 유발할 수 있습니다.
2. '광섬유 진공 플랜지’의 응력 해제란 무엇인가요?
고진공 밀봉 과정 또는 후속 기압 차이로 인한 압착 간섭을 완전히 제거하기 위해, 고표준 광섬유 진공 플랜지를 설계하고 제조할 때는 응력 해제(Stress Relief) 구조 및 공정을 반드시 채택해야 합니다.
"응력 해제"는 외부 플랜지 밀봉 시 발생하는 강력한 기계적 압착력, 재료 열 수축 응력, 그리고 진공 챔버 내외부의 차압 하중을 광섬유 내부의 광 전송 코어(특히 민감한 격자 영역 또는 센서 코어)로부터 물리적으로 분리하기 위해 물리적 구조 격리, 완충 재료 전환 및 조립 공정 설계를 통해 달성하는 과정을 의미합니다.
고품질 광섬유 진공 밀봉 플랜지에서는 일반적으로 다음과 같은 응력 해제 수단을 사용합니다:
- 단계적 경도 전환(Staged Potting / Graduated Sealing): 플랜지의 고진공 밀봉부 양쪽 끝에 탄성 계수가 낮고 탄성이 좋은 댐핑 재료를 완충층으로 사용하여, 광섬유가 '단단한 금속 벽’과 '부드러운 공기’의 경계에서 응력 집중으로 인한 미세 굽힘이 발생하는 것을 방지합니다.
- 이음매 없는 금속 슬리브 보호(Protective Sleeving): 광섬유는 먼저 매우 가는 스테인리스강 이음매 없는 강관 또는 금속 모세관을 통과하며, 금속관을 통해 먼저 플랜지 본체와 기계적 기밀을 달성합니다. 이를 통해 외부 봉입 압력 및 전단력이 금속관 벽으로 흡수되고, 관 내부의 광섬유는 ‘매달려 있거나’ 극히 낮은 구속 상태를 유지합니다.
- 여유 공간 보상 설계(Service Loops & Slack): 플랜지 양쪽의 광섬유 패치 코드 연결부에 미세한 굽힘 여유를 두어, 외부 인장력, 챔버 열 변형 등 수직 응력이 밀봉 구역에 도달하기 전에 여분의 광섬유 탄성 변형으로 완전히 해소되도록 합니다.
3. 관련 전문 제품 기술 사양
초고진공, 고저온 등 혹독한 환경에서 안정적인 전송을 실현하고 잘못된 신호 간섭을 방지하기 위해, OFSCN®는 전문적인 진공 밀봉 등급 광섬유 컴포넌트 제품을 출시했습니다.
OFSCN® 광섬유 진공 밀봉 플랜지 | 공식 링크
이 제품은 고진공 및 초고진공(UHV) 환경을 위해 설계되었으며, CF 및 KF 두 가지 시리즈로 나뉩니다. 뛰어난 기밀성과 자체 응력 격리 설계를 갖추고 있어 밀봉 구역에서 신호 감쇠나 스펙트럼 왜곡이 발생하는 것을 효과적으로 방지합니다.
- 핵심 파라미터 지표:
- 극한 진공도: 1 \times 10^{-7}\ \text{Pa} 및 1 \times 10^{-9}\ \text{Pa} 미만.
- 사양 구분: CF 및 KF 두 가지 시리즈로 나뉘며, 단일 채널, 다중 채널, 수컷 및 암컷 등 맞춤형 솔루션 제공 가능.
- 온도 범위: 상온 사용, 250^\circ\text{C} 내열 고온급 플랜지 맞춤 제작 가능.
- 단면 보호: 후단에 금속 꺾임 방지 튜브를 마련하여 기계적 인장 응력 해제를 실현하고, 극한 환경에서의 장기 작동 구조 안정성 보장.
이 플랜지를 사용하여 챔버 내에서 정밀한 광 유도 변형, 변위 또는 응력 측정을 수행하려면, 동반되는 고정밀 센서 시리즈를 참조하십시오: OFSCN® FBG 변형 센서 제품 종합 링크 | 공식 링크 변동 하중 하에서의 온도 및 변형 복합 복조 솔루션에 대해 자세히 알아보십시오.