ההשפעה של אלסטיאוס על הביצועים של כבלי סיבים אופטיים במערכות הנדסה

הקדמה: התפקיד הקריטי של אלסטיליות ב- Optical סיבים אופטיים

כבלי סיבים אופטיים הפכו לעמוד השדרה של רשתות התקשורת המודרניות, המאפשרות העברת נתונים של terabit-per-II על פני מרחקים טרנס-אטלנטיים. Beyond Telecommunica, הם הכרחיים במערכות חלל, כלי רפואי, חישה תעשייתית, ביצועים גבוהים, בעוד הרבה תשומת לב ניתנת למאפיינים אופטיים כגון רוחב פס, פיזור, וחדירה, התנהגות מכנית של סיבים מהירים - במיוחד כדי לענות על יעילות גבוהה של תפקוד מכנית של תפקוד מכני.

יסודות של אסטנסיות בסיבים אופטיים

התנהגות מתח ומאמץ

(ב) ,(ה) ,(ה) ,(ה) ,(E) , ⁇ ) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עקומת הלחץ של סיבים אופטיים טיפוסית מראה התנהגות ליסטית עד 1–2% מתח עבור הזכוכית, לאחר שכישלון מתרחש. בפועל, סיבים נועדו לפעול היטב מתחת לגבול זה.יחסו של Poisson של silica ( ⁇ 0.17) הוא גם חשוב: הוא קובע את התכווצות המעוותת כאשר הסיבים מתוחים, המשפיעים על רגישות מיקרובונדאלית.

« « ⁇ התאוששות ו Hysteresis

חומר אלסטי אידיאלי חוזר לצורתו המקורית מיד לאחר הסרת הלחץ.ב סיבים אופטיים, האופי המולסטי של ציפוי פולימרים יכול להציג את FLT:0hysteresisphFLT:1 - lag בין מתח וזן שמוביל לעיוות חיוורטי לאחר טעינה חוזרת.אפקט זה קריטי ביישומים דינמיים כגון ניתוח רובוטי או כבל אווירי, שבו הם חוזרים על מיקום אופטי ומדוייק כדי לשמור על פני ציפוי מתקדם של ⁇ .

מתחים מכניים שנפגשו על ידי אופטימטיקה

Tension ו-Axial Strain

במהלך ההתקנה בדוכסים או טווחי אוויר, סיבים חווים כוחות ציריים של טנזין.המודולו הגמיש של הליבה הזכוכית קובע כמה סיבים מוארים תחת עומס נתון.גורמים מוגזם גדל (FLT:0attenuation סיבים גמישים או גמישים של 0LT:1 בשל אפקט photoelastic: שינויים מושרה בלחץ השביר להוביל לפיזור והפיכה (Teration 5.5%) מתאים ל-iOS (אך יעיל יותר ל-impleation) של 0.

זחלות ומיקרובק

(ב) ,הלחץ המכני הנפוץ ביותר במערכות סיבים.שני תופעות נפרדות מתעוררות: (FLT:0macrobendingFLT:1 (large-radius bends) ו-FLT:2 mmbending סיבים 3FLT:0macrobendinging פרמטרים זעירים של רדיוס מודרך ללא לחץ על פני LT, סיבים עם נטייה נמוכה יותר של 4, אך ורקדות של לחץ על פני השטח).

טוריון ו Twisting

ביישומים כמו גליקוסקופים סיבים אופטיים או קווי עיכוב משועבדים, סיבים חשופים ללחץ רסלי.המופעל (קשר אל גמישות) קובע את הזווית הזווית הזוויתית לכל יחידה.

המונחים: Dynamic Loading

בחלל, בתעשיית הרכב ובסביבות תעשייתיות, סיבים חווים רטט קבוע.התגובה האלסטית מכתיבת את התדרים הטבעיים של מערכת הכבלים.אם תדרי רטט מתאימים למצבים מהדהדים, אווסצילים גדולים יכולים לגרום לעייפות לאורך זמן.מהנדסים עיצוב כבל עם FLT נוקשה:0damping שכבות 1 - חומרים עם תכונות מולקולסטיות שממירות אנרגיה מכנית לכדי לחץ על מנת להפחית את המולקולות אלה.

אותות של מנגנונים הקשורים לאיסטנסי

אובדן מיקרו

(השילוב של מיקרובורד מתרחש כאשר הלחץ המידרדר את ציר הסיבים בקנה מידה דומה לקוטר הליבה (8-10 מיקרומטר עבור סיבים חד-ממדיים) אפילו עיוותים תת-מיקרוניים יכולים לגרום אור לפיזור מהבסיס.הרגישות למיקרו-ממדית (FLT) מושפעת במידה רבה מכמות גבוהה יותר של הגנה מכנית (FLT:1 ו-LTF:2thure) גבוהה יותר מכמות גבוהה יותר מכמות גבוהה יותר מ-DLCDVerd (אך גבוהה יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, מצופה מכמות גבוהה יותר של טיפוליתות נמוכה יותר מכמות גבוהה יותר של טיפולית של טיפולית של טיפולית של טיפולית (Flowal).

אובדן ה- Macrobeing Loss

אובדן הנפיחות נובע מריפוי הסיבים עצמם, לא מפגמים משטחים.כפי שהסיבים bends, המדד היעיל של מצב מודרך יורד על מחוץ לכפיית, מה שגורם קצת אור לקרינה מרחוק. כמות האובדן תלויה באופן אקספוננציאלי ברדיוס הנדנדנדנד ובאופן הפוך על הצמצם המספרי של הסיבים, בעוד שהחומר אינו יכול לשנות ישירות את הגמישות (FD) לפני הכשלים הגבוהים יותר.

השפעות של ביסגרינס ואפקטי Polarization

כאשר סיבים אופטיים נמצאים בלחץ מכני לא אחיד, מדד השבירה הופך אניסטמי - תופעה המכונה FLT:0 photoelastic effect (FLT:1 ; 1 LT:1 זה מושרה bireparnce גורם פיזור מפולקליזציה (PMD) ואובדן תלוי קוטבי (PD) בסיבים גבוהים מאוד, לחץ הוא איטי יותר, מוביל פוטנציאלי להפחתה מתמשכת של לחץ על ידי גורמים רגישים או לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי צוות לחץ.

עייפות וארוכת טווח

גם בתוך הגבול הגמיש, טעינה חוזרת עלולה לגרום ל-FLT:0staticעייפותFLT:1 בסיבים זכוכית עקב ירידה איטית של סדקים מפני פגמים על פני השטח, שיעור הפחתת הפחתת ההפחתה מושפע מגורם אינטנסיבי של הלחץ, אשר תלוי בזנים החלים ובמכנינימוסים של ה-Digaliga (מתאים להפחתה של כוח המשיכה) בין השנים 1984 ל-DigitalFrelimates (Ricial) לבין ה-Ferge) ל-Digitance) ל-DIRDIRDIRDIRDIRDIRDIRDIRDIRDIRD.

אופטימיזציה של אפשרויות ו-Allastity Optimization

סיקור: Silica Glass

טהור אחליקה (SiO2) הוא חומר הליבה / הקידוד הסטנדרטי בשל אובדן נמוך ושקיפות גבוהה שלה. עם זאת, המודולו הגמיש שלו קבוע (70 GPa) כדי להשיג גמישות מותאמים, החוקרים פיתחו FLT:0doped silica בעוד סיבים גמישים של 1 LT:1 שבו גרמניה, זרחן, או פלואורין הוא הוסיף כדי להתאים את המדד השביר ומעט מאוד יכול להיות מקטין שינויים אלה.

חומרים מסורקים ותכונותיהם של אלסטיאל

הציפוי הוא המקום שבו גמישות יכולה להיות מכוונת ביותר באופן דרמטי.חומרי ציפוי נפוצים כוללים:

• (FLT:0)UV-curable acrylatesssveFLT:1: Modulus טווח 0.5-1000 MPa, בהתאם לניסוח. , acrylates (low Modulus) משמשים עבור ציפויים ראשוניים; קריטריונים קשים יותר עבור שכבות משניות.
• (FLT:0SiliconeFLT:1): "מודולולוים נמוכים" (1-10 MPa), גמישות מעולה ויציבות תרמית, המשמשות ביישומים עתיריים ורפואה.
• (FLT:0) באופן פולימיידידFLT:1: מודולים גבוהים (2–3 GPa) והתנגדות טמפרטורה גבוהה (עד 300 מעלות צלזיוס), אך פחות גמישים; בשימוש בתעופה ובירידה בתחושת החשיכה.
• (ב) ⁇ :0) ניטליל ו- Hytrel®FreaLT:1: אלסטומרים הירומפלסטיים עם מודלוס מתון, משמשים לעתים קרובות ככפורים הדוקים בכבלים פנימיים.
• (ב) ⁇ (ב"א): "התגובות הגבוהות וההתנגדות הכימית לסביבות קשות".

בחירת גמישות ציפוי כרוך סחר- offs: ציפוי רך יותר להפחית microbending ולשפר גמישות אבל עשוי להגדיל את החיכוך במהלך המשיכה כבל ויש להם יציבות תרמית נמוכה יותר. ציפויים Harder לספק התנגדות המוח טוב יותר והגנה מחץ אבל יכול להחמיר microbending. סיבים מתקדמים לנצל את ה-FLT:0graded ModulusFLT:1 ציפויים או עיצובים מרובים כדי להתאים ביצועים בטווח של תנאים.

אנשי כוח ואדריכלות כבלים

בכבל גמור, סיבים אופטיים אינם לבד - זה מוקף אנשי כוח (armid rns, חוטי פלדה, או מוטות סיבים) ומעיל.הגמישות של רכיבים אלה חייב להיות תואם למגבלות הזן של הסיבים.לדוגמה, בכבלים של יוטיוב רופפת, סיבים שוכנו בתוך צינור ג'ל מלא עם אורך עודף, ומאפשר להם לצף ולחוות מינימלי כאשר אפילו את כבלים אלה הם מתוחים.

אסטרטגיות עיצוב הנדסיות לניהול אסטאלי

סטרין הקלה ו-Bel Radius Control

בכל נקודת חיבור - לוחות פטך, סגרי שמיכה, וממשקי ציוד - סיבים פגיעים לדבורים חדות וכוחות ברייליים. נעלי סיוע סטרין עשויים מ- elastomers גמישים (למשל, סנטורמין TM) עם מודולולוס של 10-50 MPa מעוצבים כדי להנחות את הסיבים באמצעות bends מבוקרים.

דמים ושיקום

בסביבות עתירה גבוהה (למשל, כלי רכב שיגור לווייניים, מכונות תעשייתיות), כבלי סיבים מוטבעים לעתים קרובות ב-FLT:0viscoelastic לחותFLT:1 אשר מתפזר אנרגיה רטטית.חומרים אלה מציגים הן התנהגות גמישה וגמישות מולטירקוס, עם מודולוס מורכב (מעקב ואובדן Moduli).

סיבים-to-Chip Coupling ו-interconnects

במעגלים משולבים פוטוניים, סיבים אופטיים חייבים להיות מתואמים ומתחברים לצ'יפס עם דיוק תת-מיקרוני.הגמישות של הדבק וכל עדשות ביניים או מפרה משפיעים על היישר על טמפרטורה וזמן. (FLT:0UV-curable adhesivesFLT:1 עם גמישות מבוקרת (מודולים 100-1000 MPa) משמשים כדי לספק קשר תרמיל יכול להיות מסוגל באופן ישיר מדי.

Cycling and Coefficient of thermal הרחבה

אלסטיליות אינטראקציה עם התרחבות תרמית כי שינויים טמפרטורה לגרום מתח עקב אפקטיביות לא תואמים של התרחבות תרמית (CTE) בין סיבי הזכוכית, ציפוי, וחומרים כבל.המודולוס האלסטי קובע את הלחץ המתקבל.לדוגמה, בסיבים Bragg חיישנים, אורך הגל עקב טמפרטורה הוא מוגבר או מופחת על ידי התגובה האלסטית של מהנדסי החומרי יכול לעצב מבנים מורכבים שבו Cactrated לחיישנים (מתאים בכוונה לטמפרטורה).

יישומים אמיתיים ומקריות

רשתות תקשורת: Long-Haul ו- Access Networks

בכבלי צוללות ארוכות טווח, סיבים חייבים לעמוד בלחץ הידרוסטטי גבוה ועומסים פילים במהלך הפריסה.עיצובי הכבלים משלבים צינורות פלדה וצנרת חיץ גמישה.הגמישות של הציפוי של הסיבים היא קריטית למניעת מיקרו-קרב תחת פינות חיצוניות עצומות (עד 1000 בר) יצרנים כמו FLT:0nings 1LT ו-LTF:2OFS3, המאפשרים להפחתה משמעותית של דירות מתוחכמות (F) עם סיבים רגישים להפסדים (FLT-F) עם מחסור) עם מחסור בדירות (FLT) עם סיבים קצרים (FLT-FLT) עם מחסור) עם סיבים קצרים (FLT-FLT-FLT) עם סיבים קצרים).

חלל ו Avionics

מטוסים מודרניים ולוויינים משתמשים בסיבים אופטיים לירידה במשקל וחסינות להפרעות אלקטרומגנטיות.סיבים בכנפיים או ניסיון עור מתפתל חוזר מתמרני הטיסה ורכיבה תרמית:0ANASAFLT:1 נבדק סיבי פולימידיים בסביבות חלל שבו מגירות והתנגדות קרינה הם כפולים.

מכשירים רפואיים ורובוטיקה

בניתוח פולשני מינימלי, סיבים אופטיים משמשים הדמיה (endoscopy) ומשלוח לייזר.הסיבים חייבים לנווט נתיבים מתפתלים דרך קת'רים ומפרקים. סיביים עם מודלוס נמוך (1-5 MPa) מועדים לגמישות גבוהה שלהם וגמישות ביולוגית גמישות גבוהה שלהם.

המונחים: Optic Sensing

(DTS) חישה אקוסטית מופץ (DAS) וטמפרטורה מבוזרת חישה (DTS) לנצל את התכונות האלסטיות של הסיבים עצמם. ב DAS, רטטים חיצוניים גורמים למיקרו-אימונים שמשנים את השלב של אור אחורי (DTS) את הרגישות של המערכת תלויה בתגובה הגמישות של סיבי ה-DVicial לגלימות (L) עם ציפויים נמוכים יותר של אנרגיה, כלומר:

ראשי התיבות של Ultra-Elastic and Fitivefi Systems

סיבים רגישים (BIF) ומעבר

הכונן לכיוון רדיוני קטן יותר במרכזי נתונים ומיקום הלקוחות עורר פיתוח של BIFs עם פרופילים אינדקסים מחוספסים וציפויים אופטימיזציה. BIFs הנוכחי יכול להשיג רדיוני של 5 עד7.5 מ"מ עם אובדן פחות מ 0.1DB לסיבוב. סיבי הדור הבא שואפים להיות מוקרן מתחת 2 מ"מ תוך שמירה על ניתוח חד-פעמי, זה דורש לא רק אינדקסים נמוכים (Fmayulus) עם חומרים קשיחים נמוכים יותר מ- 0.

Crystal Fibers (PCF)

סיבי גבישים מיקרו-מבנים או פוטוניים משתמשים בלחיצות של חורים אוויר כדי להנחות אור, המציע תכונות אופטיות ייחודיות.התנהגותם המכנית תלויה מאוד עובי הקיר ומודולולים אלסטיים של הזכוכית.נוכחותם של חורים אוויר מפחיתה את האזור הבין-שטח האפקטיבי, מה שהופך את הסיבים יותר תואמים (מסלולים יעילים יותר) אבל גם שברירי יותר.

עצמי-Healing and Fitive Coatings

בהשראת חומרים ביולוגיים, חוקרים חוקרים לחקור FLT:0 ציפוי פולימרים עצמיים ציפוי פולימרים 1FreaLT 1 יכול לתקן microcracks שנגרמו על ידי עייפות מתפתלת.חומרים אלה משלבים מיקרו-capsules או אג"ח נית כי רפורמה כאשר הציפוי מחומם או חשופים לאור ה-UV.

שילוב עם ייצור תוספתי

הדפסה 3D של סיבים אופטיים preforms וציפויים הוא שדה מתפתח שיכולה לחולל מהפכה הנדסת גמישות. על ידי שליטה בדיוק על הפירוק של חומרים מרובים עם תכונות גמישות שונות, ייתכן שיהיה אפשרי למרקם סיבים עם ציר או רדיו ⁇ של Modulus.זה יאפשר פרופילים חד nd ייחודי וחלוקות מתח, פתח יישומים חדשים רובוטיקה רך ואלקטרוניקה לביש.

מסקנה: אלסטיליות כפרשת עיצוב, לא לאחר מחשבה

גמישות של כבלי סיבים אופטיים היא הרבה יותר מאשר רכוש חומרי פשוט - זה פרמטר עיצוב קריטי המשפיע על יושרה, עמידות, הקלה ההתקנה, ואמינות לטווח ארוך. מן ההרכב המולקולרי של הזכוכית לאדריכלות הציפוי רב שכבתית וניהול זנים כבל ברמת החוזק, כל החלטה המשפיעה על גמישות חייב להיות לשקול בזהירות נגד דרישות ביצועים אופטיים.