I collegamenti ottici industriali possono avere requisiti molto diversi a seconda di dove è installata la fibra e di cosa si prevede che faccia il collegamento di comunicazione. Una connessione breve all'interno di un'apparecchiatura industriale ha priorità di progettazione molto diverse da un collegamento più lungo da macchina a macchina o a livello di impianto.
È per questoFibra ottica plastica (POF),Silice rivestita in materiale duro (HCS)e convenzionalefibra ottica di vetronon dovrebbero essere confrontati solo in base alla distanza di trasmissione.
Differiscono per materiale del nucleo, diametro del nucleo, attenuazione ottica, tolleranza di accoppiamento, capacità di temperatura, requisiti del connettore e distanza di trasmissione pratica.
La domanda di ingegneria migliore non è:
Quale fibra è la migliore?
È:
Quale fibra è migliore in base alla distanza, alla temperatura, alla sorgente ottica, al metodo di connessione, all'ambiente operativo e al costo totale del sistema richiesti?
Queste variabili solitamente determinano il tipo di fibra più adatto.
POF vs HCS vs fibra di vetro: qual è la differenza fondamentale?
POF, HCS e la fibra di vetro convenzionale si differenziano principalmente per la loromateriali di base e di rivestimento. POF utilizza normalmente un nucleo polimerico e un rivestimento polimerico, HCS combina un nucleo di silice con un rivestimento polimerico duro, mentre la fibra di vetro di grado comunicazione convenzionale utilizza tipicamente un nucleo e un rivestimento a base di silice. Queste differenze strutturali influenzano l'attenuazione, la tolleranza di accoppiamento, la precisione del connettore, la capacità di temperatura e la distanza pratica di trasmissione.
Fibra ottica plastica (POF): nucleo polimerico e rivestimento polimerico
Il POF a passo industriale è comunemente basato su un nucleo di polimero PMMA circondato da un rivestimento di polimero fluorurato.
Una delle sue caratteristiche più importanti è il suo grande nucleo ottico. Un tipico POF industriale da 1 mm può avere un nucleo di circa980 µm all'interno di una fibra da 1.000 µm.
È estremamente grande rispetto alla fibra di comunicazione convenzionale.
Il nucleo di grandi dimensioni fornisce un bersaglio ottico di grandi dimensioni, rendendo l'allineamento tra trasmettitore e fibra e tra fibra e ricevitore relativamente tollerante. Piccole deviazioni meccaniche nei connettori o nelle interfacce ottiche sono quindi meno critiche rispetto a quelle con fibre di vetro con nucleo molto più piccolo.
Per i collegamenti industriali brevi, ciò può semplificare sia la progettazione che la manutenzione del sistema.
POF pertanto scambia una bassa attenuazione ottica con vantaggi quali:
-
accoppiamento semplice;
-
allineamento tollerante del connettore;
-
terminazione sul campo semplice;
-
facile manutenzione;
-
interfacce ottiche relativamente semplici.
Quando la distanza richiesta è breve, questi vantaggi possono essere più importanti del raggiungimento della minima perdita di fibra possibile.
HCS: nucleo in silice con rivestimento in polimero duro
Silice rivestita in materiale duro, o HCS, utilizza un nucleo di vetro di silice circondato da un rivestimento polimerico duro.
Ciò lo colloca strutturalmente tra POF e la fibra convenzionale interamente in silice.
Una comune configurazione HCS industriale utilizza circa aNucleo in silice da 200 µm con rivestimento da circa 230 µm, sebbene siano disponibili anche altre dimensioni del nucleo.
Il nucleo è molto più piccolo del nucleo da circa 1 mm utilizzato nel tipico POF industriale, ma considerevolmente più grande del nucleo da 50 µm della fibra di comunicazione multimodale convenzionale.
Poiché la luce si propaga attraverso un nucleo di silice, l'HCS può ottenere un'attenuazione ottica molto inferiore rispetto al PMMA POF pur mantenendo un bersaglio ottico relativamente grande.
Per i sistemi industriali, questa combinazione può essere utile quando POF non fornisce più margine ottico o distanza di trasmissione sufficienti, ma un sistema convenzionale in fibra di vetro con nucleo piccolo aggiungerebbe inutili complessità di installazione.
HCS può quindi occupare un’utile posizione intermedia:
perdita ottica inferiore rispetto a POF, pur rimanendo più tollerante all'accoppiamento rispetto alla fibra di vetro convenzionale a nucleo piccolo.
Fibra di vetro convenzionale: nucleo di silice e rivestimento di silice
La fibra di vetro convenzionale per comunicazioni utilizza generalmente un nucleo di silice e un rivestimento di silice.
Per sistemi industriali e di comunicazione dati,Fibra multimodale 50/125 µmè un punto di riferimento comune. Le installazioni più vecchie possono anche utilizzare fibra multimodale da 62,5/125 µm.
La fibra di vetro monomodale utilizza una modalità ottica molto più piccola ed è progettata per applicazioni che richiedono distanze di trasmissione molto più lunghe e un'attenuazione molto bassa.
Rispetto a POF e HCS, la fibra di vetro multimodale convenzionale ha un nucleo molto più piccolo. La geometria del connettore, l'allineamento della fibra e l'accoppiamento ottico richiedono quindi una maggiore precisione.
Il vantaggio è un’attenuazione molto inferiore e l’accesso a un ecosistema maturo per comunicazioni ottiche con larghezza di banda maggiore e distanze più lunghe.
Confronto tra strutture POF, HCS e fibra di vetro
| Tipo di fibra |
Tipica struttura del materiale |
Dimensione del nucleo rappresentativo |
Caratteristica ingegneristica generale |
| POF |
Nucleo in polimero + rivestimento in polimero |
~980 µm |
Accoppiamento ottico molto tollerante |
| HCS |
Nucleo in silice + rivestimento in polimero duro |
~200 µm |
Accoppiamento intermedio e perdita ottica |
| Fibra di vetro multimodale |
Nucleo in silice + rivestimento in silice |
50 µm |
Perdite inferiori, allineamento più stretto |
| Fibra di vetro monomodale |
Nucleo in silice + rivestimento in silice |
Modalità ottica molto più piccola |
Perdita minima e portata più lunga |
Questi valori sono rappresentativi piuttosto che universali. Diverse famiglie di fibre e costruzioni di cavi possono utilizzare dimensioni diverse.
Come il diametro del nucleo cambia i requisiti di accoppiamento e sorgente luminosa
Il diametro del nucleo influisce più della dimensione fisica della fibra. Influenza anche la facilità con cui la luce può essere lanciata dal trasmettitore nella fibra e catturata dal ricevitore.
Perché il POF da 1 mm è facile da accoppiare
Un POF di circa 1 mm presenta un bersaglio ottico molto grande.
Ciò fornisce una sostanziale tolleranza di allineamento tra il trasmettitore, il connettore e il nucleo della fibra. I componenti ottici industriali possono quindi utilizzare interfacce meccaniche relativamente semplici mantenendo un accoppiamento ottico affidabile.
Il nucleo grande è particolarmente utile quando è necessario assemblare rapidamente le apparecchiature, effettuare la manutenzione sul campo o effettuare la manutenzione senza apparecchiature di precisione per la lavorazione delle fibre.
Per un collegamento di comunicazione breve, un accoppiamento semplice e ripetibile può essere più importante che ridurre al minimo ogni decibel di attenuazione.
Perché l'HCS da 200 µm mantiene un accoppiamento più semplice
L'HCS riduce considerevolmente la dimensione del nucleo rispetto al POF, ma un nucleo da 200 µm rimane molto più grande del nucleo da 50 µm presente nella comune fibra di vetro multimodale.
Mantiene quindi un'utile tolleranza di accoppiamento beneficiando al tempo stesso della minore attenuazione di un nucleo di silice.
Ciò rende l'HCS adatto per alcuni collegamenti industriali che hanno superato il budget ottico pratico o raggiungono i limiti del POF ma non richiedono un'architettura in fibra convenzionale in stile telecomunicazioni.
Perché la fibra di vetro da 50/125 µm richiede maggiore precisione
Quando il diametro del nucleo diminuisce a 50 µm, l'allineamento meccanico diventa più importante.
I puntali del connettore, le estremità della fibra e l'allineamento del trasmettitore devono controllare il percorso ottico in modo più preciso perché l'area di ricezione è molto più piccola.
La fibra di vetro convenzionale può ancora fornire un'eccellente affidabilità nei sistemi industriali, ma generalmente dipende da una connettorizzazione più strettamente controllata rispetto a un sistema POF da 1 mm.
Diametro del nucleo, tolleranza di accoppiamento e lunghezza d'onda ottica
650 nm contro 850 nm e oltre
La selezione della fibra non può essere separata dalla selezione della sorgente ottica.
Il POF industriale PMMA è fortemente associato aluce rossa visibile intorno a 650 nmed è comunemente abbinato a trasmettitori LED industriali progettati per questa gamma di lunghezze d'onda.
L'HCS può essere utilizzato anche con sistemi ottici da 650 nm ed è disponibile in design adatti alle lunghezze d'onda circostanti650 nm e 850 nm.
La fibra di vetro multimodale convenzionale funziona comunemente in giro850 nm e 1300 nm, con 850 nm ampiamente utilizzato per la comunicazione dati multimodale a breve distanza.
La fibra di vetro monomodale è comunemente associata a lunghezze d'onda intorno1310 nm e 1550 nm, dove un'attenuazione molto bassa supporta collegamenti molto più lunghi.
In pratica, la sostituzione della fibra può richiedere anche il controllo della lunghezza d'onda del trasmettitore, della sensibilità del ricevitore e dell'intera interfaccia ottica.
Una fibra con attenuazione inferiore non è automaticamente compatibile con un ricetrasmettitore ottico esistente.
Quale fibra supporta la distanza di trasmissione più lunga?
In generale, la capacità di trasmissione progredisce da POF a HCS fino alla fibra di vetro convenzionale man mano che l'attenuazione ottica diminuisce.
Tuttavia, il solo tipo di fibra non definisce la distanza massima di un collegamento ottico industriale.
Perché POF è principalmente un mezzo a breve portata
Il tipico POF PMMA ha un'attenuazione ottica relativamente elevata.
Il POF industriale rappresentativo può avere perdite dell'ordine di circa150–200 dB/km intorno a 650 nm.
Espresso su una breve distanza interna alla macchina, quel livello di attenuazione può essere ancora del tutto accettabile. Nel corso di centinaia di metri, la perdita di fibre accumulata diventa molto più significativa.
La POF è quindi principalmente associata a comunicazioni a livello di apparecchiatura breve piuttosto che a dorsali ottiche a lunga distanza.
L'elevata attenuazione non rende il POF tecnicamente inferiore in ogni applicazione.
Se il percorso richiesto è di soli pochi metri o diverse decine di metri, un accoppiamento più facile e una terminazione più semplice potrebbero essere più preziosi rispetto alla minore attenuazione della fibra di silice convenzionale.
Come HCS estende la sua portata oltre il POF
La sostituzione del nucleo polimerico con silice riduce significativamente l'attenuazione.
Le fibre HCS industriali rappresentative possono operare inintervallo dB/km a una cifra, a seconda della lunghezza d'onda e della costruzione della fibra.
Ciò fornisce un margine ottico sostanzialmente maggiore rispetto al tipico POF PMMA e consente ai sistemi HCS di supportare collegamenti più lunghi.
Per le applicazioni industriali, l'HCS è particolarmente utile quando il sistema necessita di una portata aggiuntiva ma beneficia comunque di un'interfaccia ottica con core relativamente grande.
Perché la fibra di vetro convenzionale vince in termini di portata ottica
La fibra di vetro multimodale convenzionale offre un'attenuazione ancora più bassa.
La fibra multimodale rappresentativa da 50/125 µm può funzionare inintervallo dB/km basso a una cifra, a seconda della lunghezza d'onda e del tipo di fibra.
La fibra di silice monomodale può ridurre l'attenuazione di seguito1dB/km, raggiungendo circa pochi decibel per chilometro alle comuni lunghezze d'onda operative monomodali.
Per la comunicazione a lunga distanza, queste differenze diventano sempre più importanti.
All'interno di una macchina o di un sistema di controllo con un percorso ottico breve, tuttavia, la capacità di trasmissione su scala chilometrica può fornire scarsi vantaggi pratici.
Perché non esiste una distanza massima universale
È forte la tentazione di assegnare una distanza di trasmissione massima a ciascun tipo di fibra, ma ciò può essere fuorviante.
La distanza pratica del collegamento dipende dal completobilancio della potenza ottica, tra cui:
-
potenza di uscita del trasmettitore;
-
sensibilità del ricevitore;
-
attenuazione della fibra;
-
perdite del connettore;
-
lunghezza d'onda operativa;
-
temperatura;
-
velocità dati;
-
margine ottico richiesto.
Diverse famiglie di ricetrasmettitori ottici possono quindi produrre distanze molto diverse utilizzando lo stesso tipo di fibra.
Un sistema POF può supportare solo poche decine di metri in un'applicazione mentre un altro sistema opera più lontano. L'HCS può estendere considerevolmente tale distanza, ma la sua portata esatta è ancora determinata dall'intero sistema trasmettitore-ricevitore.
La selezione della fibra dovrebbe quindi iniziare con le prestazioni del collegamento ottico richieste piuttosto che con un numero di distanza universale.
POF, HCS e attenuazione della fibra di vetro a confronto
La scala dell’attenuazione ottica aiuta a spiegare perché queste tecnologie in fibra tendono ad occupare diversi ambiti di applicazione.
Attenuazione ottica e portata di trasmissione
| Tecnologia della fibra |
Nucleo rappresentativo |
Tipica regione della lunghezza d'onda |
Scala di attenuazione rappresentativa |
| PMMAPOF |
~980 µm |
~650nm |
~150–200 dB/km |
| HCS da 200 µm |
~200 µm |
650/850nm |
dB/km a una cifra |
| Vetro multimodale 50/125 µm |
50 µm |
850/1300 nanometri |
Bassi dB/km a una cifra |
| Vetro monomodale |
Piccola modalità ottica |
1310/1550 nanometri |
Sotto 1 dB/km |
Queste cifre sono utili per comprendere l’ordine di grandezza relativo, non per specificare un collegamento industriale completo.
La perdita del connettore, le caratteristiche del ricetrasmettitore, la temperatura operativa e la velocità dei dati devono ancora essere prese in considerazione nella progettazione vera e propria.
Come la temperatura cambia la selezione della fibra
La temperatura è una delle parti più facilmente semplificabili del confronto tra POF, HCS e fibra di vetro.
Non è corretto presumere che ogni sistema POF abbia un limite di temperatura inferiore rispetto a ogni sistema HCS o che la selezione di un nucleo di vetro risolva automaticamente un requisito di alta temperatura.
Perché i limiti di temperatura POF dipendono dal sistema polimerico
POF contiene materiali polimerici sia nella fibra ottica che nella struttura circostante.
La temperatura può influenzare l'attenuazione, le proprietà meccaniche e l'affidabilità a lungo termine.
I prodotti POF industriali sono disponibili in diverse costruzioni e alcuni sono progettati per temperature operative che raggiungono circa+85°C.
La questione rilevante quindi non è semplicemente se il POF può tollerare il calore.
Il controllo tecnico corretto è se ilspecifica costruzione di cavi e fibre POFè qualificato per il profilo di temperatura richiesto.
La temperatura operativa continua, la temperatura di esposizione massima e le condizioni di servizio previste devono rimanere entro i limiti nominali del sistema.
Quando l'HCS può estendere la finestra di temperatura
L'HCS sostituisce il nucleo ottico polimerico con silice, garantendo ulteriore flessibilità di progettazione.
Tuttavia, i rivestimenti polimerici, i rivestimenti, i buffer e i rivestimenti dei cavi possono ancora imporre limiti di temperatura.
Alcuni sistemi di cavi HCS industriali completi possono avere intervalli operativi intorno+80°C, mentre le costruzioni specializzate in fibra HCS possono estendersi fino a circa+125°C.
Una semplice classificazione della temperatura POF < HCS è quindi inaffidabile. La capacità effettiva della temperatura dipende dalla struttura specifica della fibra e del cavo.
La capacità di temperatura dipende dal sistema di fibra completo
Quando la fibra di silice speciale diventa necessaria
Quando l’ambiente si sposta ben oltre la capacità di temperatura dei sistemi di cavi convenzionali basati su polimeri, le fibre di silice speciali diventano sempre più importanti.
Le fibre di silice con rivestimenti specializzati ad alta temperatura possono essere progettate per ambienti che raggiungono circa+300°Cin alcune applicazioni speciali.
A queste temperature, la tecnologia di rivestimento, la costruzione del buffer, i connettori e la protezione meccanica circostante diventano parti centrali della progettazione del sistema in fibra.
Perché le caratteristiche del rivestimento del cavo e del connettore sono importanti tanto quanto il materiale della fibra
Il nucleo ottico è solo una parte di un assemblaggio di fibra industriale finito.
Un sistema completo può includere:
La temperatura utilizzabile del sistema è limitata dai componenti rilevanti nel gruppo completo.
Quando un collegamento POF si avvicina al limite di temperatura qualificato, il passaggio a HCS o a un sistema in fibra di silice appropriato può fornire una finestra di progettazione più ampia. Il sistema completo di cavi e connettori deve ancora essere controllato.
Quale fibra è più facile da terminare e installare?
Il metodo di installazione influisce direttamente sui requisiti di manodopera, sull'affidabilità sul campo e sulla strategia di manutenzione.
POF: gestione semplice del campo
Il POF a nucleo largo è particolarmente adatto per la semplice terminazione sul campo.
Molti sistemi di connettori POF industriali possono essere assemblati utilizzando procedure di taglio, spelatura o crimpatura relativamente semplici piuttosto che apparecchiature di giunzione delle fibre di precisione.
Il nucleo grande rende inoltre la terminazione più tollerante verso piccole variazioni di allineamento.
Ciò è utile in:
-
costruzione di macchine;
-
assemblaggio del quadro elettrico;
-
manutenzione delle attrezzature;
-
sostituzione sul campo;
-
brevi collegamenti di comunicazione industriale.
Laddove è necessario sostituire rapidamente i cavi danneggiati, la semplicità dell'installazione può diventare un importante vantaggio a livello di sistema.
HCS: Crimp-and-Cleave come via di mezzo
Alcuni sistemi HCS supportanocrimpare e tagliareterminazione.
I progetti compatibili possono evitare passaggi epossidici e di lucidatura e consentire la terminazione sul campo utilizzando strumenti manuali relativamente semplici.
HCS può quindi combinare un nucleo ottico in silice e un'attenuazione molto inferiore rispetto a POF con metodi di installazione progettati per il servizio sul campo industriale.
Non tutti i prodotti HCS utilizzano lo stesso metodo di terminazione, pertanto è necessario verificare il connettore e il processo di terminazione per il sistema di fibra specifico.
Fibra di vetro: maggiore precisione di allineamento e terminazione
I sistemi convenzionali in fibra di vetro multimodale e monomodale utilizzano nuclei ottici molto più piccoli.
La qualità del connettore e l'allineamento della fibra diventano quindi più critici.
Gli assemblaggi in fibra di vetro terminati in fabbrica possono fornire prestazioni e affidabilità eccellenti, ma la connettorizzazione sul campo richiede normalmente un maggiore controllo del processo.
Nei sistemi in cui il cavo viene installato una sola volta e raramente toccato, ciò può presentare pochi svantaggi.
Laddove l'apparecchiatura viene sottoposta a frequente manutenzione o modifica, la semplicità della terminazione può avere un peso molto maggiore.
Terminazione e installazione sul campo: POF vs HCS vs fibra di vetro
Affidabilità meccanica in ambienti industriali
L’affidabilità meccanica non va ridotta al semplice confronto tra plastica e vetro.
La struttura del cavo finito è importante tanto quanto il materiale ottico stesso.
Il POF trae vantaggio dalla sua grande struttura polimerica e dalle caratteristiche di manovrabilità generalmente tolleranti.
Le fibre HCS industriali possono essere progettate per resistere a vibrazioni, abrasione, flessione ripetuta, carichi di trazione ed esposizione chimica.
La fibra di vetro convenzionale può anche essere altamente affidabile se protetta da respingenti, elementi di rinforzo e rivestimenti adeguati.
Un confronto meccanico pratico dovrebbe separare quattro domande:
-
Come si comporta la fibra nuda?
-
Quale rivestimento o tampone lo protegge?
-
Come viene incorporata la fibra nel cavo finito?
-
Quanto è robusto il connettore o la terminazione?
Un cavo industriale in fibra di vetro adeguatamente progettato può essere più adatto per un ambiente impegnativo rispetto a un cavo POF non adeguatamente protetto.
Il materiale in fibra da solo non determina l'affidabilità meccanica.
Costo POF, HCS e fibra di vetro: confronta l'intero collegamento, non solo il cavo
Il prezzo della fibra è solo una parte del costo del sistema.
Un confronto significativo dovrebbe includere anche:
-
trasmettitore e ricevitore ottico;
-
connettori;
-
strumenti di terminazione;
-
requisiti di abilità del tecnico;
-
tempo di installazione;
-
metodo di riparazione sul campo;
-
requisiti di manutenzione;
-
margine ottico;
-
necessaria tutela dell’ambiente.
Per un breve collegamento industriale, il POF può essere economicamente interessante perché semplici componenti ottici e una semplice terminazione possono ridurre la complessità del sistema installato.
L'HCS potrebbe avere un costo dei componenti più elevato ma fornire il margine ottico aggiuntivo richiesto per collegamenti più lunghi senza passare direttamente a un'architettura in fibra di vetro con nucleo più piccolo.
La fibra di vetro convenzionale generalmente richiede un controllo più rigoroso del connettore, ma la sua bassa attenuazione e l'ampio ecosistema ottico diventano sempre più preziosi con l'aumentare dei requisiti di distanza e larghezza di banda.
Per questo motivo, la fibra dal prezzo più basso non produce necessariamente il costo di collegamento installato più basso, mentre la fibra con le migliori prestazioni ottiche può fornire capacità di cui un breve collegamento industriale non ha bisogno.
Perché le apparecchiature industriali utilizzano ancora POF per le comunicazioni a breve distanza
La fibra di vetro convenzionale offre un'attenuazione molto inferiore rispetto alla POF, ma molti collegamenti ottici industriali non sono progettati per garantire la massima distanza di trasmissione.
All'interno di macchine, convertitori, servosistemi, azionamenti e altre apparecchiature industriali, il percorso ottico può essere relativamente breve.
In queste condizioni, gli ingegneri possono attribuire maggiore valore a:
Su un collegamento molto breve, la differenza tra fibra ad alta e bassa perdita può avere molto meno significato pratico di quanto avrebbe su centinaia di metri o chilometri.
POF rimane utile perché risolve un diverso problema di ottimizzazione.
Non è necessario che competa con la fibra di vetro monomodale sulla massima distanza di trasmissione. Il suo valore risiede nel fornire un collegamento ottico semplice e pratico in cui la distanza richiesta rimane entro il budget ottico del sistema.
Quando l’HCS è la migliore via di mezzo?
L'HCS diventa particolarmente utile quando un sistema basato su POF inizia a incontrare limitazioni ottiche ma l'applicazione beneficia comunque di una fibra industriale con nucleo relativamente grande.
Una tipica transizione può essere intesa come:
POF fornisce una connessione e un'installazione semplici
↓
La distanza richiesta o il margine ottico aumentano
↓
L'attenuazione del POF diventa restrittiva
↓
L'HCS introduce un nucleo in silice a perdite inferiori pur mantenendo un diametro del nucleo relativamente grande
L'HCS può quindi essere adatto quando un'applicazione necessita di una combinazione di:
-
maggiore distanza di trasmissione rispetto al tipico POF;
-
attenuazione ottica significativamente inferiore;
-
compatibilità con sistemi ottici industriali a 650 nm;
-
maggiore tolleranza di accoppiamento rispetto alla tradizionale fibra di vetro da 50/125 µm;
-
terminazione pratica sul campo;
-
ulteriore capacità ambientale;
-
più margine ottico senza passare immediatamente a un’architettura in fibra in stile telecomunicazioni.
L'HCS non è universalmente migliore né del POF né della fibra di vetro convenzionale.
Per un collegamento molto breve in cui domina la semplicità, POF può rimanere la scelta più appropriata.
Per comunicazioni a lunga distanza, larghezza di banda elevata o compatibilità con reti ottiche standard, la fibra di vetro convenzionale può essere più adatta.
L'HCS diventa più prezioso quando i requisiti applicativi rientrano tra queste due regioni.
Come scegliere tra POF, HCS e fibra di vetro
Il metodo di selezione più affidabile è valutare l'applicazione completa piuttosto che scegliere solo in base al materiale in fibra.
Quadro di selezione della fibra industriale: POF, HCS o fibra di vetro
1. Definire la distanza di collegamento richiesta
Inizia con la distanza di comunicazione fisica e il margine ottico richiesto.
I collegamenti brevi alle apparecchiature interne sono spesso compatibili con POF.
All’aumentare della distanza, l’HCS diventa più attraente a causa della sua attenuazione molto più bassa.
Per collegamenti ancora più lunghi, la fibra di vetro convenzionale multimodale o monomodale generalmente fornisce le prestazioni ottiche più elevate.
2. Definire l'intervallo di temperatura
Controllo:
-
temperatura minima di esercizio;
-
temperatura massima continua;
-
picco di temperatura temporaneo;
-
condizioni di servizio previste.
Non dare per scontato che il materiale del nucleo in fibra da solo determini il risultato.
La fibra, il buffer, il cavo e il sistema di connettori devono rimanere tutti adatti all'intervallo di temperature richiesto.
3. Controllare la sorgente ottica esistente
Se un progetto industriale esistente utilizza già un trasmettitore e un ricevitore da 650 nm, POF e HCS compatibili possono integrarsi naturalmente.
Il passaggio a una diversa architettura in fibra di vetro potrebbe richiedere modifiche altrove nell’interfaccia ottica.
La fibra e la sorgente ottica dovrebbero pertanto essere valutate insieme.
4. Determinare la velocità dati richiesta e il budget ottico
Velocità dati più elevate possono ridurre la distanza di trasmissione pratica anche quando la fibra stessa è in grado di raggiungere una portata maggiore.
Valutare il budget ottico effettivo anziché selezionare la fibra esclusivamente in base all'attenuazione nominale.
5. Decidere come installare e manutenere il cavo
Considerare:
-
se la fibra verrà terminata in fabbrica;
-
se è necessaria la terminazione sul campo;
-
la frequenza con cui l'attrezzatura verrà sottoposta a manutenzione;
-
se sono disponibili strumenti in fibra di precisione;
-
con quanta facilità è necessario sostituire un cavo danneggiato.
In alcuni sistemi industriali, la semplicità della manutenzione è uno dei motivi più forti per utilizzare POF o un sistema HCS appropriato.
6. Valutare l'ambiente meccanico e chimico
Considerare vibrazioni, flessione, abrasione, carico di trazione, esposizione chimica e flessione ripetuta.
Valutare la struttura del cavo finito anziché solo il materiale in fibra nuda.
7. Confronta il costo totale installato
Infine, confrontare il collegamento ottico completo.
| Condizioni ingegneristiche |
Tendenza POF |
Tendenza all'HCS |
Tendenza al vetro convenzionale |
| Collegamento dell'attrezzatura molto breve |
Forte |
Possibile |
Spesso inutile |
| Terminazione sul campo semplice |
Forte |
Forte con sistemi adeguati |
Più esigente |
| Ottica industriale esistente da 650 nm |
Forte |
Forte |
Dipendente dal sistema |
| Distanza di trasmissione media |
Limitato |
Forte |
Forte |
| Lunga distanza di trasmissione |
Debole |
Condizionale |
Forte |
| Requisito di alta temperatura |
Dipendente dal prodotto |
A seconda del prodotto, con opzioni per temperature più elevate |
Le più ampie opzioni specialistiche |
| Attenuazione ottica minima |
Debole |
Medio |
Forte |
| Tolleranza massima di accoppiamento |
Forte |
Medio |
Inferiore |
| Semplicità di manutenzione sul campo |
Forte |
Forte con sistemi adeguati |
Più dipendente dal processo |
| Rete ottica standard a larghezza di banda elevata |
Limitato |
Limitato o condizionato |
Forte |
Questa tabella descrive le tendenze generali di selezione piuttosto che le classifiche universali.
La scelta finale dipende da come questi requisiti interagiscono nel sistema reale.
Conclusione
POF, HCS e la fibra di vetro convenzionale risolvono diversi problemi di comunicazione industriale.
POFè particolarmente efficace laddove il collegamento è corto e il design beneficia di tolleranza di accoppiamento con nucleo di grandi dimensioni, connettori semplici, installazione semplice e manutenzione conveniente.
HCScombina un nucleo di silice con un rivestimento in polimero duro, conferendogli un'attenuazione sostanzialmente inferiore rispetto al PMMA POF pur mantenendo un nucleo relativamente grande. Può essere utile laddove un sistema industriale necessita di maggiore portata o margine ottico senza rinunciare a tutti i vantaggi di installazione associati alla fibra a nucleo largo.
Fibra di vetro convenzionalefornisce l'attenuazione più bassa, la più potente capacità a lunga distanza e un'ampia compatibilità con le architetture ottiche standard a larghezza di banda elevata, ma generalmente richiede un allineamento ottico più stretto e una connettorizzazione più controllata.
Non esiste un unico vincitore.
Un processo pratico di selezione delle fibre industriali dovrebbe considerare:
Distanza + Temperatura + Sorgente luminosa + Metodo di connessione + Ambiente + Costo totale del sistema
Quando queste variabili vengono considerate insieme, il tipo di fibra più appropriato diventa molto più facile da identificare.
Domande frequenti
L'HCS è un tipo di fibra di vetro?
L'HCS contiene un nucleo di vetro di silice, quindi il suo nucleo ottico è di vetro. A differenza della fibra di comunicazione convenzionale interamente in silice, tuttavia, l'HCS utilizza un rivestimento polimerico duro attorno al nucleo di silice. Questa costruzione ibrida garantisce una perdita ottica inferiore rispetto al tipico PMMA POF pur mantenendo un nucleo più grande rispetto alla convenzionale fibra di vetro multimodale.
Fino a che distanza possono trasmettere POF, HCS e fibra di vetro nei sistemi industriali?
Non esiste una distanza massima universale per nessuno dei tre. Il POF viene generalmente utilizzato per collegamenti più brevi a causa della sua maggiore attenuazione, l'HCS può estendere sostanzialmente la portata pratica e la fibra di vetro convenzionale supporta distanze molto più lunghe. La distanza effettiva dipende dalla potenza del trasmettitore, dalla sensibilità del ricevitore, dalla lunghezza d'onda, dalla perdita del connettore, dalla velocità dei dati, dalla temperatura e dal margine ottico richiesto.
Il POF può essere utilizzato in apparecchiature industriali ad alta temperatura?
Sì, a condizione che lo specifico sistema di cavi e fibre POF sia qualificato per la temperatura richiesta. Alcune costruzioni POF industriali sono classificate a circa +85°C. Le applicazioni al di fuori dell'intervallo qualificato possono richiedere una diversa struttura POF, HCS o un sistema speciale in fibra di silice appropriato.
Perché utilizzare POF se la fibra di vetro ha un'attenuazione molto inferiore?
La bassa attenuazione non è l'unico obiettivo progettuale in un breve collegamento industriale. POF offre un nucleo molto grande, una generosa tolleranza di accoppiamento, una semplice connettorizzazione e una facile manutenzione sul campo. Laddove la distanza di trasmissione è breve, tali vantaggi possono essere più preziosi dell’attenuazione molto inferiore della fibra di vetro convenzionale.
Quando dovrebbe essere scelto HCS invece di POF?
L'HCS diventa interessante quando POF non fornisce più una distanza di trasmissione o un margine ottico sufficiente, ma l'applicazione beneficia ancora di un core relativamente grande e di una pratica terminazione industriale. Può fungere da opzione intermedia tra POF a nucleo grande e fibra di vetro convenzionale a nucleo piccolo.
Quali fattori dovrebbero verificare gli ingegneri prima di selezionare la fibra ottica industriale?
Gli ingegneri dovrebbero valutare la distanza di trasmissione richiesta, l'intervallo di temperatura, la lunghezza d'onda ottica, la compatibilità del trasmettitore e del ricevitore, la velocità dei dati, il budget di potenza ottica, il metodo di connessione, i requisiti di manutenzione sul campo, l'ambiente meccanico e il costo totale del sistema installato. Il solo materiale in fibra non dovrebbe determinare la scelta.
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