PEEK是一种有机热塑性材料，具有优异的耐化学性和优异的机械和物理坚固性。因此，这种特性良好的材料经常在工程应用中使用。
在能源、土木工程、航空航天、医疗等行业的恶劣环境中，一般用于光纤上，以提高光纤强度。但是，在使用时遇到了一些困难PEEK涂层例如，在光纤上，当涂层冷却到低于玻璃化温度时，光纤所承受的物理应力。
这些畸变如弯曲、压缩和其他类似的畸变会对光纤的传输产生负面影响，导致信号衰减。
Zeus进行了初步测试，将PEEK涂层光纤与未涂层光纤进行比较，以评估PEEK涂层光纤的性能和用途。使用Zeus公司的光学时域反射仪(OTDR)进行的初步测试表明，PEEK涂层光纤与未涂层光纤相比，保留了衰减特性。
为了验证这些发现，Zeus与在光纤测试和技术方面具有专业能力的行业专家Luna合作。Luna公司的4600型光学后向散射反射仪(OBR 4600)用于评估Zeus PEEK涂层光纤。该器件基于光频域反射法(OFDR)确定了光纤的光学特性。
OBR 4600的清晰功能使其能够识别标准OTDR无法清晰查看的缺陷。当Luna公司的OBR 4600用于测试PEEK涂层光纤时，发现光纤中存在缺陷，这在之前的测试过程中没有发现，特别是包含光纤布拉格光栅的部分。
PEEK的压缩效应导致阵列显示出一个变形的光栅峰，这在之前的宙斯OTDR中是看不清楚的。为了解决这些问题，Zeus设计了一种独特优化的PEEK涂层工艺，通过涂层光纤实现热稳定性。
测试配置
测试旨在评估使用PEEK涂层后，适用于布里ouin应变传感和分布温度的正常单模Nufern 155 μ m聚酰亚胺R1550B-P光纤是否会带来分贝(dB)衰减或损耗。在光纤上涂上PEEK涂层，形成最后的外径(OD)为400µm。Zeus和Luna的工程师进行了三种测试模式，比较了Zeus PEEK涂层光纤和非涂层光纤:
- 当光纤测试区域内产生小弯曲半径时进行高温测试
- 高温热循环从环境温度到240°C
- 零下(低温)热循环从环境温度到-10°C
对于单个测试模式，使用了Luna的OBR 4600来确定光纤250 m测试区域的dB损耗。为了充当测试位置和仪器之间的跳线，Luna OBR 4600固定在一条150米的延迟线上。
将长度为455 m的PEEK涂层纤维和长度为410 m的参考纤维缠绕在一起，形成直径约为0.4 m的环，先放入冰箱，然后放入炉中进行低温测试和高温测试。
在每根纤维上安装两个k型热电偶，记录炉膛内部温度和纤维温度。去除纤维是通过粉碎末端并将纤维捻成直径5至6mm的环来完成的。聚酰亚胺薄膜®胶带被用来保持这些环路，同时也降低了从光纤端到实现最佳瑞利后向散射信噪比和最低噪声底的水平的后向反射。
每根纤维在每个温度区间都被扫描，并记录数据。在OBR软件的帮助下，评估得到的数据，以确定从延迟线端50 m开始，沿250 m段光纤内部的dB损耗。将插入损耗(IL)集成宽度设置为20 m后，分别对PEEK涂层光纤和参考光纤进行测试。在测试每根光纤之前，需要收集参考数据(图1)。
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图1所示。温度和弯曲半径测试前的PEEK涂层(蓝色)和参考纤维(红色)的参考数据。
在150米处，由于PEEK光纤样品和150米跳线之间的连接器损耗，可以看到PEEK涂层样品出现损耗事件。然而，这种损耗不会影响后续的光纤测试(图1和图2)。
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图2。Luna公司的OBR 4600屏幕截图显示了在温度和弯曲半径测试前，PEEK涂层光纤在150米处的损耗测量结果。
Luna的OBR 4600被用来测量两种光纤的偏振状态。似乎偏振态的发展与光纤长度的函数是由与OBR接收机识别的光纤的线圈部分(图3和图4)。
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图3。在温度和弯曲半径开始之前，PEEK涂层光纤测量区域前50米的偏振状态。
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图4。在温度开始之前未涂覆的参考光纤的第一50 m的偏振态，并弯曲半径测试。
来自外边缘的偏振态，S和P显示了大约几米的时间。发现该时期与通过纤维卷绕促进的双折射搏动长度匹配。关于PEEK涂层纤维和参考纤维之间的差异没有明显的不一致。参考和PEEK纤维之间看到的这种缺乏差异表明，Zeus Peek涂层工艺导致最小，如果有的话，则是剩余的菌株。
测试结果
本节概述了在高温循环、零度以下测试和弯曲半径测试中获得的数据。
零度以下测试结果
在最初的测试顺序中，光纤线圈被放置在一个零度以下的冰箱中，并在-10°C和环境温度(~24°C)之间循环。在冷冻室测试中，使用k型热电偶来找出测试前温度稳定的点。
两个热电偶测量值的平均值被认为是最终温度。随后，使用Luna OBR 4600测试每根光缆在温度循环过程中的dB损耗(表1)。
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图5。零度以下温度测量的测试方案显示光纤线圈放置在零度以下的冰箱中。
表1。在使用Luna OBR 4600进行低温测试时获得的损失结果
| 设置点(临时)。 |
参考纤维 |
PEEK涂覆光纤 |
测量
（TEMP。） |
扫描1
(dB)损失 |
扫描2
(dB)损失 |
测量
（TEMP。） |
扫描1
(dB)损失 |
扫描2
(dB)损失 |
| ºC |
ºC |
dB /公里 |
dB /公里 |
ºC |
dB /公里 |
dB /公里 |
| 环境 |
24.1 |
1．20 |
1.17 |
24.1 |
1.23 |
1.24 |
| －10 |
-10.6 |
1.11 |
1.08 |
-9.7 |
1．19 |
1.23 |
| 环境 |
24.1 |
1．21 |
1．20 |
24.1 |
1.27 |
1．25 |
| －10 |
-11.1 |
1．25 |
1.24 |
-10.1 |
1.13 |
1.11 |
| 环境 |
22.9 |
1.04 |
1．02 |
22.9 |
1.51 |
1.53 |
23.7°C为低温或零度以下循环的平均环境温度，-10.4°C为平均低温(表2)。环境温度下，平均损失1.34 dB/kmPEEK涂覆光纤,但该损耗仅略高于1.14 dB/km的平均参考光纤损耗。
参考纤维和PEEK涂层纤维在-10°C时的损耗均为1.17 dB/km。这些结果表明，在光纤上使用PEEK涂层不会改变光纤的衰减特性。
表2。表1中低温/低温循环试验结果汇总
| 平均温度(参考和PEEK环境温度。是相同的) |
平均损失 |
差异(PEEK - Ref) |
| 参考纤维 |
PEEK涂覆光纤 |
| ºC |
dB /公里 |
dB /公里 |
dB /公里 |
| 23.7 |
1.14 |
1.34 |
０．２０ |
| -10.4 |
1.17 |
1.17 |
0．00 |
温度测试升高
为了确定在~217°C的扩展温度范围内的dB损耗，我们对参考光纤和PEEK涂层光纤进行了高温分析。这是通过将测试纤维与两个k型热电偶放在一个熔炉中完成的，如图所示为零度以下的纤维测试。
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图6。在熔炉中放置光纤线圈的高温循环测量的测试方案。
利用温度梯度检测炉膛内部的温度梯度。这个温度梯度小于10°C。在240°C与环境温度(~27°C)之间的交感测试温度下，测定环境温度- 100°C、150°C、200°C和250°C下光纤的传输损耗。使用Luna OBR 4600，在每个周期的温度上升和下降斜率上进行了损失测量，并类似于零度以下的测试(表3和4)。
表3。使用Luna OBR 4600在高温循环过程中获得的损失结果
| 设置点(临时)。 |
参考纤维 |
PEEK涂覆光纤 |
测量
（TEMP。） |
扫描1
(dB)损失 |
扫描2
(dB)损失 |
测量
（TEMP。） |
扫描1
(dB)损失 |
扫描2
(dB)损失 |
| ºC |
ºC |
dB /公里 |
dB /公里 |
ºC |
dB /公里 |
dB /公里 |
| 环境 |
22.9 |
1.04 |
1．02 |
22.9 |
1.51 |
1.53 |
| 100. |
100.5 |
1．02 |
0.98 |
101.2 |
1.43 |
1.43 |
| 150 |
153.5 |
1．30 |
1.33 |
152.8 |
1.72 |
1.68 |
| 200 |
204.3 |
1．02 |
0.78 |
204.8 |
0.79 |
0．82 |
| 240 |
244.9 |
1.51 |
1.53 |
244.2 |
0.91 |
0.89 |
| 环境 |
31.5 |
1．19 |
1.18 |
32.1 |
1.23 |
1.23 |
| 100. |
100.9 |
1．06 |
1.04 |
101. |
1．20 |
1.15 |
| 150 |
148.4 |
1．30 |
1．30 |
146.8 |
1.27 |
1．25 |
| 200 |
204.1 |
1．40 |
1.43 |
207.8 |
1．20 |
1．19 |
| 240 |
246.1 |
1．25 |
1.24 |
245.8 |
1．12 |
1．12 |
| 150 |
154.5 |
1.38 |
1.32 |
154.2 |
1．20 |
1.18 |
| 环境 |
28.5 |
1.00 |
1．01 |
27.2 |
1.34 |
1.29 |
表4。高温测试结果总结。(环境温度:27.4 - 6°C)
|
| 平均温度 |
平均损失 |
差异(PEEK - Ref) |
| 参考 |
偷看 |
Ref和PEEK组合 |
参考纤维 |
PEEK纤维 |
| °C |
°C |
°C |
dB /公里 |
dB /公里 |
dB /公里 |
| 27.6 |
27.4 |
27.5 |
1.07 |
1.36 |
0.28 |
| 100.7 |
101.1. |
100.9 |
1．02 |
1．30 |
0.28 |
| 152.1 |
151.3. |
151.7 |
1.32 |
1.38 |
0．06 |
| 204.2 |
206.3 |
205.3 |
1.16 |
1.00 |
-0.16 |
| 245.5 |
245.0 |
245.3. |
1.38 |
1．01 |
-0.37 |
经过高温循环和测试后，PEEK涂层光纤和基准光纤在每个测试温度下的平均损耗小于1.5 dB/km(表3和4;图7)。
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图7。在高温循环过程中，表4中的衰减数据和PEEK涂层光纤的图形表示供参考。温度是PEEK和参考纤维温度测量值的平均值。
在更接近环境温度下，参考光纤显示出小于0.3dB / Km损耗，而不是PEEK涂层纤维。然而，尽管该温度接近PEEK材料的玻璃化转变温度，但两个纤维在150℃下显示出相同的损失性能为约1.35dB / km。
在150°C时，参考光纤中看到的衰减增加是出乎意料的，目前仍无法解释。然而，在超过150°C时，当相对于参考光纤加热时，PEEK涂层光纤的衰减似乎从1.38 dB/km降低到1.01 dB/km。
虽然可以测量这两个光纤之间的衰减变化，但它们仍然被认为是非常低的。因此，整体数据表明，Zeus PEEK涂层对涂层光纤的dB衰减没有较大影响。
弯曲半径测试
最后的测试是测量由于在光纤内引入已知半径的弯曲而造成的dB损耗。在这个分析中，一个夹具被构建，通过覆盖在圆柱体周围来保持纤维在三个不同的半径。
在测试夹具上，参考R1550B-P纤维或PEEK涂层纤维被安装，并使用配备有硅垫的弹簧加载夹具将其固定在一侧。这个夹垫确保了纤维不会被夹紧压力破坏或拉伸。随后，将纤维缠绕在夹具圆柱体三个半径之一的1.5倍处，并再次将其固定在夹具上。
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图8。弯曲半径试验用夹具。多半径测试筒在夹具的中间，硅胶填充弹簧加载夹具在两端。
圆柱体的半径分别为10、30和50毫米。对于这些测量，衰减是在10米的光纤截面上进行的。通过对纤维引入衰减来选择夹具上弹簧夹的确切位置。通过弯曲光纤，同时用Luna OBR 4600测量光纤中的衰减(图9)，可以清楚地观察和记录衰减发生的位置。
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图9。表示通过弯曲（PEEK涂覆纤维所示）通过人工诱导衰减来确定弹簧夹的定位的代表性图像。
将纤维置于测试夹具中，将夹具置于炉中后，在150°C和接近环境条件下测定衰减。一旦达到加热的稳态温度，就进行衰减测量，然后从炉中取出测试夹具，并从钢瓶中解开缠绕的纤维。
不久之后，纤维恢复到环境温度。再一次，当未包装的纤维达到环境温度时，测量衰减。再次对三个弯曲半径以及R1550B-P控制光纤中的每一个进行该过程。PEEK涂覆光纤。
在环境条件下，参考纤维在10mm和50mm弯曲半径下热循环至150℃后没有表现出任何衰减（表5）。
表5所示。在多个光纤弯曲半径处高温循环时的衰减。测量了包含弯曲的10米纤维测试长度。(*打开纤维;ND =未确定。)
| 半径 |
温度 |
参考纤维 |
温度 |
PEEK涂覆光纤 |
区别 |
| 扫描1 |
扫描2 |
扫描1 |
扫描2 |
| 毫米 |
ºC |
dB |
dB |
ºC |
dB |
dB |
dB |
| 50 |
24.1 |
0．01 |
n |
22.4 |
0.04 |
0.04 |
0.03 |
| 50 |
143.9 |
０．０２ |
0.03 |
154.2 |
0.04 |
0.04 |
0．01 |
| 30. |
环境 |
n |
n |
33.6 |
0.03 |
0.04 |
n |
| 30. |
136.0 |
0.03 |
0．00 |
149.2 |
0.04 |
0.03 |
０．０２ |
| 10 |
146.8 |
1.60 |
1.59 |
150.5 |
1.23 |
1．22 |
-0.37 |
| * 0 |
24.1 |
0．01 |
n |
22.4 |
０．０２ |
０．０２ |
0．01 |
由于这些是预测的结果，因此没有记录参考光纤半径30毫米在环境温度下的衰减。同样，PEEK涂层光纤和参考光纤在提高半径30或50毫米弯曲时，在高温下没有显示衰减。
一个有趣的事实是，对于半径为10 mm的150°C弯曲，PEEK涂层光纤的损耗为1.2 dB，而参考光纤的衰减为1.6 dB，这表明衰减比参考光纤少25%。Zeus PEEK涂层纤维的这种增强衰减特性可以很好地解释为在应用PEEK涂层后纤维的厚度增加。
与未涂层光纤相比，所获得的厚度将使光纤的导光芯位于更大的半径内，缓解了衰减。
结论
Zeus工业产品公司与Luna公司合作，评估了Zeus设计的用于光纤应用的新型优化PEEK涂层工艺的效果。Zeus主要项目的重点领域是开发一种对光纤具有热稳定性的PEEK涂层工艺，并允许涂层光纤保持其理想的特性，如信号传输效率。
为此，Zeus和Luna设计了一系列测试程序来评估Zeus的PEEK涂层光纤，比较涂层和未涂层光纤的衰减情况。评估包括一系列热循环方法，研究低温和高温及其对纤维和Zeus的PEEK涂层工艺的影响。
从测试结果来看，Zeus的PEEK涂层光纤参考光纤在冻结温度（〜10°C）下的250米的测试长度上显示出相同的衰减。与参考光纤相比，PEEK涂层纤维在环境温度下仅略微增加衰减（〜0.2dB / km）。
然而，随着温度升高到150°C，参考纤维和PEEK涂层纤维之间的衰减偏差减小。在这一点上，它们的衰减差是相等的。值得注意的是，与Zeus PEEK涂层光纤相比，参考光纤在超过150°C的温度下衰减增加。
在温度循环测试后，Luna和Zeus研究了诱导小弯曲半径对PEEK涂层纤维的影响，然后比较了未涂层参考纤维和PEEK涂层纤维的衰减。他们还在更高的温度下进行了这些测试。在该分析中，在10米光纤测试长度、弯曲半径分别为50mm和30mm、环境温度和150°C时，未涂层参考纤维和Zeus的PEEK涂层纤维观察到相同的衰减。
值得注意的是，与PEEK涂覆的纤维相比，未涂覆的参考纤维与最小的弯曲半径，10mm，150°C相比表现出更大的衰减。
这些发现表明，Zeus的PEEK涂层工艺没有在纤维中引入物理应力或微弯曲等变形。此外，数据表明，涂层在应用后显示出热稳定性，不容易收缩，特别是在可能发生大温度波动的地方。
Zeus Peek涂层纤维的性能至少以及未涂覆的类似纤维，但具有改善抗辐射，热量和彼此的化学品的抗性。然而，在其他条件下，Zeus Peek涂覆纤维的性能可能比未涂覆的纤维更好。
此信息已从Zeus Industrial Products, Inc.提供的材料中获取、审查和改编。欧洲杯足球竞彩
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