Arneses de fibra óptica

01 Resumen técnico de los arneses de fibra óptica

Los arneses de fibra óptica utilizan ondas de luz como portador y fibras ópticas como medio de transmisión y poseen ventajas como alta velocidad, alta fiabilidad, baja pérdida y resistencia a la interferencia electromagnética. Su velocidad de transmisión es mucho más alta que la de los cables de cobre tradicionales o los cables coaxiales, y pueden satisfacer los requisitos de comunicación de los sistemas en el vehículo para grandes cantidades de datos y un alto rendimiento en tiempo real. El enlace de comunicación de fibra óptica utiliza principalmente conectores ópticos y portadores de fibra óptica para lograr la transmisión de señal de alta velocidad.

1.1 Conectores de fibra óptica

Los conectores de fibra óptica son dispositivos pasivos ópticos que realizan la conexión móvil entre fibras ópticas. Se componen principalmente de partes tales como refuerzo de fibra óptica, alineación de fibra óptica, acoplamiento elástico, bloqueo de cabeza y asiento, fijación de cable óptico, anti-rotación de pin y amortiguación de cable óptico (ver Figura 1). Los conectores de fibra óptica generalmente usan pines de cerámica y mangas de cerámica para la alineación de la fibra óptica, y aseguran el acoplamiento elástico de los extremos del pasador a través de resortes. El resorte se encuentra en un estado precomprimido antes de acoplarse, de modo que el pasador no se mueva bajo la fuerza de bloqueo. Durante el acoplamiento, se producirá una compresión secundaria debido a la retracción del pasador, y la fuerza elástica se devolverá al pasador para que los dos pasadores acoplados siempre estén en un estado de contacto de fuerza y compresión durante el proceso de acoplamiento.

1.2 Conductores de fibra óptica

Las fibras ópticas son cilíndricas y se componen principalmente del núcleo, el revestimiento y las capas de recubrimiento (ver Figura 2). El principio de transmisión de las fibras ópticas utiliza el fenómeno de la reflexión interna total de la luz, es decir, cuando la luz es incidente desde un medio ópticamente más denso.(con un índice de refracción relativamente más alto) a un medio ópticamente más raro (con un índice de refracción relativamente bajo), si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico de la reflexión interna total, La luz ya no se refractará, sino que se reflejará completamente en el medio original, asegurando que la señal óptica pueda transmitirse en la fibra óptica sin fugas.

Las fibras ópticas tienen las siguientes características:

(1)Velocidad de transmisión rápida, larga distancia y gran cantidad de contenido: Las fibras ópticas tienen una velocidad de transmisión muy rápida, pueden transmitir datos a largas distancias y pueden transmitir una gran cantidad de datos simultáneamente.

(2)Inmune a la interferencia electromagnética: las fibras ópticas transmiten señales ópticas y no se ven afectadas por las ondas electromagnéticas, por lo que la calidad de la señal es más estable.

(3)Ancho de banda: Las fibras ópticas tienen un ancho de banda muy amplio y pueden soportar la transmisión de datos de alta velocidad.

(4)Baja pérdida: La pérdida de transmisión de las fibras ópticas es muy baja. En teoría, puede transmitir cientos de kilómetros o incluso más lejos sin perder la calidad de la señal.

(5)Alta Seguridad: La transmisión de señales por fibra óptica no genera radiación electromagnética y no puede ser escuchada por ondas electromagnéticas externas, por lo que es más adecuada para escenarios con altos requisitos de seguridad de datos.

(6)Tamaño pequeño y ligero: En comparación con los cables de cobre tradicionales, las fibras ópticas son más pequeñas en tamaño y más ligeras en peso, por lo que son convenientes para el despliegue y el mantenimiento. Esta ventaja es más obvia, sobre todo en redes de comunicación a gran escala.

02 Ventajas de los arneses de fibra óptica en la aplicación de la inteligencia automotriz

Cuando la velocidad de transmisión de los cables de cobre alcanza más de 10 GB / s, se necesitarán cables de cobre más gruesos para cumplir con los requisitos de velocidad. Sin embargo, en el entorno de diseño del vehículo, el engrosamiento de los cables de cobre aumentará el peso general del vehículo y el costo del automóvil, y no puede cumplir con los requisitos del entorno de diseño de alta velocidad y bajo peso del vehículo. La tecnología de arnés de fibra óptica puede mejorar significativamente la calidad y confiabilidad de la comunicación, reducir la interferencia electromagnética y, al mismo tiempo, no agregar peso adicional, mejorando la seguridad y la estabilidad del vehículo.

(1)La velocidad de transmisión de los arneses de fibra óptica es mucho mayor que la de los cables de cobre tradicionales o los cables coaxiales y puede transmitir millones de megabytes de datos por segundo, lo que puede satisfacer los requisitos de comunicación de los automóviles modernos para grandes cantidades de datos y alto rendimiento en tiempo real. La velocidad máxima de la red de cable de cobre tradicional solo puede alcanzar 10 GB / s, lo que dificulta cumplir con los requisitos de transmisión de alta velocidad.

(2)La pérdida de transmisión de las fibras ópticas es extremadamente baja, y la pérdida por kilómetro suele ser inferior a 0,0035 dB / m, lo que puede garantizar que la señal aún mantenga una alta calidad durante la transmisión de larga distancia. Por el contrario, la pérdida de transmisión de la red de cable de cobre tradicional es de 0,5 dB / m, y la pérdida es grande durante la transmisión de larga distancia.

(3)La tecnología de comunicación por fibra óptica utiliza ondas de luz para transmitir señales en fibras ópticas. En comparación con la transmisión de cable de cobre tradicional, tiene una inmunidad significativa a la interferencia electromagnética.

(4)En comparación con los cables de metal tradicionales, las fibras ópticas de plástico (POF), como un tipo de fibra óptica automotriz, pueden reducir significativamente la masa del vehículo y mejorar la economía del vehículo.

03 Escenarios de aplicación de arneses de fibra óptica en automóviles

Los arneses de fibra óptica se utilizan ampliamente en campos tales como el campo médico, campo de comunicación, campo de Internet, campo médico e industria. Sin embargo, su aplicación en el campo del vehículo se enfrenta a varios desafíos, como la falta de teorías básicas, la falta de estándares de especificación técnica, estándares de prueba poco claros y la falta de prácticas de aplicación en el vehículo.

3.1 Aplicación de arneses de fibra óptica en áreas de diseño

El uso de arneses de fibra óptica en automóviles es diferente de su uso en otros campos, y las características ambientales del área de uso deben tenerse en cuenta plenamente. Por ejemplo, áreas como el motor y el chasis implican requisitos de vibración; áreas como el compartimento del motor y la parte inferior del cuerpo del vehículo deben considerar el rendimiento impermeable; y áreas de alta temperatura deben considerar los requisitos de resistencia a altas temperaturas de los conductores y conectores de fibra óptica. De acuerdo con los diferentes entornos de uso del automóvil, las áreas de diseño de todo el vehículo se pueden dividir aproximadamente en el área mojada, el área mojada potencial y el área seca.

(1)La zona húmeda se refiere a las áreas donde los cables y conectores tienen la posibilidad de entrar en contacto con líquidos en el escenario de uso normal, como los conectores del arnés de cables en las áreas fuera del compartimento de pasajeros, como el chasis y el compartimento del motor. En clima lluvioso y nevado, ya sea durante la conducción o el estacionamiento, estas áreas entrarán más o menos en contacto con diversos líquidos.

(2)La zona potencialmente húmeda se refiere a las áreas donde los conectores del arnés de alambre pueden entrar en contacto con líquidos en algunos escenarios de uso diario, como cuando llueve y se abre la puerta, se derrama una taza de agua, se derriten artículos congelados o gotas de agua condensada. Por ejemplo, el piso del compartimento de pasajeros, el reposabrazos de la puerta, la superficie del asiento, etc.

(3)El área seca absoluta se refiere a las áreas donde la posibilidad de que los conectores del arnés de alambre entren en contacto con líquidos es muy pequeña en el escenario de uso normal del vehículo, como el interior del panel de instrumentos y el interior del techo. Cabe señalar que los requisitos impermeables y de sellado de los conectores del arnés de alambre disminuyen secuencialmente desde el área húmeda, el área húmeda potencial hasta el área seca.

3.2 Soluciones de aplicación para arneses de fibra óptica

Además de cumplir con los requisitos de rendimiento eléctrico, la aplicación de arneses de fibra óptica en automóviles a menudo también debe cumplir con los requisitos de rendimiento mecánico, y es necesario considerar el grado de temperatura, los requisitos de vibración y los requisitos impermeables de los cables de fibra óptica. Las soluciones son los siguientes:

(1)Cables de fibra óptica: En primer lugar, seleccione materiales resistentes a altas temperaturas y optimice el esquema de disposición del vehículo para el diseño de disipación de calor. Por ejemplo, seleccionar materiales de alambre que puedan soportar altas temperaturas, como alambres de silicona y alambres XLPE, y estos materiales pueden mantener el aislamiento en un ambiente de alta temperatura. En segundo lugar, adoptar procesos especiales, como el uso de la tecnología de recubrimiento de doble capa y de curado ultravioleta. Por último, optimizar el esquema de diseño en el vehículo. Por ejemplo, evite la trayectoria del tubo de escape del motor y el área de vórtice de alta temperatura durante el esquema de distribución del arnés de alambre, y obtenga un esquema de diseño más optimizado a través de la gestión térmica. Al mismo tiempo, también se pueden seleccionar revestimientos aislantes de alta temperatura -resistentes y térmicos- para el diseño del alambre del vehículo. Por ejemplo, envolver el exterior del arnés de fibra óptica con un tubo de fibra de aluminio resistente a altas temperaturas puede asegurar eficazmente el uso del cable de fibra óptica en el ambiente de alta temperatura del vehículo y mejorar el rendimiento de resistencia al envejecimiento. Al mismo tiempo, para garantizar que el cable de fibra óptica se puede utilizar en el ambiente de la zona húmeda, el cable óptico también puede ser diseñado para tener una estructura de protección multicapa para una impermeabilización eficaz.

Específicamente, la capa más externa del cable óptico es generalmente una vaina de plástico, que no sólo proporciona protección mecánica, sino que también tiene una cierta función impermeable. Dentro de la funda de plástico hay una vaina metálica, que mejora aún más la resistencia a la presión y la capacidad impermeable del cable óptico. Dentro de la funda metálica, también hay una capa de bloqueo de agua - agua hinchada -, que es una barrera clave para prevenir la penetración del agua. Una vez que el agua invade, la capa de bloqueo del agua se expandirá rápidamente para sellar el camino de la invasión y evitar una mayor propagación del agua. La parte central del cable óptico también toma medidas impermeables. La fibra óptica se envuelve herméticamente con un ungüento y se une a otros componentes del núcleo. Este ungüento no sólo juega un papel lubricante, sino que lo que es más importante, puede absorber y bloquear la cantidad traza de agua en el núcleo para evitar que el agua dañe la fibra óptica. A través de esta serie de estructuras de protección multicapa, el cable óptico puede mantener la fibra óptica seca y estable en diversos ambientes duros y garantizar la transmisión fluida de las señales de comunicación. Por ejemplo, la solución de arnés de cableado óptico in-vehículo de fibra óptica multimodo de cuarzo liberada por Longfei Optic Fiber cumple los estándares de automoción en términos de flexión (radio 10 mm), resistencia a la tracción (150 N), características de temperatura (- 40 °C a 125 °C), envejecimiento (125 °C, 3000 h), vibración (V3), etc.

(2)Conectores de fibra óptica: Los principales métodos para mejorar la resistencia a la temperatura de los conectores de fibra óptica incluyen el diseño de una estructura de disipación de calor y la selección de materiales resistentes a altas temperatura. A través de un diseño razonable de disipación de calor y el uso de materiales resistentes a altas temperaturas, el rendimiento y la vida útil de los conectores de fibra óptica en entornos de alta temperatura se pueden mejorar de manera efectiva.

En primer lugar, el diseño de una estructura de disipación de calor es la clave para mejorar la resistencia a la temperatura de los conectores de fibra óptica. Los conectores de fibra óptica generarán calor durante la operación, y un diseño razonable de disipación de calor puede ayudar a reducir la temperatura de los conectores y garantizar su funcionamiento estable. Los siguientes son los métodos específicos.

¡‘ Reservar piezas metálicas para transferir el calor a través de las piezas metálicas reservadas para ayudar con la disipación de calor.

¡‘ Diseño de aletas de disipación de calor: Diseño de aletas de disipación de calor en la carcasa exterior del conector para hacer un mejor contacto con el aire y disipar el calor a través de un ventilador o viento natural.

¡‘ Utilice una carcasa metálica exterior: Utilice un material metálico con un mejor rendimiento de disipación de calor para hacer que la carcasa exterior mejore la eficiencia de disipación de calor.

En segundo lugar, la selección de materiales resistentes a altas temperaturas también es un medio importante para mejorar la resistencia a la temperatura de los conectores de fibra óptica. En un entorno de alta temperatura, los materiales ordinarios son propensos al envejecimiento o deformación, mientras que los materiales resistentes a altas temperaturas pueden resistir mejor la influencia de las altas temperaturas.

¡‘ Plásticos de ingeniería de alta calidad: Seleccione plásticos de ingeniería de alta calidad con resistencia a temperatura media y baja para que la carcasa exterior y la estructura interna del conector mejoren la resistencia general a la temperatura.

¡‘ Materiales de aleación especial: Utilice materiales de aleación especiales para fabricar los componentes clave del conector para mejorar su resistencia a altas temperaturas y capacidad anti-deformación. Por ejemplo, Letas Optics ha lanzado un conector óptico sin contacto, que tiene las características de alta repetibilidad de enchufe y desconexión, larga vida útil de enchufe y desconexión, baja pérdida de inserción y baja sensibilidad al polvo en comparación con los conectores ópticos tradicionales.

¡‘ En el tratamiento impermeable, se pueden usar tubos termorretráctiles: Coloque el tubo termorretráctil en la parte de conexión y use un calentador de tubo termorretráctil para calentar y encoger el tubo termorretráctil. La función del tubo termorretráctil es proteger la fibra óptica y evitar que el agua y los contaminantes entren. Asegúrese de que el tubo termorretráctil se ajuste firmemente a la junta y la fibra óptica sin huecos. Aplique una cantidad adecuada de sellador en el exterior del tubo termorretráctil para mejorar el rendimiento a prueba de agua de la junta. Asegúrese de que el sellador se aplique uniformemente y llene todos los huecos y poros posibles, y espere a que el sellador se seque y endurezca para el tratamiento de sellado.

(3)La conexión de alta velocidad se logra a través de fibras ópticas, y el puerto de conexión eléctrica es responsable de alimentar el sensor.

En conclusión, la tecnología de comunicación de fibra óptica tiene amplias perspectivas de aplicación y gran potencial en el sistema de comunicación automotriz. En el futuro, la tecnología de comunicación de fibra óptica continuará desarrollando sus ventajas únicas y proporcionará un fuerte apoyo para el desarrollo de sistemas de comunicación electrónica en vehículos. Al mismo tiempo, con el continuo progreso y la innovación de la tecnología y la mejora continua de la escala, el costo de la comunicación de fibra óptica en las aplicaciones en el vehículo se reducirá aún más, las soluciones serán más maduras y se convertirá en la opción preferida para resolver los requisitos de comunicación de alta velocidad en el desarrollo de la inteligencia del automóvil.