O processo de unir fibras óticas é uma necessidade inerente ao manuseamento das mesmas. As causas desta inevitabilidade podem ser várias das quais se destacam alguns exemplos, nomeadamente, reparação de eventuais quebras na fibra, ligação a “pigtails”, etc..
2.4.1. EMENDAS
Dentro deste contexto vale a pena mencionar dois tipos distintos de emendas, o primeiro consiste numa via permanente (por fusão) o outro assume um caracter provisório, realizado através de conectores.
As uniões, quer sejam permanentes ou temporárias, devem cumprir certos requisitos evidentes ao apresentarem uma boa resistência mecânica assim como garantir uma transmissão ótima do sinal equivalente àquela que se verifica numa fibra continua (Iten, 2011). Embora existam sempre perdas de luz associadas a estes processos dependendo da correta execução destes, acrescenta-se ainda que o processo de fusão ganha especial interesse pois as perdas que se verificam nas emendas por fusão são consideravelmente inferiores àquelas que se observam nos conectores.
Conectores
O mercado atual fornece um leque extenso de conectores sendo a dimensão e o tipo de ligação mecânica que permitem os principais fatores que os distinguem. Na sua essência um conector caracteriza uma colagem de uma extremidade de uma fibra ótica a um ferrule (Figura 2.15), que por sua vez consiste num dispositivo de alinhamento de alta precisão cuja primordial função é assegurar a concordância do núcleo das fibras a unir.
Figura 2.15 – Vista do conector e o respetivo ferrule (adaptado de Rodrigues, 2011)
Dos inúmeros tipos de conectores existentes destacam-se aqueles que acrescem vantagens relevantes relativas ao seu manuseamento, à sua eficácia de transmissão de sinais e à sua durabilidade. São, então, estes os conectores FC/ PC (ferrule connectors/ physical contact) e os conectores FC/ APC (ferrule
connectors/ angled physical contact). Os primeiros, conectores PC (Figura 2.16a), possuem a face do
elemento de ligação “lisa” em cúpula com o objetivo de minimizar reflexões oriundas de pequenas lacunas de ar entre as extremidades da fibra emendada (Iten, 2011). Já os FC/ APC (Figura 2.16b) apresentam um ligeiro corte, com um ângulo de aproximadamente de 8º, no elemento de ligação que visa minimizar o ruído do sinal mitigando reflexões no ponto de contacto em si.
Salienta-se ainda a grave importância da limpeza dos elementos de ligação, pois a menor impureza nestes condiciona significativamente o correto funcionamento dos conectores comprometendo todo o sistema sensorial no qual se encontram instalados.
Fusões
O processo de fusão de fibras óticas dá origem a emendas permanentes garantindo um excelente desempenho destas, aliás muito próximo aquele que se verifica numa fibra ótica contínua. Tal efeito é conseguido através do uso de um equipamento altamente especializado (Figura 2.17), máquina de fusão (Splicer), e geralmente bastante automatizado de forma a que o operador deste requeira apenas de noções básicas relacionadas com o seu manuseamento a fim de cumprir a sua função principal. Esta, por sua vez, consiste na união de duas extremidades de fibra, após o devido alinhamento rigoroso dos núcleos, através da descarga de um arco elétrico no ponto de contacto das fibras (Figura 2.18b) ionizando a diminuta lacuna espacial existente neste eliminando o ar e elevando a temperatura até aos 1100 ºC (Iten, 2011). Esta tarefa é toda automatizada, inclusive o alinhamento das duas fibras, e permite ao utilizador o seu acompanhamento através de um interface gráfico.
Figura 2.17 - Processo de emenda de fibras óticas por fusão (Innoinstruments, 2016)
Importante é mencionar que antes da operação que envolve o Splicer, as extremidades das fibras têm de ser devidamente descarnadas e cortadas perpendicularmente ao seu eixo. Para esta última etapa recorre- se a um clivador de alta precisão (Figura 2.18a) que efetua o corte de forma rápida e eficiente.
a) b)
Figura 2.18 – a) Clivador de alta precisão; b) Descarga de um arco elétrico (adaptado de Rodrigues, 2011)
Da conclusão da fusão resulta uma fibra ótica praticamente contínua de alguns centímetros sem qualquer tipo de revestimento, uma vez que as extremidades foram descarnadas para o efeito. Daí haver o fundamento de fortalecer esta zona através de um dispositivo de proteção, que por norma assenta numa manga térmica retráctil (Figura 2.19). É usual possuírem no seu interior uma peça metálica de reforço, a fim de garantir uma boa resistência mecânica à emenda.
Figura 2.19 – Exemplo de mangas (Fibracem, 2016)
Pigtails
Os ditos Pigtails (Figura 2.20) são segmentos de dimensão variável em comprimento que possuem conectores previamente instalados numa das extremidades da fibra em condições de fábrica controladas. E assim sendo a qualidade da instalação supera a que advém da implementação manual. Para além desta vantagem são também bastante práticos já que se podem unir com facilidade a cabos de fibra ótica através do processo de fusão.
Figura 2.20 – Pigtail com conector FC/ APC
Perdas do sinal localizadas e interrupções na transmissão do sinal
Perdas do sinal estão sempre presentes nas emendas, em maior ou menor grau, sejam estas permanentes ou provisórias. Independentemente do tipo da emenda as causas das perdas são sensivelmente as mesmas (Rodrigues, 2011):
Abertura numérica
Desalinhamento transversal entre os núcleos
Desalinhamento angular entre os núcleos
Diferenças no diâmetro dos núcleos
Afastamento das extremidades das fibras
Contaminação por existência de impurezas
Mesmo quando a qualidade das emendas é garantida as emendas permanentes as perdas podem variar entre 0 dB e 0.15 dB, já nas provisórias a perda de luz pode chegar a 1 dB (Iten, 2011).
Tendo em conta as condições severas que um ambiente de obra, especialmente geotécnico, oferece há que ter um cuidado extremo quando se procura implementar um sistema de sensores óticos. Pois a falha na transmissão do sinal compromete todo o seu potencial implicando a inatividade do sistema. Para além dos possíveis problemas oriundos de emendas, permanentes e temporárias, pode ainda ocorrer a quebra do cabo de fibra ótica assim como uma atenuação elevada do sinal (Iten, 2011). Este último aspeto é de grave importância visto que a sua origem assenta em grandes concentrações de esforços no cabo da fibra, um cenário hipotético, mas muito provável em ambientes agressivos que se verificam na maioria das obras civis e portanto deve ser devidamente acautelado por elementos de proteção.