對高速數(shù)據(jù)通信的需求正在增加，即使在難以到達和工作的偏遠地區(qū)也是如此。這通常涉及一些非常危險且經(jīng)常爆炸性的環(huán)境，包括石油、天然氣、煤炭和深海平臺。使用ATEX認證的光纖可以安全可靠地將IT（信息技術）和OT（操作技術）引入重工業(yè)和不穩(wěn)定的環(huán)境。

惡劣環(huán)境的挑戰(zhàn)

作為唯一一家提供經(jīng)ATEX認證的擴展光束光纖連接器的制造商，Cinch Connectivity Solutions了解所涉及的挑戰(zhàn)。本白皮書深入探討了這些挑戰(zhàn)，并解釋了為什么克服這些挑戰(zhàn)值得付出努力。

對高速數(shù)據(jù)通信的需求正在增加，即使在難以到達和工作的偏遠地區(qū)也是如此。這通常涉及一些非常危險且經(jīng)常爆炸性的環(huán)境。這里的“巨人”仍然是石油、天然氣和煤炭，通過地表和地下采礦以及深海平臺。將這些重工業(yè)和危險環(huán)境與數(shù)據(jù)中心更常見的技術相結合并不簡單，但將IT（信息技術）和OT（運營技術）更緊密地結合在一起變得越來越重要。

電氣設備在爆炸性環(huán)境中可能是明顯的點火源，這引入了進一步的設計要求。開發(fā)能夠在爆炸性環(huán)境中運行的互連器件還意味著要承受極端溫度、濕度、振動、沖擊和物理壓力。

由于對更高帶寬和更低延遲的需求，光纖在這些應用中的使用也在增加。然而，目前，大多數(shù)光互連都是基于物理接觸的，主要是因為它是最常見的光互連類型。不過，這并不是最好的。在易用性和堅固的靈活性方面，擴展光束技術要優(yōu)越得多。Cinch Connectivity Solutions 的 Fibreco Geo-Beam? EX 產(chǎn)品線已獲準用于 ATEX 區(qū)域 1 和 2，甚至可以在與適當硬件一起使用時用于區(qū)域 0。

了解防爆

重要的是要認識到，爆炸性環(huán)境或ATEX不僅限于存在明顯的易燃物質，例如氣體或石油。不幸的是，在不遠的過去，面粉廠爆炸是司空見慣的。今天，在允許可燃粉塵的細顆粒循環(huán)并與空氣混合的地方也存在相同的條件。安全法規(guī)已經(jīng)到位，以保護可能存在這些條件的工人，其中包括防止可燃物質的釋放，以及控制潛在點火源的使用。

由于沒有可暴露的電氣互連，光纖技術似乎是在ATEX環(huán)境中提供高速連接的明顯選擇。使用光提供數(shù)據(jù)通信不需要電流流動，從而消除了一個明顯的點火源。

這就是為什么存在標準來控制可能構成點火形式的技術的使用的原因。要尋找的主要認證是ATEX和IECEx，這些認證通常以ATEX認證，ATEX質量保證通知和IECEx質量評估報告的形式提供。

爆炸性環(huán)境的挑戰(zhàn)

盡管沒有電源，但光纖互連并不被認為是本質安全的。這意味著它在爆炸性環(huán)境中的使用需要被旨在消除事故風險的標準所涵蓋。

存在四個主要風險，這些可以概括為：

光輻射吸收提高表面溫度 - 其中從光纖逸出的光被材料吸收，導致表面溫度升高。如果表面溫度達到周圍區(qū)域的著火溫度，則可能導致燃燒

可燃材料的光輻射吸收 - 如果逸出的光的波長與可燃材料的吸收帶一致，其溫度將升高并可能達到點火溫度

波長與氧氣反應 - 如果使用的波長與局部大氣中的氧分子反應，則可能導致氧化劑，這是燃燒所需的三個關鍵條件之一

與爆炸性氣體直接相互作用 - 光也可以直接與爆炸性氣體相互作用，產(chǎn)生等離子體或沖擊波，兩者都是點火源

IEC 60079-28 使用光輻射的保護設備

IEC 標準 IEC 60079-28 專門涉及爆炸性環(huán)境中的光輻射。它在世界各地使用，它定義了許多點火源，以及在各種環(huán)境中運行的設備所需的保護。這樣可以量化安全過程。每個參數(shù)都有一個標識號或字母，可用于組件（如連接器）的零件號或規(guī)格。定義了三種類型的保護，與在爆炸性環(huán)境中使用光輻射源有關，通常稱為Ex（參考爆炸物）和op（參考光學保護）。

每個引用的兩個字母通常用作組件命名法的一部分，如下所示：

Ex op is - “is”是指“本質上安全”。當以mW/mm2測量時光能量有限時，使用此方法

Ex op pr - “pr”是指“受保護”。在這種情況下，保護是物理的

Ex op sh - “sh”是指“互鎖”。這通過中斷光傳輸來防止點火

光纖在ATEX中的優(yōu)勢

使用光纖通信有利于銅有許多好處，適用于許多應用領域。這些包括體重;光纖比銅輕得多，隨著帶寬需求的增加，光纖成為更好選擇的時間點越來越近。使用在同一連接器中結合銅纜和光纖的互連變得越來越普遍，通常是為了提供電源和數(shù)據(jù)。這是Geo-Beam EX的另一個關鍵功能，因為它可以容納在同一防爆外殼中結合光學，電源和信號連接的混合插件。隨著光纖成本的不斷下降以及對更高帶寬的需求不斷攀升，融合可能會使銅纜被降級為僅提供電力。

光纖的另一個重要和相關特征是其對EMI的抗擾度。光纖不像銅那樣受到電磁輻射的影響，即使是屏蔽銅。此外，它不會發(fā)出電磁輻射，這意味著它不會干擾相鄰的銅互連。這在包括使用重型機械的應用中尤其重要，在這些應用中，EMI引起的中斷可能導致災難性故障。

使用擴展光束簡化光纖連接

由于擴展光束連接器等的發(fā)展，現(xiàn)場連接光纖電纜也變得越來越簡單。兩根光纖之間最常用的連接形式稱為物理接觸連接，也稱為物理連接。物理連接依賴于光纖的兩端完全對齊，以便當它們接觸時很少或沒有光逸出，稱為插入損耗。然而，物理連接容易磨損，以及由于灰塵或其他顆粒在兩端之間找到的途徑而導致SNR下降。擴展光束技術克服了這一點，因為它不依賴于直接或物理連接。相反，它使用透鏡來擴展和準直光束，光束穿過兩端之間的氣隙。在連接的兩側都使用類似的鏡頭，但它們不需要物理接觸。這使得連接更簡單，不易磨損。

圖1.物理接觸技術\擴展光束技術

擴展光束光纖連接器利用透鏡來擴展和準直光纖發(fā)出的光。這種準直光束通過氣隙傳輸?shù)脚鋵B接器，在那里光被收集并由第二個透鏡聚焦到第二根光纖中以完成連接。

光纖連接安全認證

歐盟指令 2014/34/EU（基于指令 99/92/EC 和 94/9/EC），通常稱為 ATEX 指令，以及 IEC 標準 IEC 60079-28：2015 在行業(yè)內(nèi)廣泛使用。這對于提供在爆炸性環(huán)境中使用產(chǎn)品的制造商尤其重要。

ATEX指令使用區(qū)域對給定環(huán)境中的爆炸可能性進行分類。例如，1區(qū)和2區(qū)都與爆炸所需的關鍵元件的存在形成的爆炸性環(huán)境有關。這些是易燃物質（如氣體、蒸氣或薄霧），加上氧化劑和點火源。如果這些情況可能每天都發(fā)生，則該區(qū)域將被歸類為區(qū)域1，而如果條件不太可能但可能發(fā)生，則將被歸類為區(qū)域2。爆炸性混合物始終存在或長期存在的區(qū)域將被歸類為0區(qū)。

如前所述，Cinch Connectivity Solutions 的 Geo-Beam? EX 系列防爆擴展梁連接器專為在危險環(huán)境中使用而設計，可將電源、數(shù)據(jù)和光纖連接整合到單個連接中。因此，它支持可以支持 2、4、6 和 8 個擴展光束光通道的光學插件，以及可以支持 4 個擴展光束光通道和 2 個非光通道或 2 個擴展光束通道和 4 個非光通道的混合插件。這包括在同一插件中使用混合光模式連接。

在危險區(qū)域運行

該系列設計用于 1 區(qū)和 2 區(qū)危險區(qū)域，但當與適當?shù)挠布Y合使用時，它們也可用于 0 區(qū)危險區(qū)域。這使其成為石油、天然氣和海上鉆井、石化煉油廠、化學制造廠和制藥等應用的理想選擇。

直插式插頭和盒裝隔板由不銹鋼制成。該連接器采用三起梯形耦合方法，具有減小匝數(shù)和附加鎖定功能。這保證了在完全接合時發(fā)出咔嗒聲以指示正配接。這些連接器可用于上游、中游和下游應用，并符合ATEX和IECEx標準，分別覆蓋歐洲和世界其他地區(qū)。

這意味著Geo-Beam? EX系列用于世界各地的爆炸性和危險環(huán)境，包括鉆井（石油，天然氣，海上），石化煉油廠，化學制造廠和制藥行業(yè)。這些連接器的典型插入損耗為單模 -1.5 dB，多模連接器的典型插入損耗為 -1.0 dB。單模回波損耗典型值為40 dB，額定值為IP67。有關Cinch Connectivity Solution擴展光束技術的更多信息，請參見此處。

滿足危險環(huán)境中的連接需求

光纖連接的使用正在從受控環(huán)境（如數(shù)據(jù)中心）轉移到重工業(yè)領域，如采礦和石化制造。這些是可能發(fā)生爆炸性事件的危險區(qū)域。

工程界認識到在爆炸性環(huán)境中使用光纖的需求和挑戰(zhàn)。通過各自領域領導者的共同努力，該行業(yè)制定了確保光纖在爆炸性環(huán)境中安全運行的標準。

審核編輯：郭婷