産業用光ファイバーリンクは、ファイバーが設置される場所や通信リンクに期待される機能によって、非常に異なる要件を持つことがあります。産業機器内部の短い接続は、機械間またはプラントレベルのより長いリンクとは全く異なる設計優先順位を持ちます。
そのため、プラスチック光ファイバー(POF)、ハードクラッドシリカ(HCS)、および従来のガラス光ファイバーは、伝送距離だけで比較すべきではありません。
これらは、コア材料、コア径、光減衰量、カップリング許容度、温度耐性、コネクタ要件、および実用的な伝送距離において異なります。
より良いエンジニアリング上の質問は、「
どのファイバーが最適か?
」ではありません。
それは、「
必要な距離、温度、光源、接続方法、動作環境、およびシステム全体のコストに対して、どのファイバーがより適しているか?
これらの変数が、通常、最も適切なファイバータイプを決定します。POF vs HCS vs ガラスファイバー:根本的な違いは何ですか?POF、HCS、および従来のガラスファイバーは、主に
プラスチック光ファイバー(POF):ポリマーコアとポリマークラッド産業用ステップインデックスPOFは、一般的にフッ素化ポリマークラッドに囲まれたPMMAポリマーコアに基づいています。程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
1,000μmのファイバー内に約980μmのコア
を持つ場合があります。
これは、従来の通信ファイバーと比較して非常に大きいです。
大きなコアは大きな光ターゲットを提供し、送信機からファイバーへの、およびファイバーから受信機へのアライメントを比較的許容します。したがって、コネクタや光インターフェースの小さな機械的ずれは、はるかに小さなコアを持つガラスファイバーよりも重要度が低くなります。
短い産業用リンクの場合、これによりシステム設計とメンテナンスの両方が簡素化されます。
したがって、POFは、次のような利点のために低い光減衰量を犠牲にします。
簡単なカップリング;
迅速な組立;
簡単なフィールド終端;
簡単なメンテナンス;
必要な距離が短い場合、これらの利点は、可能な限り低いファイバー損失を達成することよりも重要になる場合があります。HCS:ハードポリマークラッドを備えたシリカコア
ハードクラッドシリカ
、またはHCSは、ハードポリマークラッドに囲まれたシリカガラスコアを使用します。これにより、構造的にPOFと従来のオールシリカファイバーの間に位置します。一般的な産業用HCS構成では、
約200μmのシリカコアと約230μmのクラッド
が使用されますが、他のコアサイズも利用可能です。
コアは、典型的な産業用POFで使用される約1mmのコアよりもはるかに小さいですが、従来のマルチモード通信ファイバーの50μmコアよりもかなり大きいです。
光がシリカコアを伝播するため、HCSはPMMA POFよりもはるかに低い光減衰量を達成しながら、比較的大きな光ターゲットを維持できます。
産業用システムでは、POFが十分な光マージンまたは伝送距離を提供しなくなったが、小コアの従来のガラスファイバーシステムでは不必要な設置の複雑さが増す場合に、この組み合わせが役立ちます。
POFよりも低い光損失でありながら、小コアの従来のガラスファイバーよりもカップリングに対する許容度が高い。
従来のガラスファイバー:シリカコアとシリカクラッド従来の通信グレードガラスファイバーは、一般的にシリカコアとシリカクラッドを使用します。産業用およびデータ通信システムでは、
50/125μmマルチモードファイバー
が一般的な基準点です。古い設置では、62.5/125μmマルチモードファイバーも使用される場合があります。
シングルモードガラスファイバーは、はるかに小さい光モードを使用し、はるかに長い伝送距離と非常に低い減衰量を必要とするアプリケーション向けに設計されています。
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POFおよびHCSと比較して、従来のマルチモードガラスファイバーははるかに小さいコアを持っています。したがって、コネクタの形状、ファイバーのアライメント、および光カップリングには、より高い精度が必要です。
| その利点は、はるかに低い減衰量と、高帯域幅および長距離の光通信のための成熟したエコシステムへのアクセスです。 | POF、HCS、ガラスファイバーの構造比較 | ファイバータイプ | 典型的な材料構造 |
|---|---|---|---|
| POF、HCS、および従来のガラスファイバーは、異なる産業用通信問題を解決します。 | 一般的なエンジニアリング特性 | 代表的な減衰量スケール | ポリマーコア+ポリマークラッド |
| は、リンクが短く、設計が大きなコアのカップリング許容度、簡単なコネクタ、簡単な設置、および便利なメンテナンスから恩恵を受ける場合に特に効果的です。 | 非常に許容度の高い光カップリング | 約150~200dB/km | シリカコア+ハードポリマークラッド |
| 約200μm | 低損失、タイトなアライメント | 数dB/km | シリカコア+シリカクラッド |
| 50μm | 低損失、タイトなアライメント | シングルモードガラスファイバー | シリカコア+シリカクラッド |
非常に小さい光モード
これらの値は普遍的なものではなく、代表的なものです。異なるファイバーファミリーやケーブル構造では、異なる寸法が使用される場合があります。
コア径は、物理的なファイバーサイズ以上のものに影響します。また、送信機からファイバーへの光の起動と受信機での捕捉の容易さにも影響します。
なぜ1mm POFはカップリングが容易なのか
約1mmのPOFは非常に大きな光ターゲットを提供します。
これにより、送信機、コネクタ、およびファイバーコア間のアライメントに十分な許容度が得られます。したがって、産業用光コンポーネントは、信頼性の高い光カップリングを維持しながら、比較的単純な機械的インターフェースを使用できます。
短い通信リンクの場合、単純で再現可能なカップリングは、減衰量を可能な限り最小限に抑えることよりも重要になる場合があります。
なぜ200μm HCSは容易なカップリングを維持するのか
HCSはPOFと比較してコアサイズを大幅に縮小しますが、200μmコアは一般的なマルチモードガラスファイバーに見られる50μmコアよりもはるかに大きいです。
これにより、HCSは、POFがもはや十分な光マージンまたは伝送距離を提供しなくなったが、小コアの従来のガラスファイバーシステムでは不必要な設置の複雑さが増す産業用リンクに適しています。
なぜ50/125μmガラスファイバーはより高い精度を必要とするのか
コア径が50μmに減少すると、機械的アライメントがより重要になります。
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コネクタフェルール、ファイバー端面、および送信機のアライメントは、受信領域がはるかに小さいため、光パスをより正確に制御する必要があります。
コア径、カップリング許容度、および光波長
650nm vs 850nm以降ファイバーの選択は、光源の選択から切り離すことはできません。産業用PMMA POFは、
約650nmの可視赤色光と強く関連しており、一般的にこの波長範囲向けに設計された産業用LED送信機と組み合わされます。程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
約650nmおよび850nmの波長に適した設計で利用可能です。従来のマルチモードガラスファイバーは、一般的に
850nmおよび1300nmで動作し、850nmは短距離マルチモードデータ通信で広く使用されています。シングルモードガラスファイバーは、非常に低い減衰量がはるかに長いリンクをサポートする
約1310nmおよび1550nm
の波長と一般的に関連付けられています。
減衰量が低いファイバーが、既存の光トランシーバーと自動的に互換性があるわけではありません。
どのファイバーが最も長い伝送距離をサポートするか?
ただし、ファイバータイプだけでは、産業用光リンクの最大距離は定義されません。
なぜPOFは主に短距離メディアなのか典型的なPMMA POFは、比較的高い光減衰量を持っています。程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
約650nmで約150~200dB/kmの損失
を持つ場合があります。
短い機械内部の距離で表すと、そのレベルの減衰量はまだ完全に許容できる場合があります。数百メートルにわたると、累積されたファイバー損失ははるかに重要になります。
したがって、POFは、長距離光バックボーンよりも、主に機器レベルの短い通信に関連付けられています。
必要な経路が数メートルまたは数十メートルしかない場合、簡単なカップリングと簡単な終端は、従来のシリカファイバーの低い減衰量よりも価値がある場合があります。
HCSがPOFを超えて到達距離を伸ばす方法ポリマーコアをシリカに置き換えることで、減衰量が大幅に削減されます。代表的な産業用HCSファイバーは、波長とファイバー構造に応じて、
数dB/kmの範囲
で動作できます。
産業用アプリケーションでは、HCSは、システムが追加の到達距離を必要とするが、比較的大きなコアの光インターフェースの利点を維持する場合に特に役立ちます。
なぜ従来のガラスファイバーが光到達距離で優れているのか従来のマルチモードガラスファイバーは、さらに低い減衰量を提供します。代表的な50/125μmマルチモードファイバーは、波長とファイバーグレードに応じて、
数dB/kmの低範囲で動作できます。シングルモードシリカファイバーは、
1dB/km未満
に減衰量を減らし、一般的なシングルモード動作波長でキロメートルあたり約数十分の1デシベルに達します。
短い光パスを持つ機械または制御システム内では、キロメートルスケールの伝送能力はほとんど実用的な利点を提供しない場合があります。
なぜ普遍的な最大距離が存在しないのか各ファイバータイプに1つの最大伝送距離を割り当てることは魅力的ですが、それは誤解を招く可能性があります。実用的なリンク距離は、次を含む完全な
光パワーバジェット
に依存します。
送信機出力電力;
受信機感度;
ファイバー減衰量;
コネクタ損失;
動作波長;
温度;
データレート;
必要な光マージン。
したがって、異なる光トランシーバーファミリーは、同じファイバータイプを使用して非常に異なる距離を生成できます。
したがって、ファイバーの選択は、普遍的な距離数ではなく、必要な光リンクパフォーマンスから始めるべきです。
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POF、HCS、ガラスファイバーの減衰量の比較
| 光減衰量の規模は、これらのファイバー技術が異なるアプリケーション範囲を占める傾向がある理由を説明するのに役立ちます。 | 光減衰量と伝送到達距離 | ファイバー技術 | 代表的なコア |
|---|---|---|---|
| 典型的な波長領域 | 代表的な減衰量スケール | PMMA POF | 約980μm |
| 約650nm | 約150~200dB/km | 200μm HCS | 約200μm |
| 650/850nm | 数dB/km | 50/125μmマルチモードガラス | 50μm |
| 850/1300nm | 数dB/kmの低範囲 | シングルモードガラス | 小さい光モード |
1310/1550nm
1dB/km未満
コネクタ損失、トランシーバー特性、動作温度、およびデータレートは、実際の設計で引き続き考慮する必要があります。
温度がファイバー選択をどのように変更するか
すべてのPOFシステムがすべてのHCSシステムよりも低い温度限界を持つと仮定したり、ガラスコアを選択すると自動的に高温要件が解決されると仮定したりするのは間違いです。
なぜPOFの温度限界がポリマーシステムに依存するのか
POFは、光ファイバーとその周囲の構造の両方にポリマー材料を含んでいます。温度は、減衰量、機械的特性、および長期的な信頼性に影響を与える可能性があります。程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
+85℃
に達する動作温度用に設計されています。したがって、関連する質問は、単にPOFが熱に耐えられるかどうかではありません。正しいエンジニアリングチェックは、
特定のPOFファイバーとケーブル構造
連続動作温度、ピーク暴露温度、および予想されるサービス条件はすべて、定格システム制限内に収まる必要があります。
HCSが温度ウィンドウを拡張できる場合
HCSはポリマー光コアをシリカに置き換えるため、設計の柔軟性が向上します。ただし、ポリマークラッド、コーティング、バッファー、およびケーブルジャケットは、依然として温度制限を課す可能性があります。一部の完全な産業用HCSケーブルシステムは、+80℃程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
+125℃まで拡張できます。
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したがって、単純なPOF < HCSの温度ランキングは信頼性が低い。実際の温度能力は、特定のファイバーとケーブル構造に依存します。
特殊シリカファイバーが必要になる場合
環境が従来のポリマーベースのケーブルシステムの温度能力をはるかに超える場合、特殊シリカファイバーがますます重要になります。特殊な高温コーティングを備えたシリカファイバーは、特定の特殊アプリケーションで+300℃
に達する環境用に設計できます。
ケーブルジャケットとコネクタの定格がファイバー材料と同じくらい重要な理由
光コアは、完成した産業用ファイバーアセンブリの1つの部分にすぎません。
完全なシステムには、次が含まれる場合があります。
コア;
クラッド;
コーティング;
バッファー;
強度部材;
ケーブルジャケット;
コネクタボディ;
フェルール;
終端構造。
使用可能なシステム温度は、完全なアセンブリ内の関連コンポーネントによって制限されます。
どのファイバーが終端および設置が容易か?
POF:簡単なフィールドハンドリング
大コアPOFは、簡単なフィールド終端に特に適しています。
多くの産業用POFコネクタシステムは、精密なファイバー接続装置ではなく、比較的簡単な切断、剥離、または圧着手順を使用して組み立てることができます。
大きなコアは、終端の小さなアライメントずれに対する許容度も高めます。
これは、次の場合に役立ちます。
機械製造;
制御盤組立;
機器メンテナンス;
フィールド交換;
短い産業用通信リンク。
HCS:クリンプアンドクリーブが中間的な解決策一部のHCSシステムは、クリンプアンドクリーブ
終端をサポートしています。
互換性のある設計は、エポキシと研磨のステップを回避し、比較的簡単なハンドツールを使用してフィールド終端を可能にします。
したがって、HCSは、シリカ光コアとPOFよりもはるかに低い減衰量を、産業用フィールドサービス向けに設計された設置方法と組み合わせることができます。
ガラスファイバー:より高いアライメントと終端精度
従来のマルチモードおよびシングルモードガラスファイバーシステムは、はるかに小さい光コアを使用します。
したがって、コネクタの品質とファイバーのアライメントがより重要になります。
工場終端のガラスファイバーアセンブリは優れたパフォーマンスと信頼性を提供できますが、フィールドコネクタ化は通常、より厳密なプロセス制御を必要とします。
ケーブルが一度設置され、ほとんど触れられないシステムでは、これはほとんど不利にならない場合があります。
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機器が頻繁に保守または変更される場合、終端の容易さがはるかに重要になる可能性があります。
産業環境における機械的信頼性
機械的信頼性は、プラスチックとガラスの単純な比較に還元されるべきではありません。
完成したケーブル構造は、光材料自体と同じくらい重要です。
POFは、その大きなポリマー構造と一般的に寛容な取り扱い特性から恩恵を受けます。
産業用HCSファイバーは、振動、摩耗、繰り返し屈曲、引張荷重、および化学暴露に耐えるように設計できます。
従来のガラスファイバーも、適切なバッファー、強度部材、およびジャケットで保護されていれば、非常に信頼性が高くなります。
実用的な機械的比較では、4つの質問を分離する必要があります。
ベアファイバーはどのように振る舞うか?
どのようなコーティングまたはバッファーがそれを保護するか?
ファイバーは完成したケーブルにどのように組み込まれるか?
コネクタまたは終端はどの程度堅牢か?
適切に設計された産業用ガラスファイバーケーブルは、不適切に保護されたPOFケーブルよりも要求の厳しい環境に適している場合があります。
POF vs HCS vs ガラスファイバーのコスト:ケーブルだけでなく、リンク全体を比較する
ファイバー価格は、システムコストの一部にすぎません。
意味のある比較には、次も含まれるべきです。
光送信機および受信機;
コネクタ;
終端ツール;
技術者のスキル要件;
設置時間;
フィールド修理方法;
メンテナンス要件;
光マージン;
必要な環境保護。
短い産業用リンクの場合、単純な光コンポーネントと単純な終端により、設置済みシステム全体の複雑さが軽減されるため、POFは経済的に魅力的になる可能性があります。
HCSは、コンポーネントコストが高い場合がありますが、小コアのガラスファイバーアーキテクチャに直接移行することなく、より長いリンクに必要な追加の光マージンを提供します。
従来のガラスファイバーは、一般的に厳密なコネクタ制御を必要としますが、その低い減衰量と広範な光エコシステムは、距離と帯域幅の要件が増加するにつれてますます価値が高まります。
なぜ産業機器が依然として短距離通信にPOFを使用するのか
従来のガラスファイバーは、POFよりもはるかに低い減衰量を提供しますが、多くの産業用光リンクは最大伝送距離を中心に設計されていません。
機械内部、コンバーター、サーボシステム、ドライブ、およびその他の産業機器では、光パスは比較的短い場合があります。
これらの条件下では、エンジニアは次のようなものに価値を置く場合があります。
大きなコアのカップリング許容度;
簡単なコネクタ;
迅速な組立;
簡単なメンテナンス;
十分な短距離光パフォーマンス。
非常に短いリンクでは、高損失ファイバーと低損失ファイバーの違いは、数百メートルまたはキロメートルにわたる場合よりも、実用的な意味合いがはるかに少ない場合があります。
POFは、異なる最適化問題を解決するため、有用であり続けます。
POFベースのシステムが光制限に遭遇し始めたが、アプリケーションが比較的大きなコアの産業用ファイバーの恩恵を受ける場合に、HCSは特に有用になります。
典型的な移行は次のように理解できます。
POFの減衰量が制限的になる
↓
POFの減衰量が制限的になる
↓
POFの減衰量が制限的になる
↓
HCSは比較的大きなコア径を維持しながら、低損失のシリカコアを導入
したがって、HCSは、アプリケーションが次のような組み合わせを必要とする場合に適している可能性があります。
典型的なPOFよりも高い伝送距離;
大幅に低い光減衰量;
650nm産業用光システムとの互換性;
従来の50/125μmガラスファイバーよりも高いカップリング許容度;
実用的なフィールド終端;
追加の環境能力;
通信グレードのファイバーアーキテクチャにすぐに移行することなく、より多くの光マージン。
HCSは、POFまたは従来のガラスファイバーのいずれよりも普遍的に優れているわけではありません。
単純さが支配的な非常に短いリンクの場合、POFは依然としてより適切な選択肢となる可能性があります。
長距離通信、高帯域幅、または標準的な光ネットワーク互換性の場合、従来のガラスファイバーがより適している可能性があります。
POF、HCS、ガラスファイバーの選択方法
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最も信頼性の高い選択方法は、ファイバー材料だけで選択するのではなく、完全なアプリケーションを評価することです。
1. 必要なリンク距離を定義する
物理的な通信距離と必要な光マージンから始めます。
短い内部機器リンクは、多くの場合POFと互換性があります。
距離が増加するにつれて、HCSはそのはるかに低い減衰量により、より魅力的になります。
2. 温度範囲を定義する
確認してください。
最低動作温度;
最高連続温度;
一時的なピーク温度;
予想されるサービス条件。
ファイバーコア材料だけが結果を決定すると仮定しないでください。
3. 既存の光源を確認する
既存の産業用設計がすでに650nmの送信機と受信機を使用している場合、POFおよび互換性のあるHCSは自然に統合される可能性があります。
異なるガラスファイバーアーキテクチャに移行すると、光インターフェースの他の部分に変更が必要になる場合があります。
4. 必要なデータレートと光バジェットを決定する
データレートが高いほど、ファイバー自体がより長い到達距離に対応できる場合でも、実用的な伝送距離が短くなる可能性があります。
5. ケーブルの設置および保守方法を決定する
検討してください。
ファイバーが工場終端されるかどうか;
フィールド終端が必要かどうか;
機器がどのくらいの頻度で保守されるか;
精密なファイバーツールが利用可能かどうか;
損傷したケーブルをどの程度容易に交換する必要があるか。
6. 機械的および化学的環境を評価する
振動、曲げ、摩耗、引張荷重、化学暴露、および繰り返し屈曲を検討してください。
7. 総設置コストを比較する
| 最後に、完全な光リンクを比較します。 | エンジニアリング条件 | POFの傾向 | HCSの傾向 |
|---|---|---|---|
| 従来のガラスの傾向 | 限定的または条件付き | 強い | 可能 |
| しばしば不要 | 限定的または条件付き | 強い | 適切なシステムで強い |
| より要求が高い | 限定的または条件付き | 限定的または条件付き | 強い |
| システム依存 | 標準的な高帯域幅光ネットワーク | 限定的または条件付き | 限定的または条件付き |
| 強い | 最低光減衰量 | 弱い | 限定的または条件付き |
| 強い | 高温要件 | 製品依存 | 製品依存、高温オプションあり |
| 最も広範な特殊オプション | 最低光減衰量 | 強い | 限定的または条件付き |
| 強い | 限定的または条件付き | 強い | 中程度 |
| 低い | 限定的または条件付き | 強い | 適切なシステムで強い |
| よりプロセス依存 | 標準的な高帯域幅光ネットワーク | 限定的 | 限定的または条件付き |
強い
この表は、普遍的なランキングではなく、一般的な選択の傾向を示しています。
結論
POF、HCS、および従来のガラスファイバーは、異なる産業用通信問題を解決します。POF
は、リンクが短く、設計が大きなコアのカップリング許容度、簡単なコネクタ、簡単な設置、および便利なメンテナンスから恩恵を受ける場合に特に効果的です。HCS
は、シリカコアとハードポリマークラッドを組み合わせ、PMMA POFよりも大幅に低い減衰量を提供しながら、比較的大きなコアを維持します。産業システムが、大きなコアファイバーに関連する設置上の利点をすべて失うことなく、より多くの到達距離または光マージンを必要とする場合に役立ちます。従来のガラスファイバー
は、最低の減衰量、最も強力な長距離能力、および標準的な高帯域幅光アーキテクチャとの広範な互換性を提供しますが、一般的にはより厳密な光アライメントとより制御されたコネクタ接続を必要とします。
単一の勝者はいません。
実用的な産業用ファイバー選択プロセスでは、次を考慮する必要があります。
距離 + 温度 + 光源 + 接続方法 + 環境 + システム全体のコスト
HCSはガラスファイバーの一種ですか?
産業システムでは、POF、HCS、およびガラスファイバーはどのくらいの距離を伝送できますか?
POFは高温の産業機器で使用できますか?
ガラスファイバーの方がはるかに減衰量が低いのに、なぜPOFを使用するのですか?
POFの代わりにHCSを選択すべきなのはいつですか?
エンジニアは産業用光ファイバーを選択する前に、どのような要因を確認すべきですか?
産業用光ファイバーリンクは、ファイバーが設置される場所や通信リンクに期待される機能によって、非常に異なる要件を持つことがあります。産業機器内部の短い接続は、機械間またはプラントレベルのより長いリンクとは全く異なる設計優先順位を持ちます。
そのため、プラスチック光ファイバー(POF)、ハードクラッドシリカ(HCS)、および従来のガラス光ファイバーは、伝送距離だけで比較すべきではありません。
これらは、コア材料、コア径、光減衰量、カップリング許容度、温度耐性、コネクタ要件、および実用的な伝送距離において異なります。
より良いエンジニアリング上の質問は、「
どのファイバーが最適か?
」ではありません。
それは、「
必要な距離、温度、光源、接続方法、動作環境、およびシステム全体のコストに対して、どのファイバーがより適しているか?
これらの変数が、通常、最も適切なファイバータイプを決定します。POF vs HCS vs ガラスファイバー:根本的な違いは何ですか?POF、HCS、および従来のガラスファイバーは、主に
プラスチック光ファイバー(POF):ポリマーコアとポリマークラッド産業用ステップインデックスPOFは、一般的にフッ素化ポリマークラッドに囲まれたPMMAポリマーコアに基づいています。程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
1,000μmのファイバー内に約980μmのコア
を持つ場合があります。
これは、従来の通信ファイバーと比較して非常に大きいです。
大きなコアは大きな光ターゲットを提供し、送信機からファイバーへの、およびファイバーから受信機へのアライメントを比較的許容します。したがって、コネクタや光インターフェースの小さな機械的ずれは、はるかに小さなコアを持つガラスファイバーよりも重要度が低くなります。
短い産業用リンクの場合、これによりシステム設計とメンテナンスの両方が簡素化されます。
したがって、POFは、次のような利点のために低い光減衰量を犠牲にします。
簡単なカップリング;
迅速な組立;
簡単なフィールド終端;
簡単なメンテナンス;
必要な距離が短い場合、これらの利点は、可能な限り低いファイバー損失を達成することよりも重要になる場合があります。HCS:ハードポリマークラッドを備えたシリカコア
ハードクラッドシリカ
、またはHCSは、ハードポリマークラッドに囲まれたシリカガラスコアを使用します。これにより、構造的にPOFと従来のオールシリカファイバーの間に位置します。一般的な産業用HCS構成では、
約200μmのシリカコアと約230μmのクラッド
が使用されますが、他のコアサイズも利用可能です。
コアは、典型的な産業用POFで使用される約1mmのコアよりもはるかに小さいですが、従来のマルチモード通信ファイバーの50μmコアよりもかなり大きいです。
光がシリカコアを伝播するため、HCSはPMMA POFよりもはるかに低い光減衰量を達成しながら、比較的大きな光ターゲットを維持できます。
産業用システムでは、POFが十分な光マージンまたは伝送距離を提供しなくなったが、小コアの従来のガラスファイバーシステムでは不必要な設置の複雑さが増す場合に、この組み合わせが役立ちます。
POFよりも低い光損失でありながら、小コアの従来のガラスファイバーよりもカップリングに対する許容度が高い。
従来のガラスファイバー:シリカコアとシリカクラッド従来の通信グレードガラスファイバーは、一般的にシリカコアとシリカクラッドを使用します。産業用およびデータ通信システムでは、
50/125μmマルチモードファイバー
が一般的な基準点です。古い設置では、62.5/125μmマルチモードファイバーも使用される場合があります。
シングルモードガラスファイバーは、はるかに小さい光モードを使用し、はるかに長い伝送距離と非常に低い減衰量を必要とするアプリケーション向けに設計されています。
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POFおよびHCSと比較して、従来のマルチモードガラスファイバーははるかに小さいコアを持っています。したがって、コネクタの形状、ファイバーのアライメント、および光カップリングには、より高い精度が必要です。
| その利点は、はるかに低い減衰量と、高帯域幅および長距離の光通信のための成熟したエコシステムへのアクセスです。 | POF、HCS、ガラスファイバーの構造比較 | ファイバータイプ | 典型的な材料構造 |
|---|---|---|---|
| POF、HCS、および従来のガラスファイバーは、異なる産業用通信問題を解決します。 | 一般的なエンジニアリング特性 | 代表的な減衰量スケール | ポリマーコア+ポリマークラッド |
| は、リンクが短く、設計が大きなコアのカップリング許容度、簡単なコネクタ、簡単な設置、および便利なメンテナンスから恩恵を受ける場合に特に効果的です。 | 非常に許容度の高い光カップリング | 約150~200dB/km | シリカコア+ハードポリマークラッド |
| 約200μm | 低損失、タイトなアライメント | 数dB/km | シリカコア+シリカクラッド |
| 50μm | 低損失、タイトなアライメント | シングルモードガラスファイバー | シリカコア+シリカクラッド |
非常に小さい光モード
これらの値は普遍的なものではなく、代表的なものです。異なるファイバーファミリーやケーブル構造では、異なる寸法が使用される場合があります。
コア径は、物理的なファイバーサイズ以上のものに影響します。また、送信機からファイバーへの光の起動と受信機での捕捉の容易さにも影響します。
なぜ1mm POFはカップリングが容易なのか
約1mmのPOFは非常に大きな光ターゲットを提供します。
これにより、送信機、コネクタ、およびファイバーコア間のアライメントに十分な許容度が得られます。したがって、産業用光コンポーネントは、信頼性の高い光カップリングを維持しながら、比較的単純な機械的インターフェースを使用できます。
短い通信リンクの場合、単純で再現可能なカップリングは、減衰量を可能な限り最小限に抑えることよりも重要になる場合があります。
なぜ200μm HCSは容易なカップリングを維持するのか
HCSはPOFと比較してコアサイズを大幅に縮小しますが、200μmコアは一般的なマルチモードガラスファイバーに見られる50μmコアよりもはるかに大きいです。
これにより、HCSは、POFがもはや十分な光マージンまたは伝送距離を提供しなくなったが、小コアの従来のガラスファイバーシステムでは不必要な設置の複雑さが増す産業用リンクに適しています。
なぜ50/125μmガラスファイバーはより高い精度を必要とするのか
コア径が50μmに減少すると、機械的アライメントがより重要になります。
![]()
コネクタフェルール、ファイバー端面、および送信機のアライメントは、受信領域がはるかに小さいため、光パスをより正確に制御する必要があります。
コア径、カップリング許容度、および光波長
650nm vs 850nm以降ファイバーの選択は、光源の選択から切り離すことはできません。産業用PMMA POFは、
約650nmの可視赤色光と強く関連しており、一般的にこの波長範囲向けに設計された産業用LED送信機と組み合わされます。程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
約650nmおよび850nmの波長に適した設計で利用可能です。従来のマルチモードガラスファイバーは、一般的に
850nmおよび1300nmで動作し、850nmは短距離マルチモードデータ通信で広く使用されています。シングルモードガラスファイバーは、非常に低い減衰量がはるかに長いリンクをサポートする
約1310nmおよび1550nm
の波長と一般的に関連付けられています。
減衰量が低いファイバーが、既存の光トランシーバーと自動的に互換性があるわけではありません。
どのファイバーが最も長い伝送距離をサポートするか?
ただし、ファイバータイプだけでは、産業用光リンクの最大距離は定義されません。
なぜPOFは主に短距離メディアなのか典型的なPMMA POFは、比較的高い光減衰量を持っています。程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
約650nmで約150~200dB/kmの損失
を持つ場合があります。
短い機械内部の距離で表すと、そのレベルの減衰量はまだ完全に許容できる場合があります。数百メートルにわたると、累積されたファイバー損失ははるかに重要になります。
したがって、POFは、長距離光バックボーンよりも、主に機器レベルの短い通信に関連付けられています。
必要な経路が数メートルまたは数十メートルしかない場合、簡単なカップリングと簡単な終端は、従来のシリカファイバーの低い減衰量よりも価値がある場合があります。
HCSがPOFを超えて到達距離を伸ばす方法ポリマーコアをシリカに置き換えることで、減衰量が大幅に削減されます。代表的な産業用HCSファイバーは、波長とファイバー構造に応じて、
数dB/kmの範囲
で動作できます。
産業用アプリケーションでは、HCSは、システムが追加の到達距離を必要とするが、比較的大きなコアの光インターフェースの利点を維持する場合に特に役立ちます。
なぜ従来のガラスファイバーが光到達距離で優れているのか従来のマルチモードガラスファイバーは、さらに低い減衰量を提供します。代表的な50/125μmマルチモードファイバーは、波長とファイバーグレードに応じて、
数dB/kmの低範囲で動作できます。シングルモードシリカファイバーは、
1dB/km未満
に減衰量を減らし、一般的なシングルモード動作波長でキロメートルあたり約数十分の1デシベルに達します。
短い光パスを持つ機械または制御システム内では、キロメートルスケールの伝送能力はほとんど実用的な利点を提供しない場合があります。
なぜ普遍的な最大距離が存在しないのか各ファイバータイプに1つの最大伝送距離を割り当てることは魅力的ですが、それは誤解を招く可能性があります。実用的なリンク距離は、次を含む完全な
光パワーバジェット
に依存します。
送信機出力電力;
受信機感度;
ファイバー減衰量;
コネクタ損失;
動作波長;
温度;
データレート;
必要な光マージン。
したがって、異なる光トランシーバーファミリーは、同じファイバータイプを使用して非常に異なる距離を生成できます。
したがって、ファイバーの選択は、普遍的な距離数ではなく、必要な光リンクパフォーマンスから始めるべきです。
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POF、HCS、ガラスファイバーの減衰量の比較
| 光減衰量の規模は、これらのファイバー技術が異なるアプリケーション範囲を占める傾向がある理由を説明するのに役立ちます。 | 光減衰量と伝送到達距離 | ファイバー技術 | 代表的なコア |
|---|---|---|---|
| 典型的な波長領域 | 代表的な減衰量スケール | PMMA POF | 約980μm |
| 約650nm | 約150~200dB/km | 200μm HCS | 約200μm |
| 650/850nm | 数dB/km | 50/125μmマルチモードガラス | 50μm |
| 850/1300nm | 数dB/kmの低範囲 | シングルモードガラス | 小さい光モード |
1310/1550nm
1dB/km未満
コネクタ損失、トランシーバー特性、動作温度、およびデータレートは、実際の設計で引き続き考慮する必要があります。
温度がファイバー選択をどのように変更するか
すべてのPOFシステムがすべてのHCSシステムよりも低い温度限界を持つと仮定したり、ガラスコアを選択すると自動的に高温要件が解決されると仮定したりするのは間違いです。
なぜPOFの温度限界がポリマーシステムに依存するのか
POFは、光ファイバーとその周囲の構造の両方にポリマー材料を含んでいます。温度は、減衰量、機械的特性、および長期的な信頼性に影響を与える可能性があります。程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
+85℃
に達する動作温度用に設計されています。したがって、関連する質問は、単にPOFが熱に耐えられるかどうかではありません。正しいエンジニアリングチェックは、
特定のPOFファイバーとケーブル構造
連続動作温度、ピーク暴露温度、および予想されるサービス条件はすべて、定格システム制限内に収まる必要があります。
HCSが温度ウィンドウを拡張できる場合
HCSはポリマー光コアをシリカに置き換えるため、設計の柔軟性が向上します。ただし、ポリマークラッド、コーティング、バッファー、およびケーブルジャケットは、依然として温度制限を課す可能性があります。一部の完全な産業用HCSケーブルシステムは、+80℃程度の動作範囲を持つ場合がありますが、特殊なHCSファイバー構造は
+125℃まで拡張できます。
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したがって、単純なPOF < HCSの温度ランキングは信頼性が低い。実際の温度能力は、特定のファイバーとケーブル構造に依存します。
特殊シリカファイバーが必要になる場合
環境が従来のポリマーベースのケーブルシステムの温度能力をはるかに超える場合、特殊シリカファイバーがますます重要になります。特殊な高温コーティングを備えたシリカファイバーは、特定の特殊アプリケーションで+300℃
に達する環境用に設計できます。
ケーブルジャケットとコネクタの定格がファイバー材料と同じくらい重要な理由
光コアは、完成した産業用ファイバーアセンブリの1つの部分にすぎません。
完全なシステムには、次が含まれる場合があります。
コア;
クラッド;
コーティング;
バッファー;
強度部材;
ケーブルジャケット;
コネクタボディ;
フェルール;
終端構造。
使用可能なシステム温度は、完全なアセンブリ内の関連コンポーネントによって制限されます。
どのファイバーが終端および設置が容易か?
POF:簡単なフィールドハンドリング
大コアPOFは、簡単なフィールド終端に特に適しています。
多くの産業用POFコネクタシステムは、精密なファイバー接続装置ではなく、比較的簡単な切断、剥離、または圧着手順を使用して組み立てることができます。
大きなコアは、終端の小さなアライメントずれに対する許容度も高めます。
これは、次の場合に役立ちます。
機械製造;
制御盤組立;
機器メンテナンス;
フィールド交換;
短い産業用通信リンク。
HCS:クリンプアンドクリーブが中間的な解決策一部のHCSシステムは、クリンプアンドクリーブ
終端をサポートしています。
互換性のある設計は、エポキシと研磨のステップを回避し、比較的簡単なハンドツールを使用してフィールド終端を可能にします。
したがって、HCSは、シリカ光コアとPOFよりもはるかに低い減衰量を、産業用フィールドサービス向けに設計された設置方法と組み合わせることができます。
ガラスファイバー:より高いアライメントと終端精度
従来のマルチモードおよびシングルモードガラスファイバーシステムは、はるかに小さい光コアを使用します。
したがって、コネクタの品質とファイバーのアライメントがより重要になります。
工場終端のガラスファイバーアセンブリは優れたパフォーマンスと信頼性を提供できますが、フィールドコネクタ化は通常、より厳密なプロセス制御を必要とします。
ケーブルが一度設置され、ほとんど触れられないシステムでは、これはほとんど不利にならない場合があります。
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機器が頻繁に保守または変更される場合、終端の容易さがはるかに重要になる可能性があります。
産業環境における機械的信頼性
機械的信頼性は、プラスチックとガラスの単純な比較に還元されるべきではありません。
完成したケーブル構造は、光材料自体と同じくらい重要です。
POFは、その大きなポリマー構造と一般的に寛容な取り扱い特性から恩恵を受けます。
産業用HCSファイバーは、振動、摩耗、繰り返し屈曲、引張荷重、および化学暴露に耐えるように設計できます。
従来のガラスファイバーも、適切なバッファー、強度部材、およびジャケットで保護されていれば、非常に信頼性が高くなります。
実用的な機械的比較では、4つの質問を分離する必要があります。
ベアファイバーはどのように振る舞うか?
どのようなコーティングまたはバッファーがそれを保護するか?
ファイバーは完成したケーブルにどのように組み込まれるか?
コネクタまたは終端はどの程度堅牢か?
適切に設計された産業用ガラスファイバーケーブルは、不適切に保護されたPOFケーブルよりも要求の厳しい環境に適している場合があります。
POF vs HCS vs ガラスファイバーのコスト:ケーブルだけでなく、リンク全体を比較する
ファイバー価格は、システムコストの一部にすぎません。
意味のある比較には、次も含まれるべきです。
光送信機および受信機;
コネクタ;
終端ツール;
技術者のスキル要件;
設置時間;
フィールド修理方法;
メンテナンス要件;
光マージン;
必要な環境保護。
短い産業用リンクの場合、単純な光コンポーネントと単純な終端により、設置済みシステム全体の複雑さが軽減されるため、POFは経済的に魅力的になる可能性があります。
HCSは、コンポーネントコストが高い場合がありますが、小コアのガラスファイバーアーキテクチャに直接移行することなく、より長いリンクに必要な追加の光マージンを提供します。
従来のガラスファイバーは、一般的に厳密なコネクタ制御を必要としますが、その低い減衰量と広範な光エコシステムは、距離と帯域幅の要件が増加するにつれてますます価値が高まります。
なぜ産業機器が依然として短距離通信にPOFを使用するのか
従来のガラスファイバーは、POFよりもはるかに低い減衰量を提供しますが、多くの産業用光リンクは最大伝送距離を中心に設計されていません。
機械内部、コンバーター、サーボシステム、ドライブ、およびその他の産業機器では、光パスは比較的短い場合があります。
これらの条件下では、エンジニアは次のようなものに価値を置く場合があります。
大きなコアのカップリング許容度;
簡単なコネクタ;
迅速な組立;
簡単なメンテナンス;
十分な短距離光パフォーマンス。
非常に短いリンクでは、高損失ファイバーと低損失ファイバーの違いは、数百メートルまたはキロメートルにわたる場合よりも、実用的な意味合いがはるかに少ない場合があります。
POFは、異なる最適化問題を解決するため、有用であり続けます。
POFベースのシステムが光制限に遭遇し始めたが、アプリケーションが比較的大きなコアの産業用ファイバーの恩恵を受ける場合に、HCSは特に有用になります。
典型的な移行は次のように理解できます。
POFの減衰量が制限的になる
↓
POFの減衰量が制限的になる
↓
POFの減衰量が制限的になる
↓
HCSは比較的大きなコア径を維持しながら、低損失のシリカコアを導入
したがって、HCSは、アプリケーションが次のような組み合わせを必要とする場合に適している可能性があります。
典型的なPOFよりも高い伝送距離;
大幅に低い光減衰量;
650nm産業用光システムとの互換性;
従来の50/125μmガラスファイバーよりも高いカップリング許容度;
実用的なフィールド終端;
追加の環境能力;
通信グレードのファイバーアーキテクチャにすぐに移行することなく、より多くの光マージン。
HCSは、POFまたは従来のガラスファイバーのいずれよりも普遍的に優れているわけではありません。
単純さが支配的な非常に短いリンクの場合、POFは依然としてより適切な選択肢となる可能性があります。
長距離通信、高帯域幅、または標準的な光ネットワーク互換性の場合、従来のガラスファイバーがより適している可能性があります。
POF、HCS、ガラスファイバーの選択方法
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最も信頼性の高い選択方法は、ファイバー材料だけで選択するのではなく、完全なアプリケーションを評価することです。
1. 必要なリンク距離を定義する
物理的な通信距離と必要な光マージンから始めます。
短い内部機器リンクは、多くの場合POFと互換性があります。
距離が増加するにつれて、HCSはそのはるかに低い減衰量により、より魅力的になります。
2. 温度範囲を定義する
確認してください。
最低動作温度;
最高連続温度;
一時的なピーク温度;
予想されるサービス条件。
ファイバーコア材料だけが結果を決定すると仮定しないでください。
3. 既存の光源を確認する
既存の産業用設計がすでに650nmの送信機と受信機を使用している場合、POFおよび互換性のあるHCSは自然に統合される可能性があります。
異なるガラスファイバーアーキテクチャに移行すると、光インターフェースの他の部分に変更が必要になる場合があります。
4. 必要なデータレートと光バジェットを決定する
データレートが高いほど、ファイバー自体がより長い到達距離に対応できる場合でも、実用的な伝送距離が短くなる可能性があります。
5. ケーブルの設置および保守方法を決定する
検討してください。
ファイバーが工場終端されるかどうか;
フィールド終端が必要かどうか;
機器がどのくらいの頻度で保守されるか;
精密なファイバーツールが利用可能かどうか;
損傷したケーブルをどの程度容易に交換する必要があるか。
6. 機械的および化学的環境を評価する
振動、曲げ、摩耗、引張荷重、化学暴露、および繰り返し屈曲を検討してください。
7. 総設置コストを比較する
| 最後に、完全な光リンクを比較します。 | エンジニアリング条件 | POFの傾向 | HCSの傾向 |
|---|---|---|---|
| 従来のガラスの傾向 | 限定的または条件付き | 強い | 可能 |
| しばしば不要 | 限定的または条件付き | 強い | 適切なシステムで強い |
| より要求が高い | 限定的または条件付き | 限定的または条件付き | 強い |
| システム依存 | 標準的な高帯域幅光ネットワーク | 限定的または条件付き | 限定的または条件付き |
| 強い | 最低光減衰量 | 弱い | 限定的または条件付き |
| 強い | 高温要件 | 製品依存 | 製品依存、高温オプションあり |
| 最も広範な特殊オプション | 最低光減衰量 | 強い | 限定的または条件付き |
| 強い | 限定的または条件付き | 強い | 中程度 |
| 低い | 限定的または条件付き | 強い | 適切なシステムで強い |
| よりプロセス依存 | 標準的な高帯域幅光ネットワーク | 限定的 | 限定的または条件付き |
強い
この表は、普遍的なランキングではなく、一般的な選択の傾向を示しています。
結論
POF、HCS、および従来のガラスファイバーは、異なる産業用通信問題を解決します。POF
は、リンクが短く、設計が大きなコアのカップリング許容度、簡単なコネクタ、簡単な設置、および便利なメンテナンスから恩恵を受ける場合に特に効果的です。HCS
は、シリカコアとハードポリマークラッドを組み合わせ、PMMA POFよりも大幅に低い減衰量を提供しながら、比較的大きなコアを維持します。産業システムが、大きなコアファイバーに関連する設置上の利点をすべて失うことなく、より多くの到達距離または光マージンを必要とする場合に役立ちます。従来のガラスファイバー
は、最低の減衰量、最も強力な長距離能力、および標準的な高帯域幅光アーキテクチャとの広範な互換性を提供しますが、一般的にはより厳密な光アライメントとより制御されたコネクタ接続を必要とします。
単一の勝者はいません。
実用的な産業用ファイバー選択プロセスでは、次を考慮する必要があります。
距離 + 温度 + 光源 + 接続方法 + 環境 + システム全体のコスト
HCSはガラスファイバーの一種ですか?
産業システムでは、POF、HCS、およびガラスファイバーはどのくらいの距離を伝送できますか?
POFは高温の産業機器で使用できますか?
ガラスファイバーの方がはるかに減衰量が低いのに、なぜPOFを使用するのですか?
POFの代わりにHCSを選択すべきなのはいつですか?
エンジニアは産業用光ファイバーを選択する前に、どのような要因を確認すべきですか?