改善沟通在爆炸性环境中

对高速数据通信的需求正在增加，即使在难以到达和工作的偏远地区也是如此。这通常涉及一些非常危险且经常爆炸性的环境，包括石油、天然气、煤炭和深海平台。使用ATEX认证的光纤可以安全可靠地将IT（信息技术）和OT（操作技术）引入重工业和不稳定的环境。

恶劣环境的挑战

作为唯一一家提供经ATEX认证的扩展光束光纤连接器的制造商，Cinch Connectivity Solutions了解所涉及的挑战。本白皮书深入探讨了这些挑战，并解释了为什么克服这些挑战值得付出努力。

对高速数据通信的需求正在增加，即使在难以到达和工作的偏远地区也是如此。这通常涉及一些非常危险且经常爆炸性的环境。这里的“巨人”仍然是石油、天然气和煤炭，通过地表和地下采矿以及深海平台。将这些重工业和危险环境与数据中心更常见的技术相结合并不简单，但将IT（信息技术）和OT（运营技术）更紧密地结合在一起变得越来越重要。

电气设备在爆炸性环境中可能是明显的点火源，这引入了进一步的设计要求。开发能够在爆炸性环境中运行的互连器件还意味着要承受极端温度、湿度、振动、冲击和物理压力。

由于对更高带宽和更低延迟的需求，光纤在这些应用中的使用也在增加。然而，目前，大多数光互连都是基于物理接触的，主要是因为它是最常见的光互连类型。不过，这并不是最好的。在易用性和坚固的灵活性方面，扩展光束技术要优越得多。Cinch Connectivity Solutions 的 Fibreco Geo-Beam™ EX 产品线已获准用于 ATEX 区域 1 和 2，甚至可以在与适当硬件一起使用时用于区域 0。

了解防爆

重要的是要认识到，爆炸性环境或ATEX不仅限于存在明显的易燃物质，例如气体或石油。不幸的是，在不远的过去，面粉厂爆炸是司空见惯的。今天，在允许可燃粉尘的细颗粒循环并与空气混合的地方也存在相同的条件。安全法规已经到位，以保护可能存在这些条件的工人，其中包括防止可燃物质的释放，以及控制潜在点火源的使用。

由于没有可暴露的电气互连，光纤技术似乎是在ATEX环境中提供高速连接的明显选择。使用光提供数据通信不需要电流流动，从而消除了一个明显的点火源。

这就是为什么存在标准来控制可能构成点火形式的技术的使用的原因。要寻找的主要认证是ATEX和IECEx，这些认证通常以ATEX认证，ATEX质量保证通知和IECEx质量评估报告的形式提供。

爆炸性环境的挑战

尽管没有电源，但光纤互连并不被认为是本质安全的。这意味着它在爆炸性环境中的使用需要被旨在消除事故风险的标准所涵盖。

存在四个主要风险，这些可以概括为：

光辐射吸收提高表面温度 - 其中从光纤逸出的光被材料吸收，导致表面温度升高。如果表面温度达到周围区域的着火温度，则可能导致燃烧

可燃材料的光辐射吸收 - 如果逸出的光的波长与可燃材料的吸收带一致，其温度将升高并可能达到点火温度

波长与氧气反应 - 如果使用的波长与局部大气中的氧分子反应，则可能导致氧化剂，这是燃烧所需的三个关键条件之一

与爆炸性气体直接相互作用 - 光也可以直接与爆炸性气体相互作用，产生等离子体或冲击波，两者都是点火源

IEC 60079-28 使用光辐射的保护设备

IEC 标准 IEC 60079-28 专门涉及爆炸性环境中的光辐射。它在世界各地使用，它定义了许多点火源，以及在各种环境中运行的设备所需的保护。这样可以量化安全过程。每个参数都有一个标识号或字母，可用于组件（如连接器）的零件号或规格。定义了三种类型的保护，与在爆炸性环境中使用光辐射源有关，通常称为Ex（参考爆炸物）和op（参考光学保护）。

每个引用的两个字母通常用作组件命名法的一部分，如下所示：

Ex op is - “is”是指“本质上安全”。当以mW/mm2测量时光能量有限时，使用此方法

Ex op pr - “pr”是指“受保护”。在这种情况下，保护是物理的

Ex op sh - “sh”是指“互锁”。这通过中断光传输来防止点火

光纤在ATEX中的优势

使用光纤通信有利于铜有许多好处，适用于许多应用领域。这些包括体重;光纤比铜轻得多，随着带宽需求的增加，光纤成为更好选择的时间点越来越近。使用在同一连接器中结合铜缆和光纤的互连变得越来越普遍，通常是为了提供电源和数据。这是Geo-Beam EX的另一个关键功能，因为它可以容纳在同一防爆外壳中结合光学，电源和信号连接的混合插件。随着光纤成本的不断下降以及对更高带宽的需求不断攀升，融合可能会使铜缆被降级为仅提供电力。

光纤的另一个重要和相关特征是其对EMI的抗扰度。光纤不像铜那样受到电磁辐射的影响，即使是屏蔽铜。此外，它不会发出电磁辐射，这意味着它不会干扰相邻的铜互连。这在包括使用重型机械的应用中尤其重要，在这些应用中，EMI引起的中断可能导致灾难性故障。

使用扩展光束简化光纤连接

由于扩展光束连接器等的发展，现场连接光纤电缆也变得越来越简单。两根光纤之间最常用的连接形式称为物理接触连接，也称为物理连接。物理连接依赖于光纤的两端完全对齐，以便当它们接触时很少或没有光逸出，称为插入损耗。然而，物理连接容易磨损，以及由于灰尘或其他颗粒在两端之间找到的途径而导致SNR下降。扩展光束技术克服了这一点，因为它不依赖于直接或物理连接。相反，它使用透镜来扩展和准直光束，光束穿过两端之间的气隙。在连接的两侧都使用类似的镜头，但它们不需要物理接触。这使得连接更简单，不易磨损。

图1.物理接触技术\扩展光束技术

扩展光束光纤连接器利用透镜来扩展和准直光纤发出的光。这种准直光束通过气隙传输到配对连接器，在那里光被收集并由第二个透镜聚焦到第二根光纤中以完成连接。

光纤连接安全认证

欧盟指令 2014/34/EU（基于指令 99/92/EC 和 94/9/EC），通常称为 ATEX 指令，以及 IEC 标准 IEC 60079-28：2015 在行业内广泛使用。这对于提供在爆炸性环境中使用产品的制造商尤其重要。

ATEX指令使用区域对给定环境中的爆炸可能性进行分类。例如，1区和2区都与爆炸所需的关键元件的存在形成的爆炸性环境有关。这些是易燃物质（如气体、蒸气或薄雾），加上氧化剂和点火源。如果这些情况可能每天都发生，则该区域将被归类为区域1，而如果条件不太可能但可能发生，则将被归类为区域2。爆炸性混合物始终存在或长期存在的区域将被归类为0区。

如前所述，Cinch Connectivity Solutions 的 Geo-Beam™ EX 系列防爆扩展梁连接器专为在危险环境中使用而设计，可将电源、数据和光纤连接整合到单个连接中。因此，它支持可以支持 2、4、6 和 8 个扩展光束光通道的光学插件，以及可以支持 4 个扩展光束光通道和 2 个非光通道或 2 个扩展光束通道和 4 个非光通道的混合插件。这包括在同一插件中使用混合光模式连接。

在危险区域运行

该系列设计用于 1 区和 2 区危险区域，但当与适当的硬件结合使用时，它们也可用于 0 区危险区域。这使其成为石油、天然气和海上钻井、石化炼油厂、化学制造厂和制药等应用的理想选择。

直插式插头和盒装隔板由不锈钢制成。该连接器采用三起梯形耦合方法，具有减小匝数和附加锁定功能。这保证了在完全接合时发出咔嗒声以指示正配接。这些连接器可用于上游、中游和下游应用，并符合ATEX和IECEx标准，分别覆盖欧洲和世界其他地区。

这意味着Geo-Beam™ EX系列用于世界各地的爆炸性和危险环境，包括钻井（石油，天然气，海上），石化炼油厂，化学制造厂和制药行业。这些连接器的典型插入损耗为单模 -1.5 dB，多模连接器的典型插入损耗为 -1.0 dB。单模回波损耗典型值为40 dB，额定值为IP67。有关Cinch Connectivity Solution扩展光束技术的更多信息，请参见此处。

满足危险环境中的连接需求

光纤连接的使用正在从受控环境（如数据中心）转移到重工业领域，如采矿和石化制造。这些是可能发生爆炸性事件的危险区域。

工程界认识到在爆炸性环境中使用光纤的需求和挑战。通过各自领域领导者的共同努力，该行业制定了确保光纤在爆炸性环境中安全运行的标准。

审核编辑：郭婷