對高速數(shù)據(jù)通信的需求正在增加，即使在難以到達(dá)和工作的偏遠(yuǎn)地區(qū)也是如此。這通常涉及一些非常危險(xiǎn)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(tái)。使用ATEX認(rèn)證的光纖可以安全可靠地將IT（信息技術(shù)）和OT（操作技術(shù)）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(rèn)證的擴(kuò)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(dá)和工作的偏遠(yuǎn)地區(qū)也是如此。這通常涉及一些非常危險(xiǎn)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(tái)。將這些重工業(yè)和危險(xiǎn)環(huán)境與數(shù)據(jù)中心更常見的技術(shù)相結(jié)合并不簡單，但將IT（信息技術(shù)）和OT（運(yùn)營技術(shù)）更緊密地結(jié)合在一起變得越來越重要。

電氣設(shè)備在爆炸性環(huán)境中可能是明顯的點(diǎn)火源，這引入了進(jìn)一步的設(shè)計(jì)要求。開發(fā)能夠在爆炸性環(huán)境中運(yùn)行的互連器件還意味著要承受極端溫度、濕度、振動(dòng)、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(yīng)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?yàn)樗亲畛Ｒ姷墓饣ミB類型。不過，這并不是最好的。在易用性和堅(jiān)固的靈活性方面，擴(kuò)展光束技術(shù)要優(yōu)越得多。Cinch Connectivity Solutions 的 Fibreco Geo-Beam? EX 產(chǎn)品線已獲準(zhǔn)用于 ATEX 區(qū)域 1 和 2，甚至可以在與適當(dāng)硬件一起使用時(shí)用于區(qū)域 0。

了解防爆

重要的是要認(rèn)識(shí)到，爆炸性環(huán)境或ATEX不僅限于存在明顯的易燃物質(zhì)，例如氣體或石油。不幸的是，在不遠(yuǎn)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(xì)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(hù)可能存在這些條件的工人，其中包括防止可燃物質(zhì)的釋放，以及控制潛在點(diǎn)火源的使用。

由于沒有可暴露的電氣互連，光纖技術(shù)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(dòng)，從而消除了一個(gè)明顯的點(diǎn)火源。

這就是為什么存在標(biāo)準(zhǔn)來控制可能構(gòu)成點(diǎn)火形式的技術(shù)的使用的原因。要尋找的主要認(rèn)證是ATEX和IECEx，這些認(rèn)證通常以ATEX認(rèn)證，ATEX質(zhì)量保證通知和IECEx質(zhì)量評估報(bào)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(rèn)為是本質(zhì)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(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)所涵蓋。

存在四個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)，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(dǎo)致表面溫度升高。如果表面溫度達(dá)到周圍區(qū)域的著火溫度，則可能導(dǎo)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(dá)到點(diǎn)火溫度

波長與氧氣反應(yīng) - 如果使用的波長與局部大氣中的氧分子反應(yīng)，則可能導(dǎo)致氧化劑，這是燃燒所需的三個(gè)關(guān)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(diǎn)火源

IEC 60079-28 使用光輻射的保護(hù)設(shè)備

IEC 標(biāo)準(zhǔn) 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(diǎn)火源，以及在各種環(huán)境中運(yùn)行的設(shè)備所需的保護(hù)。這樣可以量化安全過程。每個(gè)參數(shù)都有一個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)或字母，可用于組件（如連接器）的零件號(hào)或規(guī)格。定義了三種類型的保護(hù)，與在爆炸性環(huán)境中使用光輻射源有關(guān)，通常稱為Ex（參考爆炸物）和op（參考光學(xué)保護(hù)）。

每個(gè)引用的兩個(gè)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(zhì)上安全”。當(dāng)以mW/mm2測量時(shí)光能量有限時(shí)，使用此方法

Ex op pr - “pr”是指“受保護(hù)”。在這種情況下，保護(hù)是物理的

Ex op sh - “sh”是指“互鎖”。這通過中斷光傳輸來防止點(diǎn)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(yīng)用領(lǐng)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(shí)間點(diǎn)越來越近。使用在同一連接器中結(jié)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(gè)關(guān)鍵功能，因?yàn)樗梢匀菁{在同一防爆外殼中結(jié)合光學(xué)，電源和信號(hào)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(huì)使銅纜被降級(jí)為僅提供電力。

光纖的另一個(gè)重要和相關(guān)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(huì)發(fā)出電磁輻射，這意味著它不會(huì)干擾相鄰的銅互連。這在包括使用重型機(jī)械的應(yīng)用中尤其重要，在這些應(yīng)用中，EMI引起的中斷可能導(dǎo)致災(zāi)難性故障。

使用擴(kuò)展光束簡化光纖連接

由于擴(kuò)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(dāng)它們接觸時(shí)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(dǎo)致SNR下降。擴(kuò)展光束技術(shù)克服了這一點(diǎn)，因?yàn)樗灰蕾囉谥苯踊蛭锢磉B接。相反，它使用透鏡來擴(kuò)展和準(zhǔn)直光束，光束穿過兩端之間的氣隙。在連接的兩側(cè)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(shù)\擴(kuò)展光束技術(shù)

擴(kuò)展光束光纖連接器利用透鏡來擴(kuò)展和準(zhǔn)直光纖發(fā)出的光。這種準(zhǔn)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(gè)透鏡聚焦到第二根光纖中以完成連接。

光纖連接安全認(rèn)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(biāo)準(zhǔn) 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?qū)o定環(huán)境中的爆炸可能性進(jìn)行分類。例如，1區(qū)和2區(qū)都與爆炸所需的關(guān)鍵元件的存在形成的爆炸性環(huán)境有關(guān)。這些是易燃物質(zhì)（如氣體、蒸氣或薄霧），加上氧化劑和點(diǎn)火源。如果這些情況可能每天都發(fā)生，則該區(qū)域?qū)⒈粴w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?qū)⒈粴w類為0區(qū)。

如前所述，Cinch Connectivity Solutions 的 Geo-Beam? EX 系列防爆擴(kuò)展梁連接器專為在危險(xiǎn)環(huán)境中使用而設(shè)計(jì)，可將電源、數(shù)據(jù)和光纖連接整合到單個(gè)連接中。因此，它支持可以支持 2、4、6 和 8 個(gè)擴(kuò)展光束光通道的光學(xué)插件，以及可以支持 4 個(gè)擴(kuò)展光束光通道和 2 個(gè)非光通道或 2 個(gè)擴(kuò)展光束通道和 4 個(gè)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(xiǎn)區(qū)域運(yùn)行

該系列設(shè)計(jì)用于 1 區(qū)和 2 區(qū)危險(xiǎn)區(qū)域，但當(dāng)與適當(dāng)?shù)挠布Y(jié)合使用時(shí)，它們也可用于 0 區(qū)危險(xiǎn)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(xué)制造廠和制藥等應(yīng)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(shí)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(yīng)用，并符合ATEX和IECEx標(biāo)準(zhǔn)，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(xiǎn)環(huán)境，包括鉆井（石油，天然氣，海上），石化煉油廠，化學(xué)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(guān)Cinch Connectivity Solution擴(kuò)展光束技術(shù)的更多信息，請參見此處。

滿足危險(xiǎn)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(zhuǎn)移到重工業(yè)領(lǐng)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(xiǎn)區(qū)域。

工程界認(rèn)識(shí)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(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)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(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯：郭婷