อะไรคือปัจจัยที่กำหนดขีดจำกัดรัศมีการโค้งของสายโคแอกเซียลแบบพิเศษบาง?

ในแอปพลิเคชันขั้นสูงสำหรับการแพทย์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ตั้งแต่แขนหุ่นยนต์ทางการแพทย์ไปจนถึงแว่นตา AR/VR ขนาดเล็ก พื้นที่ใช้งานมีความจำกัดอย่างยิ่ง นักพัฒนาจึงเริ่มพึ่งพาสายโคแอกเซียลแบบอัลตรา-ฟายน้อยลงเรื่อยๆ เพื่อส่งข้อมูลความเร็วสูงและพลังงานภายในชุดประกอบแบบไดนามิกที่มีความหนาแน่นสูงเหล่านี้ ข้อกำหนดสำคัญอย่างหนึ่ง—แม้มักถูกเข้าใจผิดบ่อยครั้ง—สำหรับสายขนาดจุลภาคเหล่านี้ คือ รัศมีการโค้งขั้นต่ำ การเกินข้อจำกัดนี้อาจนำไปสู่ความล้มเหลวของสัญญาณอย่างรุนแรงได้อย่างง่ายดาย แต่แท้จริงแล้ว อะไรคือปัจจัยที่กำหนดข้อกำหนดสำคัญนี้? มันไม่ใช่ค่าคงที่เพียงค่าเดียว แต่เป็นผลจากการโต้ตอบกันอย่างซับซ้อนระหว่างหลักฟิสิกส์ วัสดุ และการออกแบบเชิงเทคนิค

ปริศนาหลัก: ความเครียดและความเครียดของวัสดุ

ข้อจำกัดที่สำคัญที่สุดถูกควบคุมโดยวิทยาศาสตร์ด้านผลิตภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเครียด (stress) และการเปลี่ยนรูป (strain) เมื่อสายเคเบิลโค้ง ผิวด้านนอกของมันจะยืดออก (แรงดึง) ในขณะที่ผิวด้านในจะหดตัว (แรงกด) สำหรับตัวนำหลักซึ่งโดยทั่วไปทำจากทองแดง หรือทองแดงชุบเงิน ความเครียดสูงมากและซ้ำๆ จะก่อให้เกิดปรากฏการณ์การแข็งตัวจากการทำงาน (work hardening) และในที่สุดนำไปสู่การแตกหักเนื่องจากความล้า (fatigue fracture) ยิ่งตัวนำมีขนาดเล็กลง (เช่น เบอร์ AWG 44 หรือเล็กกว่านั้น) ความเข้มข้นของแรงดึงนี้ก็จะรุนแรงยิ่งขึ้นเท่านั้น สำหรับรัศมีการโค้งที่กำหนดไว้ ดังนั้น ตัวกำหนดรัศมีการโค้งที่สำคัญที่สุดคือความเหนียว (ductility) และความสามารถในการต้านทานความล้าของโลหะผสมที่ใช้ทำตัวนำ รวมทั้งรูปแบบการถักเกลียว (stranding style) ของตัวนำ ตัวนำที่ถักเกลียวอย่างพิถีพิถันสามารถทนต่อการโค้งงอที่แคบลงได้ดีกว่าตัวนำที่ถักแน่นหนา แนวคิดนี้มีความสำคัญยิ่งต่อความทนทานของชุดสายไฟสำหรับหุ่นยนต์ (Robotics Wire Harnesses) และชุดสายไฟสำหรับกล้องแบบกิมบอล (gimbal video cable harnesses) ซึ่งมีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง

ปริศนาด้านไดอิเล็กทริก: การยุบตัวภายใต้แรงกดและเสถียรภาพทางไฟฟ้า

บริเวณที่อยู่ติดกับตัวนำคือชั้นป้องกันแบบไดอิเล็กทริก ผลิตภัณฑ์ชนิดนี้จึงไม่เพียงแต่ต้องมีความหลากหลายในการใช้งานเท่านั้น แต่ยังต้องมีความทนทานสูงด้วย เมื่อมีการโค้งงออย่างรุนแรง วัสดุไดอิเล็กทริกที่เรียบเนียนอาจเกิดการเปลี่ยนรูปอย่างถาวร (compression set) ภายใต้แรงกดเป็นเวลานาน ส่งผลให้คุณสมบัติลดลง ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงรูปทรงของสายเคเบิล ความเปลี่ยนรูปดังกล่าวจะส่งผลต่อระยะห่างที่สำคัญระหว่างตัวนำหลักกับชั้นป้องกัน ทำให้ความต้านทานเชิงลักษณะ (characteristic impedance) ที่ควบคุมไว้ผิดเพี้ยน ซึ่งอาจกระทบต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณอย่างรุนแรงในชุดสายเคเบิล USB4 หรือแม้แต่ในชุดสายเคเบิล LVDS สำหรับกล้องส่องตรวจระบบ 4K ได้เช่นกัน รัศมีการโค้งงอจึงควรมีขนาดใหญ่พอที่จะรับประกันว่าชั้นไดอิเล็กทริกจะสามารถคืนรูปสู่สภาพเดิมได้อย่างสมบูรณ์ จึงรักษาประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่มีความเสถียรและสม่ำเสมอไว้ได้ตลอดวงจรการโค้งงอซ้ำๆ

ชั้นป้องกันเป็นหนึ่งในส่วนที่มีแนวโน้มจะได้รับความเสียหายจากการโค้งงอได้มากที่สุด ตัวป้องกันแบบฟอยล์สามารถหักหรือแตกหักได้ง่ายเช่นกัน ขณะที่ตัวป้องกันแบบถักเกลียวหรือแบบถักแน่นพิเศษอาจไม่สามารถรับมือกับเส้นผมที่เสียหายได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมทั้งการเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าภายใต้สภาวะการโค้งงอซ้ำๆ หรือจำกัดได้ยากขึ้น ตัวป้องกันที่เสื่อมสภาพลงอย่างรุนแรงจะทำให้การลดทอนสัญญาณเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ รวมทั้งเพิ่มความไวต่อการรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ซึ่งอาจทำให้สัญญาณเสียงรบกวนสัญญาณที่ละเอียดอ่อนในสายเคเบิล EEG แบบ top หรือแม้แต่ทำให้ประจุไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากสายเคเบิล RF ablation รบกวนอุปกรณ์อื่นๆ ได้ รัศมีการโค้งงอขั้นต่ำถูกกำหนดขึ้นเนื่องจากปัจจัยที่การออกแบบของชั้นป้องกันเริ่มเสื่อมประสิทธิภาพ จนสูญเสียความสามารถในการป้องกันเต็มรูปแบบ 100% และประสิทธิภาพในการป้องกันพื้นหลังไปด้วย นี่คือปัจจัยสำคัญที่จำเป็นต้องพิจารณาในการออกแบบสายเคเบิลสำหรับหัววัดอัลตราซาวด์ (ultrasound probe cables) และสายเคเบิลสำหรับกล้องส่องภายใน (endoscope cables) ของเรา

ความสอดคล้องของระบบ: ฉนวนหุ้มภายนอก (Jacket), การจัดเรียงของสาย (Lay), และความต้องการเฉพาะตามการใช้งาน

สุดท้าย รัศมีการโค้งจะถูกกำหนดขึ้นเนื่องจากการจัดวางสายไฟสำเร็จรูป ผลิตภัณฑ์ที่มีชั้นเคลือบแข็งสามารถช่วยกระจายแรงตึงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ก็อาจจำกัดการเคลื่อนไหวหากมีความแข็งเกินไป อีกทั้งสิ่งที่สำคัญยิ่งกว่านั้นคือ ในชุดสายหลายเส้น (ซึ่งพบได้ทั่วไปในสาย ICE หรือแม้แต่สาย IVUS) รูปทรงเรขาคณิตของการบิดภายในมีความสำคัญอย่างยิ่ง การบิดแบบเกลียวที่ควบคุมได้จะทำให้สายแต่ละเส้นสามารถเลื่อนไถลรอบกันและกันขณะโค้งงอ สร้างแกนกลาง (neutral axis) ที่ช่วยลดแรงเครียดต่อสายแต่ละเส้น ข้อจำกัดสูงสุดจะถูกกำหนดโดยปัญหาที่ท้าทายที่สุด นั่นคือ สายดังกล่าวจะถูกโค้งเพียงครั้งเดียว (fixed bend) หรือต้องผ่านการโค้งซ้ำๆ อย่างต่อเนื่อง (dynamic bending) ตลอดจำนวนครั้งนับไม่ถ้วน รัศมีที่เหมาะสมสำหรับสายตรวจวินิจฉัยทางช่องปากแบบคงที่ (fixed oral observing cable) จะเล็กกว่ารัศมีที่เหมาะสมสำหรับสายไฟระบบหุ่นยนต์การแพทย์แบบเคลื่อนไหวต่อเนื่อง (continuously articulating medical robotic harness) อย่างมาก

ที่บริษัท Hotten Electronic Wire Technology รัศมีการโค้งต่ำสุดถูกกำหนดผ่านการออกแบบตัวนำ การเลือกวัสดุไดอิเล็กตริก โครงสร้างของชั้นป้องกัน และการทดสอบการทนต่อแรงกระทำซ้ำแบบไดนามิก ด้วยการเลือกจำนวนและรูปแบบของการถักเกลียวของตัวนำ โพลิเมอร์ไดอิเล็กตริก โครงสร้างของชั้นป้องกัน (guard design) รวมทั้งรูปแบบการประกอบโดยรวมอย่างแม่นยำ ทีมงานของเราจึงสามารถระบุและตรวจสอบขอบเขตการโค้งที่รับประกันความเชื่อถือได้ในระยะยาวและความเสถียรของสัญญาณได้ สำหรับลูกค้าของเราในภาคการแพทย์และตลาดสมัยใหม่ สิ่งนี้หมายถึงบริการสายเคเบิลที่เหมาะสมกับประเภทขององค์ประกอบที่ลูกค้าใช้งาน โดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพซึ่งเป็นลักษณะสำคัญที่กำหนดผลิตภัณฑ์ของพวกเขา