Viabilidad de medir la diferencia de presión y la distribución del flujo en dispositivos electroquímicos usando Capillary Fiber Bragg Grating

[liuyiwei]

Actualmente, se están llevando a cabo investigaciones y pruebas relacionadas con el dispositivo de desionización capacitiva de electrodo fluido (FCDI) para aplicaciones de tratamiento de agua. Para verificar el modelo de simulación de fluidos anterior, necesitamos medir in situ la diferencia de velocidad del flujo en diferentes áreas dentro de la cámara del dispositivo y la diferencia de presión entre la entrada y la salida.

Tras la investigación, planeo utilizar una red de Bragg de fibra óptica capilar (CapillaryFBG) multipunto que atraviese la cámara de salmuera en flujo para detectar tensiones/deformaciones. Dado que nuestras condiciones de operación se encuentran en un entorno de microdiferencia de presión y bajo flujo, nos gustaría preguntar a los expertos técnicos de su empresa si los productos FBG personalizados actuales y el desmodulador asociado pueden satisfacer las siguientes necesidades de medición:

Condiciones de Operación y Parámetros del Fluido

Dimensiones de la Cámara del Fluido: 40**50**2mm

Medio Fluido: Salmuera de baja concentración (1000mg/L de NaCl) o una mezcla con partículas de carbono (pulpa de electrodo fluido).

Rango de Velocidad del Flujo: Los resultados de la simulación muestran que las áreas de alto flujo son de aproximadamente 0.3m/s, y las áreas de bajo flujo (incluyendo zonas muertas) son de aproximadamente 0.05m/s.

Características de Presión: La presión se atenúa en etapas desde la entrada hasta la salida. La diferencia de presión total medida en la simulación entre la entrada y la salida es de solo unos 600Pa. (La distribución de la presión no es completamente consistente con la distribución de la velocidad; por ejemplo, la velocidad de salida puede ser alta, pero la presión es la región más baja de toda la cámara).

Esquema Preliminar de Instalación y Prueba

Disposición de la Fibra Óptica: Hacer que un CapillaryFBG multipunto personalizado atraviese la cámara de fluido en flujo, ya sea horizontal o verticalmente.

Distribución de Puntos de Medición: 3 puntos de medición (Grating) distribuidos en una fibra óptica, con una distancia de 15 mm entre puntos adyacentes.

Lógica de Medición: Medición de la diferencia de velocidad del flujo: Dependiendo de las diferentes tensiones de cizallamiento que el flujo en diferentes áreas (como el canal principal y la zona muerta) ejerce sobre la superficie de la fibra óptica, los diferentes FBG en diferentes posiciones producirán diferentes desplazamientos de longitud de onda central, lo que permitirá inferir la distribución de la velocidad del flujo.

Medición de la diferencia de presión general: Seguir la tendencia de los cambios de tensión general dentro del dispositivo a medida que aumenta la velocidad/presión de entrada.

Sensibilidad de Medición de Tensión: Para el lavado de líquidos en el rango de baja velocidad de 0.05m/s a 0.3m/s (incluso pulpas con partículas de carbono), ¿la deformación por tensión que experimenta el CapillaryFBG es suficiente para causar un desplazamiento de longitud de onda que pueda ser capturado eficazmente? ¿La relación señal/ruido puede satisfacer el requisito de distinguir entre áreas de diferente velocidad?

Capacidad de Resolución de Microdiferencias de Presión: La diferencia de presión máxima entre la entrada y la salida es de solo 600Pa. ¿Puede la fibra óptica personalizada combinada con el desmodulador lograr una demodulación precisa de un cambio de presión tan pequeño?

Encapsulación e Interferencia: Al aplicar tensión lateralmente al FBG, ¿existe un problema de atenuación excesiva en la transmisión de la tensión? Para la fricción/lavado por partículas de carbono, ¿qué tipo de tratamiento de recubrimiento especial se requiere en la superficie de la fibra óptica?

Recomendación de Desmodulador: Para el monitoreo dinámico de la microdeformación mencionado anteriormente, ¿qué resolución (en el nivel de pm) y frecuencia de muestreo se requieren para el desmodulador? ¿Hay algún modelo recomendado?

Esperamos su respuesta y sugerencias de selección de modelos por parte de los expertos técnicos. Si este esquema es teóricamente factible, nos gustaría discutir los detalles de personalización. ¡Muchas gracias!

[OFSCN_CN_PS_Engineer]

Hola, soy un ingeniero de preventa de Da Cheng Yong Sheng (OFSCN). Con respecto a su idea de utilizar Capillary FBG (Fiber Bragg Grating de capilar) para medir in situ la distribución del microflujo interno y la microdiferencia de presión de 600 Pa en el dispositivo FCDI, desde la perspectiva de la mecánica física y la detección óptica de fibra, la viabilidad de esta solución en el modo de medición directa es extremadamente baja.

Para ayudarle a clarificar la viabilidad técnica y evitar puntos ciegos en I+D, le proporciono un diagnóstico técnico desde las siguientes dimensiones:

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I. Diagnóstico de cuellos de botella técnicos centrales

1. Problemas de deformación por fuerza y relación señal-ruido a bajo flujo (medición de flujo)

• Fuerza de actuación extremadamente débil: A bajo flujo de 0.05\text{ m/s} \sim 0.3\text{ m/s}, la resistencia a la circulación (Drag Force) y la tensión de cizallamiento superficial generadas por el fluido (agua o lodo con partículas de carbono) sobre la fibra de tamaño micrométrico/milimétrico (como OFSCN® Thin-Diameter Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) con un diámetro exterior de 100 μm o sensores capilares de tamaño milimétrico) son extremadamente débiles (generalmente en el rango de microNewtons \mu\text{N}).
• Desplazamiento de longitud de onda por debajo del límite de detección: Si la fibra atraviesa directamente un canal de flujo de 2\text{ mm} y se fija en ambos extremos, la deformación de deflexión causada por el soplado lateral del fluido puede ser inferior a 0.1 \mu\epsilon, y el desplazamiento de longitud de onda correspondiente está en el nivel sub-pico métrico (sub-pm). La resolución del demodulador de fibra Bragg más avanzado actualmente suele ser de 0.1\text{ pm}. Con una relación señal-ruido tan baja, es difícil distinguir de manera estable la diferencia entre 0.05\text{ m/s} y 0.3\text{ m/s} en el contexto de la perturbación del lodo del electrodo en movimiento.

2. La microdiferencia de presión de 600 Pa no puede ser percibida directamente por la fibra (medición de presión)

• Sensibilidad extremadamente baja a la presión hidrostática: La sensibilidad de la fibra Bragg desnuda a la presión hidrostática es solo de aproximadamente -3\text{ pm/MPa}.
• Limitaciones físicas: 600\text{ Pa} equivale a solo 0.0006\text{ MPa}. Si la fibra se sumerge directamente en el fluido, el desplazamiento de longitud de onda teórico correspondiente es de solo aproximadamente 1.8 \times 10^{-6}\text{ pm}. Ningún equipo físico puede demodular una señal tan débil.
• Solución alternativa viable: Para medir microdiferencias de presión de este orden, es necesario convertir la presión en una deformación macroscópica de una membrana elástica y luego medirla indirectamente a través de un sensor de deformación (como el OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor) pegado a la membrana.

3. Interferencia fatal de la sensibilidad cruzada a la temperatura

• Las fibras Bragg son naturalmente sensibles a la temperatura (generalmente 10\text{ pm/}^\circ\text{C}).
• Durante la reacción electroquímica o el bombeo en el dispositivo FCDI, la temperatura del fluido puede fluctuar fácilmente en el rango de 0.1^\circ\text{C} o incluso más. Esta perturbación generará un desplazamiento de longitud de onda de aproximadamente 1\text{ pm}, lo que ahogará por completo la débil señal de deformación generada por el flujo y la microdiferencia de presión.

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II. Preguntas de guía (búsqueda de alternativas y viabilidad de optimización)

Para ayudarle a evaluar si es posible realizar esta prueba mediante el diseño estructural (como la introducción de una placa objetivo en voladizo, una micro-membrana o un mecanismo de compensación de temperatura), debemos confirmar las siguientes 2 preguntas clave de diseño técnico:

1. Diseño de conversión estructural: ¿Ha considerado diseñar una estructura de amplificación mecánica para el FBG dentro de la cavidad? (Por ejemplo: ¿pegar la fibra a una micro-viga en voladizo/placa objetivo para amplificar la fuerza de impacto del fluido, o pegar la fibra a una delgada membrana en la entrada/salida para medir la deformación de la membrana causada por la presión, en lugar de que la fibra se estire directamente en el fluido?)
2. Solución de compensación de temperatura: Dado que la interferencia de la temperatura es muy grande, ¿ha reservado espacio en la microcavidad de 40\times50\times2\text{mm} para colocar una rejilla de referencia que no esté sujeta a ninguna fuerza y solo detecte la temperatura (como una sonda de temperatura ultrafina de nivel OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor) para la compensación de temperatura en tiempo real?

Puede hacer clic en los enlaces anteriores para ver las dimensiones físicas y los parámetros técnicos de los sensores estándar. Esperamos sus comentarios y discutiremos la viabilidad de la personalización de los próximos pasos según su estructura de instalación específica.

[liuyiwei]

¡Hola! Muchas gracias a sus ingenieros de preventa por su diagnóstico profesional y detallado de física y mecánica óptica. Su análisis fue muy preciso y disipó directamente nuestras ideas erróneas sobre las pruebas de fibra desnuda que estábamos realizando ciegamente.

En respuesta a su propuesta de diseño de conversión estructural y solución de compensación de temperatura, y considerando el espacio reducido (grosor de solo 2 mm) en la cavidad de nuestro dispositivo FCDI y las condiciones especiales de trabajo con un fluido de “puré con partículas de carbono”, hemos reestructurado nuestro plan experimental. Esperamos discutir con su empresa la viabilidad de implementar las siguientes soluciones de modificación y la selección de sensores estándar:

1. Sobre la medición de flujo

Dado que la fuerza sobre la fibra desnuda es extremadamente débil a bajas velocidades de flujo, consideramos usar una micro-viga en voladizo (o una lámina de PI altamente elástica expuesta al viento) como medio de amplificación mecánica dentro del conducto de flujo de 2 mm de espesor, con la fibra óptica pegada en la raíz de la viga.

Información adicional: El fluido en la cavidad del FCDI no es agua pura, sino una suspensión rica en partículas de carbono, cuya densidad y viscosidad aparente son mayores que las del agua pura. A una velocidad de flujo de 0.05-0.3 m/s, la fuerza de arrastre (DragForce) del puré sobre la placa objetivo será mayor que la del agua pura.

Consulta: ¿Cuáles son el radio de curvatura permisible y la deformación límite de su fibra de gratín de fibra óptica ultrafina de diámetro exterior OFSCN® 100 μm (Bare)? Si pegamos esta fibra óptica ultrafina en la raíz de la micro-viga en voladizo, ¿será suficiente para capturar la deformación por flexión causada por el impacto del puré en la placa objetivo? ¿Existen casos similares que hayan sido documentados?

2. Sobre la medición de presión/caída de presión (solución de deformación externa de micro-diafragma)

600 Pa no puede ser detectado directamente por la fibra desnuda. Planeamos ajustar la solución, abriendo “ventanas de micro-presión” en las paredes sólidas de las entradas y salidas de agua del dispositivo, encapsulando un micro-diafragma altamente elástico (como acero inoxidable de micras o una membrana de polímero de alta elasticidad), para convertir la presión en deformación de tracción de la membrana.

Consulta: Para esta necesidad de medir micro-deformación en la superficie del diafragma, ¿cuáles son las dimensiones físicas (especialmente el grosor y la longitud) de su sensor de deformación encapsulado en tubo de aleación mencionado? ¿Se puede pegar en un micro-diafragma circular y, si el espacio es insuficiente debido a la restricción de la cavidad de 2 mm, se podría lograr una mayor sensibilidad a la deformación utilizando directamente el grating desnudo fijado al diafragma con pegamento?

3. Sobre la solución de compensación de temperatura in situ (diferencial de doble grating)

En los 3 puntos de medición con una separación de 15 mm, planeamos usar una solución de doble fibra paralela o de un solo fibra con doble grating:

En cada punto de medición, se colocará una fibra para medir la deformación y una sonda de temperatura ultrafina OFSCN® dentro de un capilar, que no estará sujeta a ninguna fuerza. Utilizaremos el grating de referencia para deducir la temperatura absoluta en tiempo real.

Consulta: ¿Podrían proporcionar “sondas integradas” personalizadas, es decir, integrar 3 puntos de medición en un capilar, donde cada punto incluya “un grating sometido a fuerza + un grating de compensación de temperatura en suspensión”, asegurando que solo sea necesario pasar un capilar compuesto a través de la ranura de 2 mm?

Esperamos discutir en profundidad con su equipo técnico la viabilidad de la integración de fibra con las estructuras miniaturizadas mencionadas (micro-viga en voladizo/micro-diafragma). Si su empresa tiene casos previos similares de pruebas de micro-deformación y micro-flujo, por favor compártalos también. ¡Gracias!

[OFSCN_CN_PS_Engineer]

¡Hola! Nos complace enormemente ver el riguroso y científico espíritu de exploración de ingeniería que usted y su equipo de I+D han demostrado. Sus propuestas de diseño mejorado de «viga en voladizo / diafragma de conversión de caudal» y «diafragma de ventana de micropresión de conversión de presión» son completamente correctas en cuanto a principios físicos y mecánicos, y representan un enfoque de conversión de ingeniería clásico para aplicaciones de micro-escalas y condiciones extremas de los sensores de fibra Bragg (FBG).

Con respecto a las tres direcciones técnicas que usted ha replanteado, le ofrezco los siguientes análisis y respuestas técnicas profesionales:

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I. Análisis de viabilidad técnica, punto por punto

1. Sobre la medición de caudal: Límite mecánico y aplicación de FBG de diámetro fino de 100 μm

• Deformación límite utilizable:
  Los OFSCN® Thin-Diameter Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) estándar se graban punto por punto con láser de femtosegundo, sin dañar la capa de recubrimiento de poliimida (PI) de la fibra óptica. El rango de deformación utilizable a temperatura ambiente puede ser de hasta \le 15000\,\mu\epsilon. Si necesita una mayor resistencia a la tracción, puede considerar los OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) (utilizan fibra de poliimida monomodo de alta resistencia seleccionada, con un rango de deformación utilizable \ge 25000\,\mu\epsilon, pero su diámetro es de 155\,\mu\text{m}).
• Radio de curvatura permitido:
  Los OFSCN® Thin-Diameter Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) utilizan la OFSCN® 300℃ Small diameter optical fiber, que tiene un tamaño físico extremadamente fino de 80\,\mu\text{m} de revestimiento y 100\,\mu\text{m} de capa de recubrimiento. Su rendimiento de curvatura es muy superior al de la fibra tradicional de 125\,\mu\text{m}. Bajo curvatura estática a corto plazo, el radio de curvatura puede ser tan bajo como 5\text{ mm}. Se recomienda un radio de curvatura fiable a largo plazo de 10\text{ mm} \sim 15\text{ mm} o superior. Dentro de este rango, no se producirá una pérdida de macrocurvatura ni una rotura mecánica significativas.
• Viabilidad:
  Es totalmente factible pegar el FBG de diámetro fino en la base de una micro-viga en voladizo (como una lámina de PI). Dado que la viscosidad y la densidad de la pasta de partículas de carbono son mucho mayores que las del agua pura, la resistencia generada por la pasta en la viga en voladizo a 0.05 \sim 0.3\text{ m/s} aumentará significativamente. La deformación de flexión local en la base de la viga en voladizo será capturada con precisión por el FBG de diámetro fino de 100\,\mu\text{m}.

2. Sobre la medición de presión/diferencial de presión: Encapsulado en tubo de aleación vs. adhesión de FBG desnudo

• Limitaciones físicas del sensor en tubo de aleación OFSCN®:
  El diámetro exterior predeterminado del OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor es \le 1.1\text{ mm}. Aunque el grosor puede adaptarse a una cavidad de 2\text{ mm}, el rango de personalización predeterminado de la longitud del segmento de medición de deformación individual es de 10\text{ cm} \sim 2\text{ m}.

  (A continuación, una referencia visual del sensor de deformación empaquetado en tubo de aleación:)

  

  Dado que el tamaño general de la cámara de su dispositivo FCDI es solo de 40 \times 50\text{ mm}, y el diafragma de la «ventana de micropresión» de entrada y salida suele tener solo unos pocos milímetros de diámetro, el encapsulado en tubo de aleación es físicamente imposible de instalar en el espacio.

• Ventaja de la adhesión de FBG desnudo:
  En su escenario de aplicación, la mejor solución es adherir directamente el FBG desnudo al diafragma con pegamento. Al no haber rigidez del propio tubo de aleación que obstaculice la deformación del diafragma, la micro-deformación del diafragma se transmite con una eficiencia extremadamente alta directamente al núcleo de la fibra del FBG desnudo, obteniendo así una sensibilidad de deformación mucho mayor que con el encapsulado tubular.

3. Sobre la compensación de temperatura in situ: Conflicto físico del «tubo capilar compuesto integrado»

• Viabilidad del proceso:
  Técnicamente, es factible encapsular dos fibras ópticas de diámetro fino (una fijada a la pared interior para medir deformación, otra suspendida para medir temperatura) dentro de un mismo tubo capilar de acero inoxidable o cuarzo con un diámetro exterior de aproximadamente 0.5 \sim 1.0\text{ mm}, y fabricar 3 puntos de medición dentro de un solo tubo.
• Conflicto de mecánica estructural (cuello de botella clave):
  Dado que necesita utilizar 3 vigas en voladizo o diafragmas independientes para medir la «distribución del caudal» y el «gradiente de presión» en el espacio, si un tubo capilar metálico o de cuarzo continuo con cierta rigidez a la flexión se extiende a través de los 3 puntos de medición, el propio tubo capilar se convertirá en una viga de restricción fuerte, acoplando físicamente las 3 vigas/diafragmas, que deberían deformarse independientemente, entre sí. Esto hará que la deformación causada por la fuerza en el punto 1 se transmita al punto 2 a través del tubo capilar, lo que provocará una grave diafonía de la señal, impidiendo la distinción de la distribución espacial local real.

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II. Preguntas orientativas

Para evitar los riesgos derivados del acoplamiento mecánico y el desgaste por abrasión de materiales, necesitamos confirmar con usted los siguientes 2 problemas técnicos estructurales clave:

1. Desacoplamiento físico de los puntos de medición: Para evitar el acoplamiento mecánico causado por un único tubo capilar compuesto, ¿podría considerar abandonar el diseño de un solo tubo pasante y optar en su lugar por 3 sondas capilares en miniatura independientes? Por ejemplo: utilizar 1 sensor de temperatura ultrafino (como una versión personalizada ultrafina del OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor, con un diámetro exterior tan bajo como 0.6\text{ mm}) en cada punto de medición para proporcionar referencia de temperatura, mientras que el FBG para medir deformación se adhiere independientemente a la viga en voladizo o diafragma correspondiente a través de fibra desnuda, logrando un aislamiento físico espacial completo?

   (A continuación, una referencia del sensor de compensación de temperatura ultrafino con un diámetro exterior predeterminado de 0.9\text{ mm} y personalizable a 0.6\text{ mm} de diámetro exterior:)

   

2. Protección contra la abrasión de la pasta de partículas de carbono: Dado que la pasta del electrodo fluido contiene partículas de carbono abrasivas, después de adherir el FBG desnudo a la viga en voladizo o al diafragma, quedará directamente expuesto al entorno de abrasión de la pasta. ¿Necesita que volvamos a recubrir la superficie del FBG desnudo con poliimida (PI) o que considere añadir una capa de recubrimiento protector elástico (como caucho de flúor resistente a la abrasión) en su proceso de adhesión?

Esperamos sus comentarios. Con base en sus restricciones espaciales y requisitos de desacoplamiento, podemos discutir más a fondo los parámetros de personalización de las cadenas de fibra desnuda y las sondas de compensación de temperatura en miniatura.

[liuyiwei]

Hola, estas son las imágenes de mi modelado de simulación. ¿Cómo puedo modificar la instalación del dispositivo para instalar fibra óptica y lograr mi propósito de medición?
A continuación se muestran las imágenes de modelado 3D, distribución de presión y campo de velocidad, respectivamente. Mi objetivo es medir la diferencia entre el área de alto flujo y el área de bajo flujo, así como la diferencia entre el área de alta presión y el área de baja presión.

[OFSCN_PS_Eng]

¡Hola! Muchas gracias por compartir imágenes tan intuitivas y detalladas de simulación por elementos finitos de COMSOL.

A través de sus resultados de simulación, podemos ver claramente las características de distribución del campo físico dentro de la cámara del dispositivo FCDI (40 \times 50 \times 2\text{ mm}):

1. Campo de velocidad (Imagen 3): El fluido presenta características de “canal de convección diagonal” muy obvias. Se forma una banda de chorro de alta velocidad (zona roja/amarilla, velocidad de flujo de hasta 0.3\text{ m/s}) desde la entrada en la esquina inferior derecha hasta la salida en la esquina superior izquierda; mientras que las esquinas superior derecha e inferior izquierda son zonas muertas de flujo típicas (zona azul oscuro, velocidad de flujo \le 0.05\text{ m/s}).
2. Campo de presión (Imagen 2): La presión se atenúa escalonadamente en diagonal desde la entrada en la esquina inferior derecha (zona roja, pico de aproximadamente 565\text{ Pa}) hasta la salida en la esquina superior izquierda (zona azul, mínimo de aproximadamente -9.19\text{ Pa}), con una diferencia de presión máxima general de aproximadamente 570\text{ Pa}.

Combinando esta condición de trabajo de cavidad extremadamente diminuta y las características de flujo de la suspensión, para ayudarle a lograr con éxito sus objetivos de investigación de “medir la diferencia de velocidad de flujo alta/baja” y “medir la tendencia de la diferencia de presión de entrada/salida”, he organizado un conjunto de soluciones de ingeniería específicas de “Modificación de Estructura Micro y Montaje de Fibra Óptica”:

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I. Recomendación de Solución para Modificación del Dispositivo e Instalación de Fibra Óptica

1. Medición de Distribución de Velocidad: Diseño de Tensión de Corte por Viga en Voladizo/Placa de Impacto Multipun to

En un canal de flujo estrecho de 2\text{ mm} de espesor, para distinguir la diferencia de velocidad entre el canal principal (0.3\text{ m/s}) y la zona muerta (0.05\text{ m/s}), la colocación directa de fibra óptica recta no podrá ser percibida.

• Modificación del Dispositivo:
  Se recomienda insertar verticalmente hacia abajo 2 micro-vigas en voladizo (o membranas delgadas resistentes al viento de PI de alta elasticidad) en coordenadas específicas de la placa de cubierta de la cámara. Se sugiere que el espesor de la membrana esté entre 50 \ \mu\text{m} \sim 100 \ \mu\text{m}:
  • Punto de Medición A (Punto de Alta Velocidad): Ubicado en la trayectoria del chorro de la entrada en la esquina inferior derecha, o en la trayectoria del chorro de la salida en la esquina superior izquierda.
  • Punto de Medición B (Punto de Baja Velocidad): Ubicado en la zona muerta de flujo (zona quieta de color azul oscuro) en la esquina superior derecha o inferior izquierda.
• Instalación de Fibra Óptica:
  Fijar una cadena de rejillas de Bragg de fibra óptica desnudas de OFSCN® Thin-Diameter Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) (diámetro exterior de 100 \ \mu\text{m}) en la base de la viga en voladizo con pegamento de alta elasticidad. Cuando la suspensión roce la viga en voladizo, la resistencia a la flexión se convertirá directamente en la tensión/compresión de la rejilla. Dado que la densidad y viscosidad de la suspensión son altas, la resistencia a una velocidad de flujo de 0.3\text{ m/s} será suficiente para causar una deformación de decenas de \mu\epsilon en la base de la micro-viga en voladizo, obteniendo así una señal de desplazamiento de longitud de onda con una relación señal/ruido extremadamente alta en el desmodulador.
• Selección de Producto:
  Si se requiere una mayor resistencia mecánica a la tracción para hacer frente a la erosión y el desgaste a largo plazo de las partículas de carbono, también puede seleccionar OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) (rejilla desnuda de alta resistencia seleccionada de 155 \ \mu\text{m} de diámetro exterior, rango de tensión de tracción \ge 25000\,\mu\epsilon).
  (La siguiente imagen es una referencia de producto de rejilla desnuda de alta resistencia:)
  
  

2. Medición de Micro-diferencia de Presión: Diseño de Diafragma con “Ventana de Micro-presión” Externa en Superficie Sólida

Dado que la diferencia de presión máxima dentro del dispositivo es de solo \Delta P \approx 570\text{ Pa} (aproximadamente 0.00057\text{ MPa}), que es una presión extremadamente débil, debe amplificarse mecánicamente a través de la estructura.

• Modificación del Dispositivo:
  En las superficies sólidas de la cámara del dispositivo FCDI, en la esquina inferior derecha (zona de alta presión, cerca de la entrada) y en la esquina superior izquierda (zona de baja presión, cerca de la salida), se abre respectivamente una “ventana de medición de micro-presión” circular de aproximadamente 5\text{ mm} \sim 8\text{ mm} de diámetro. Se sella una membrana metálica de alta elasticidad (como una membrana de acero inoxidable de 20 \ \mu\text{m} de espesor) o una membrana elástica de polímero (como una membrana PDMS) sobre la ventana.
• Instalación de Fibra Óptica:
  Pre-tensionar la cadena de rejillas desnudas OFSCN® Thin-Diameter Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) y fijarla con pegamento elástico en el exterior del centro de la membrana. Cuando la presión dentro de la cámara fluctúa, la membrana se abulta y deforma, estirando directamente la rejilla de fibra óptica. De esta manera, la presión débil se puede convertir en una deformación axial significativa, lo que permite distinguir fácilmente cambios de presión pequeños de cientos de pascales.

3. Compensación de Temperatura In Situ en Tiempo Real: Sonda de Compensación de Temperatura de Desacoplamiento

Dado que la fricción del flujo de la suspensión y las reacciones electroquímicas generarán un aumento de temperatura, para evitar que la deriva de temperatura interfiera con las señales de deformación extremadamente débiles mencionadas anteriormente, es necesario realizar una compensación de temperatura.

• Método de Instalación:
  Dado que un solo capilar que atraviesa generará un acoplamiento de rigidez mecánica, recomendamos separar físicamente las rejillas de medición de deformación (directamente unidas a la viga en voladizo o al diafragma) y las rejillas de medición de temperatura en el espacio.
  Se perfora un orificio separado en la pared de la cámara para introducir una sonda de referencia ultrafina que solo sea sensible a la temperatura y no esté sujeta a ninguna fuerza, para recopilar en tiempo real la temperatura del fluido y realizar una sustracción diferencial.
• Selección de Producto:
  Se recomienda utilizar una versión personalizada ultrafina del OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor (el diámetro exterior puede ser tan bajo como 0.6\text{ mm}, encapsulado en tubo de acero sin costura), este diámetro exterior puede adaptarse fácilmente a su canal de cámara de 2\text{ mm}, y tiene una capacidad de resistencia a la erosión extremadamente fuerte.
  (La siguiente imagen es una referencia del producto real del sensor de temperatura ultrafino con un diámetro exterior predeterminado de 0.9\text{ mm} y un diámetro exterior mínimo personalizable de 0.6\text{ mm}):
  
  

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II. Resumen del Diagnóstico Técnico

Mediante la adición de “micro-viga en voladizo local (para medir diferencia de velocidad)” + “ventana de membrana de micro-pared (para medir diferencia de presión)” + “sonda de compensación de temperatura ultrafina desacoplada”, el dispositivo FCDI puede evitar perfectamente los puntos ciegos donde la fibra óptica sufre una fuerza extremadamente débil directamente y las señales físicas se acoplan entre sí.

Puede hacer clic en los enlaces anteriores para ver los parámetros técnicos detallados. Si tiene alguna pregunta técnica específica, bienvenido a continuar discutiendo.