Viabilité de la mesure des gradients de pression et des distributions de vitesse à l'aide de Capillary Fiber Bragg Grating dans des dispositifs électrochimiques miniaturisés

[liuyiwei]

Des recherches et des tests pertinents sont en cours sur un dispositif de déionisation par électrodes mobiles (FCDI) pour des applications de traitement de l’eau. Afin de valider le modèle de simulation fluidique précédent, nous devons mesurer in situ les différences de vitesse d’écoulement dans différentes zones de la chambre de l’appareil, ainsi que la différence de pression entre l’entrée et la sortie.

Après recherches, j’ai l’intention d’utiliser des réseaux de Bragg en fibre optique capillaires (CapillaryFBG) multipoints pour traverser la chambre de saumure en écoulement afin de détecter les contraintes/déformations. Étant donné que nos conditions de fonctionnement relèvent d’un environnement à micro-différentiel de pression et à faible vitesse d’écoulement, je souhaiterais demander aux experts techniques de votre entreprise si les produits FBG personnalisés actuels et les démodulateurs associés peuvent répondre aux besoins de mesure suivants :

Conditions de fonctionnement et paramètres fluidiques

Dimensions de la chambre fluidique : 40**50**2 mm

Milieu fluide : Saumure à faible concentration (1000 mg/L de NaCl) ou un mélange contenant des particules de carbone (boue d’électrodes mobiles).

Plage de vitesse d’écoulement : Les résultats de simulation indiquent que la zone à haute vitesse d’écoulement est d’environ 0,3 m/s, et la zone à faible vitesse d’écoulement (y compris les zones mortes) est d’environ 0,05 m/s.

Caractéristiques de pression : La pression diminue progressivement de l’entrée à la sortie. Le différentiel de pression total mesuré par simulation entre l’entrée et la sortie n’est qu’environ 600 Pa. (La distribution de la pression n’est pas entièrement cohérente avec la distribution de la vitesse ; par exemple, la vitesse de sortie peut être élevée, mais la pression y est la plus basse de toute la chambre).

Schéma préliminaire d’installation et de test

Disposition de la fibre optique : faire passer une CapillaryFBG multipoint personnalisée horizontalement ou verticalement à travers toute la chambre de fluide en écoulement.

Disposition des points de mesure : 3 points de mesure (Grating) sur une seule fibre optique, avec un espacement de 15 mm entre les points adjacents.

Logique de mesure : Mesure de la différence de vitesse d’écoulement : En s’appuyant sur la différence de contrainte de cisaillement exercée par le fluide sur la surface de la fibre optique dans différentes zones (par exemple, canal principal et zone morte), différents FBG à différentes positions produiront des dérives de longueur d’onde centrales différentes, permettant ainsi d’en déduire la distribution de la vitesse d’écoulement.

Mesure du différentiel de pression global : Suivre la tendance des variations de contrainte globales à l’intérieur de l’appareil à mesure que la vitesse/pression d’entrée augmente.

Sensibilité à la mesure de contrainte : Pour le lavage par liquide (ou même par boue contenant des particules de carbone) dans la plage de faible vitesse d’écoulement de 0,05 m/s à 0,3 m/s, la déformation induite par la force sur la CapillaryFBG est-elle suffisante pour provoquer une dérive de longueur d’onde qui peut être efficacement capturée ? Le rapport signal/bruit peut-il satisfaire aux exigences de différenciation des zones de vitesse d’écoulement ?

Capacité de résolution des micro-différentiels de pression : Le différentiel de pression maximal entre l’entrée et la sortie n’est que de 600 Pa. La fibre optique personnalisée combinée au démodulateur peut-elle réaliser une démodulation précise d’une variation de pression aussi faible ?

Encapsulation et interférences : Lors d’une contrainte latérale, le FBG présente-t-il un problème d’atténuation excessive du transfert de contrainte ? Pour le frottement/lavage par des particules de carbone, quel traitement de revêtement spécial est nécessaire pour la surface de la fibre optique ?

Recommandation de démodulateur : Pour la surveillance dynamique des micro-déformations susmentionnées, quel niveau de résolution (en pm) et quelle fréquence d’échantillonnage le démodulateur doit-il avoir ? Des modèles sont-ils recommandés ?

J’attends avec impatience les réponses et les suggestions de sélection des experts techniques. Si ce plan est théoriquement réalisable, j’aimerais discuter des détails de la personnalisation. Merci beaucoup !

[OFSCN_CN_PS_Engineer]

Bonjour, je suis un ingénieur avant-vente chez Dacheng Yongsheng (OFSCN). Concernant votre idée d’utiliser des capteurs à réseau de Bragg en fibre optique capillaire (Capillary FBG) pour mesurer in situ la distribution des micro-vitesses et la micro-différence de pression de 600 Pa à l’intérieur d’un dispositif FCDI, d’un point de vue de la mécanique physique et de la détection par fibre optique, la faisabilité de ce schéma en mode de mesure directe est extrêmement faible.

Pour vous aider à clarifier la faisabilité technique et à éviter les impasses en R&D, je vous propose un diagnostic technique selon les dimensions suivantes :

---

Diagnostic des principaux goulots d’étranglement techniques

1. Problèmes de déformation par contrainte et de rapport signal/bruit à faible vitesse d’écoulement (mesure de vitesse)

• Force de contrainte extrêmement faible : À de faibles vitesses d’écoulement de 0,05 \text{ m/s} \sim 0,3 \text{ m/s}, la résistance à l’écoulement (Drag Force) et la contrainte de cisaillement de surface exercées par le fluide (eau ou boue carbonée) sur des fibres de diamètre micrométrique/millimétrique (telles que les OFSCN® Capteurs à réseau de Bragg en fibre de petit diamètre / FBG Strings (dénudés) de 100 µm de diamètre extérieur ou les capteurs capillaires de millimètre) sont extrêmement faibles (généralement de l’ordre du micronewton \mu\text{N}).
• Dérive de longueur d’onde inférieure à la limite de détection : Si la fibre traverse directement un canal d’écoulement de 2 \text{ mm} et est fixée aux deux extrémités, la déflexion due à l’écoulement latéral du fluide peut être inférieure à 0,1 \mu\epsilon, ce qui correspond à une dérive de longueur d’onde de niveau sub-picomètre (sub-pm). Actuellement, la résolution des demodulateurs de réseau de Bragg en fibre optique les plus performants est généralement de 0,1 \text{ pm}. Avec un rapport signal/bruit aussi faible, il est difficile de distinguer de manière stable la différence entre 0,05 \text{ m/s} et 0,3 \text{ m/s} dans le contexte des perturbations de la boue de l’électrode en mouvement.

2. Une micro-différence de pression de 600 Pa ne peut pas être directement perçue par la fibre (mesure de pression)

• Très faible sensibilité à la pression hydrostatique : La sensibilité à la pression hydrostatique des réseaux de Bragg en fibre dénudée n’est que d’environ -3 \text{ pm/MPa}.
• Limites physiques : 600 \text{ Pa} équivaut seulement à 0,0006 \text{ MPa}. Si la fibre est directement immergée dans le fluide, la dérive de longueur d’onde correspondante n’est théoriquement que d’environ 1,8 \times 10^{-6}\text{ pm}. Aucun équipement physique ne peut démoduler un signal aussi faible.
• Solution de remplacement réalisable : Pour mesurer une micro-différence de pression de cette ampleur, il est nécessaire de convertir la pression en une déformation macroscopique d’une membrane élastique, puis de mesurer indirectement en collant un capteur de contrainte (tel qu’un capteur de contrainte à réseau de Bragg en fibre encapsulé dans un tube d’alliage OFSCN®) sur la membrane.

3. Interférence critique de sensibilité croisée à la température

• Les réseaux de Bragg en fibre sont naturellement sensibles à la température (généralement 10 \text{ pm/}^\circ\text{C}).
• Lors des réactions électrochimiques ou du pompage dans le dispositif FCDI, la température du fluide subit facilement des perturbations de l’ordre de 0,1 ^\circ\text{C} ou plus. Cette perturbation provoquera une dérive de longueur d’onde d’environ 1 \text{ pm}, ce qui masquera complètement le faible signal de contrainte généré par la vitesse d’écoulement et la micro-différence de pression.

---

Deuxième étape : Questions de guidage (recherche de solutions alternatives et d’optimisation)

Pour vous aider à évaluer si ce test peut être réalisé grâce à une conception structurelle (telle que l’introduction d’une palette en forme de cantilever, d’une micro-membrane ou d’un mécanisme de compensation de température), nous devons confirmer les 2 questions clés de conception technique suivantes :

1. Conception de conversion structurelle : Avez-vous envisagé de concevoir une structure d’amplification mécanique pour le FBG dans la cavité ? (Par exemple : coller la fibre sur un micro-cantilever/une palette pour amplifier la force d’impact du fluide, ou coller la fibre sur une fine membrane à l’entrée/sortie pour mesurer la déformation de la membrane causée par la pression, plutôt que de laisser la fibre se tendre et subir directement la force dans le fluide ?)
2. Solution de compensation de température : Compte tenu de la forte interférence de la température, avez-vous prévu de l’espace dans la micro-cavité de 40 \times 50 \times 2 \text{mm} pour installer une grille de référence (telle qu’une sonde de température ultra-fine de type capteur de température à réseau de Bragg en fibre OFSCN® 100°C) qui ne subit aucune contrainte mécanique et ne détecte que la température, afin d’effectuer une compensation de température en temps réel ?

Vous pouvez cliquer sur les liens ci-dessus pour consulter les dimensions physiques et les paramètres techniques des capteurs standard. Nous attendons votre retour avec impatience afin d’étudier la faisabilité d’une personnalisation basée sur votre structure d’installation spécifique.

[liuyiwei]

Bonjour ! Nous vous remercions sincèrement pour le diagnostic professionnel et détaillé de votre ingénieur avant-vente en mécanique et optique. Votre analyse était très précise et a directement dissipé notre idée fausse concernant les tests sur fibre nue.

Compte tenu des contraintes d’espace restreint de notre appareil FCDI (épaisseur de seulement 2 mm) et de la spécificité du fluide qui est une « suspension de particules carbonées », ainsi que de vos propositions de conception de conversion structurelle et de solution de compensation de température, nous avons repensé notre approche expérimentale. Nous souhaiterions discuter plus avant avec votre entreprise de la faisabilité de mise en œuvre des solutions de modification suivantes et de la sélection de capteurs standard :

1. Concernant la mesure du débit

Puisque la fibre nue subit une force très faible à faible débit, nous envisageons d’utiliser une micro-cantilever (ou une fine plaque PI hautement élastique orientée vers le vent) comme milieu d’amplification mécanique dans le canal d’écoulement de 2 mm d’épaisseur, avec la fibre optique collée à la base de la poutre.

Informations supplémentaires sur les paramètres : Le fluide dans la cavité FCDI n’est pas de l’eau pure, mais une suspension riche en particules de carbone, dont la densité et la viscosité apparente sont supérieures à celles de l’eau pure. À des débits de 0,05 à 0,3 m/s, la force de traînée exercée par la suspension sur la plaque cible sera supérieure à celle de l’eau pure.

Question : Quelles sont le rayon de courbure admissible et la déformation limite de votre fibre optique à grille de Bragg ultra-fine OFSCN® de 100 μm de diamètre extérieur (Bare) ? Si nous collons cette fibre optique ultra-fine à la base d’une micro-cantilever, sera-t-il suffisant pour capturer la déformation de flexion causée par l’impact de la suspension sur la plaque cible ? Avez-vous des cas similaires déjà réalisés ?

2. Concernant la mesure de pression / différentielle (solution de contrainte externe sur micro-diaphragme)

600 Pa ne peut pas être directement détecté par une fibre nue. Nous prévoyons d’ajuster la solution en créant des « fenêtres de micro-pression » sur les parois solides des orifices d’entrée et de sortie de l’appareil, en y encapsulant un micro-diaphragme hautement élastique (par exemple, en acier inoxydable micrométrique ou en membrane polymère hautement élastique), convertissant ainsi la pression en contrainte de traction de la membrane.

Question : Pour ce besoin de mesure de micro-contrainte à la surface du diaphragme, quelles sont les dimensions physiques (en particulier l’épaisseur et la longueur) du capteur de contrainte encapsulé dans un tube en alliage que vous avez mentionné ? Peut-il être collé sur un micro-diaphragme circulaire ? Si l’espace est insuffisant en raison de la restriction de la cavité de 2 mm, l’utilisation directe d’une grille de Bragg nue collée sur le diaphragme pourrait-elle atteindre une sensibilité de déformation plus élevée ?

3. Concernant la solution de compensation de température in situ (différentielle à double grille)

Sur les 3 points de mesure espacés de 15 mm, nous prévoyons d’utiliser une solution à double fibre parallèle ou à double grille sur une seule fibre :

À chaque point de mesure, une fibre pour mesurer la contrainte sera placée, ainsi qu’une sonde de température ultra-fine OFSCN® logée dans un capillaire, n’étant absolument pas soumise à la contrainte. La grille de référence sera utilisée pour déduire la température absolue en temps réel.

Question : Pouvez-vous fournir des « sondes intégrées » personnalisées, c’est-à-dire intégrant 3 points de mesure dans un seul capillaire, chaque point de mesure comprenant simultanément « une grille sous contrainte + une grille de compensation de température flottante », afin qu’une seule capillary composite ne doive traverser la fente de 2 mm ?

Nous sommes impatients de discuter en profondeur avec votre équipe technique de la faisabilité de l’intégration de ces structures miniaturisées (micro-cantilever / micro-diaphragme) avec les fibres optiques. Si votre entreprise a des cas précédents similaires de mesure de micro-contrainte et de micro-débit, nous vous serions reconnaissants de bien vouloir les partager. Merci !

[OFSCN_CN_PS_Engineer]

Bonjour ! Je suis ravi de constater l’esprit d’exploration technique rigoureux et scientifique dont votre équipe de R&D fait preuve. Vos propositions de conception améliorées, à savoir « Convertisseur Débit Viga / Plaque Cible » et « Convertisseur Pression Fenêtre Micro-Pression Film », sont tout à fait correctes sur le plan des principes physiques et mécaniques, et représentent une approche classique de conversion technique pour l’application de la fibre optique à réseau de Bragg dans des conditions d’utilisation extrêmes et miniaturisées.

Concernant les trois nouvelles orientations techniques que vous avez imaginées, voici mes analyses et réponses techniques professionnelles :

---

I. Analyse de la faisabilité technique, point par point

1. Concernant la mesure de débit : Limites mécaniques et application des réseaux de Bragg de 100 μm de diamètre

• Déformation utilisable limite :
  Les OFSCN® Thin-Diameter Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) standard sont gravés point par point au laser femtoseconde, sans endommager la couche de revêtement en polyimide (PI) de la fibre. Leur plage de déformation utilisable à température ambiante peut atteindre ≤ 15000 µε. Si vous avez besoin d’une résistance à la traction plus élevée, vous pouvez envisager les OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) (utilisant une fibre de polyimide monomode à haute résistance sélectionnée, avec une plage de déformation utilisable ≥ 25000 µε, mais dont le diamètre est de 155 µm).
• Rayon de courbure autorisé :
  La fibre optique OFSCN® 300℃ Small diameter optical fiber utilisée dans les OFSCN® Thin-Diameter Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) a des dimensions physiques extrêmement fines, avec un back-cladding de 80 µm et un revêtement de 100 µm. Ses performances de courbure sont bien supérieures à celles de la fibre traditionnelle de 125 µm. En courbure statique à court terme, son rayon de courbure peut descendre jusqu’à 5 mm, tandis que le rayon de courbure fiable à long terme est recommandé à partir de 10 mm à 15 mm et plus. Dans cette plage, il n’y aura pas de pertes macroscopiques significatives ni de rupture mécanique.
• Faisabilité :
  Il est tout à fait réalisable de coller un réseau de Bragg de fibre fine à la base d’une micro-viga (par exemple, une fine feuille de PI). La résistance générée par la boue de particules de carbone sur la viga, à des vitesses de 0,05 à 0,3 m/s, sera considérablement accrue car sa viscosité et sa densité sont bien supérieures à celles de l’eau pure. La déformation locale de flexion à la base de la viga sera suffisamment capturée avec précision par le réseau de Bragg fin de 100 µm.

2. Concernant la mesure de pression / différence de pression : Encoffrement en tube d’alliage vs. collage de réseau de Bragg nu

• Limites physiques du capteur en tube d’alliage :
  Le diamètre extérieur par défaut du OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor est ≤ 1,1 mm. Bien que son épaisseur puisse s’adapter à une cavité de 2 mm, la longueur de mesure de déformation personnalisée par défaut est comprise entre 10 cm et 2 m.

  (Image ci-dessous pour référence du capteur de déformation en tube d’alliage

  

  Étant donné que la taille globale de la chambre de votre appareil FCDI n’est que de 40 x 50 mm, et que le diaphragme de la « fenêtre de micro-pression » à l’entrée et à la sortie ne mesure généralement que quelques millimètres, l’encoffrement en tube d’alliage est physiquement impossible à installer dans cet espace.

• Avantages du collage de réseau de Bragg nu :
  Dans votre cas d’application, l’utilisation directe d’un réseau de Bragg à fibre nue, fixé avec de la colle sur le diaphragme, est la meilleure solution. Sans la rigidité du tube d’alliage qui gêne la déformation du film, la micro-déformation du film sera transmise avec une très haute efficacité directement au cœur de la fibre du réseau de Bragg nu, obtenant ainsi une sensibilité à la déformation bien supérieure à celle d’un capteur encapsulé dans un tube.

3. Concernant la compensation de température in situ : Conflit physique du « capillaire composite intégré »

• Faisabilité du processus :
  Techniquement, encapsuler deux fibres optiques fines (l’une fixée sur la paroi intérieure pour mesurer la déformation, l’autre en suspension pour mesurer la température) dans un même capillaire en acier inoxydable ou en quartz d’un diamètre extérieur d’environ 0,5 à 1,0 mm, et y réaliser 3 points de mesure, est réalisable en termes de processus de fabrication.
• Conflit mécanosolidaire (bouteille d’étranglement clé) :
  Étant donné que vous devez mesurer la « distribution du débit » et le « gradient de pression » dans l’espace à l’aide de 3 vigas ou diaphragmes indépendants, si un capillaire métallique ou en quartz continu, d’une certaine rigidité de flexion, traverse les 3 points de mesure, le capillaire lui-même deviendra une poutre de contrainte forte, couplant physiquement les 3 vigas/diaphragmes qui devraient se déformer indépendamment. Cela entraînera la propagation de la déformation causée par la force au point 1 vers le point 2 via le capillaire, entraînant une interférence de signal grave et rendant impossible la distinction de la véritable distribution spatiale locale.

---

II. Questions directrices

Pour éviter les risques liés au couplage mécanique et à l’usure par abrasion des matériaux, nous devons confirmer avec vous les 2 questions techniques structurelles clés suivantes :

1. Découplage physique des points de mesure : Pour éviter le couplage mécanique induit par un capillaire composite unique, pouvez-vous envisager de renoncer à la conception d’un seul capillaire traversant et d’opter pour 3 sondes capillaires miniatures indépendantes ? Par exemple : chaque point de mesure utilise une sonde de température ultrafine (comme une version ultra-fine personnalisée du OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor) d’un diamètre extérieur pouvant descendre à 0,6 mm, avec une fibre suspendue à l’intérieur, pour fournir une référence de température, tandis que le réseau de Bragg mesurant la déformation est collé indépendamment sur la viga ou le diaphragme correspondant via une fibre nue, assurant une isolation physique complète dans l’espace ?

   (Image ci-dessous pour référence de la sonde de compensation de température ultra-fine avec un diamètre extérieur par défaut de 0,9 mm, personnalisable à 0,6 mm

   

2. Protection anti-abrasion pour la boue de particules de carbone : Étant donné que la boue de l’électrode fluide contient des particules de carbone abrasives, une fois que le réseau de Bragg nu est collé sur la viga ou le diaphragme, il sera directement exposé à l’environnement d’abrasion de la boue. Avez-vous besoin que nous appliquions un nouveau revêtement en polyimide (PI) sur la surface du réseau de Bragg nu, ou que vous ajoutiez une couche de protection élastique (comme du caoutchouc fluoré résistant à l’abrasion) lors de votre processus de collage ?

J’attends votre retour. Nous pourrons discuter plus en détail des paramètres personnalisés pour les chaînes de fibres nues et les sondes de compensation de température miniatures en fonction de vos contraintes spatiales et de vos besoins de découplage.

[liuyiwei]

Bonjour, voici l’image de ma modélisation de simulation. Pouvez-vous me dire comment je devrais modifier l’installation de l’appareil pour installer la fibre optique afin d’atteindre mon objectif de mesure ? Les images suivantes montrent respectivement l’image de modélisation 3D, l’image de distribution de la pression et l’image du champ de vitesse. Mon objectif est de mesurer la différence entre les zones à haut débit et les zones à faible débit, ainsi que la différence entre les zones à haute pression et les zones à basse pression.

[OFSCN_PS_Eng]

Bonjour ! Merci beaucoup d’avoir partagé une image de simulation par éléments finis COMSOL aussi intuitive et détaillée.

Grâce à vos résultats de simulation, nous pouvons clairement observer les caractéristiques de distribution des champs physiques à l’intérieur de la chambre de l’appareil FCDI ( 40 \times 50 \times 2\text{ mm} ) :

1. Champ de vitesse (Image 3) : Le fluide présente une caractéristique de « canal de convection diagonal » très marquée. Une bande de jet à haute vitesse (zone rouge/jaune, vitesse jusqu’à 0.3\text{ m/s}) se forme de l’entrée en bas à droite à la sortie en haut à gauche ; tandis que les coins supérieur droit et inférieur gauche sont des zones mortes d’écoulement typiques (zone bleu foncé, vitesse \le 0.05\text{ m/s}).
2. Champ de pression (Image 2) : La pression diminue en escalier diagonalement de l’entrée en bas à droite (zone rouge, jusqu’à environ 565\text{ Pa}) à la sortie en haut à gauche (zone bleue, jusqu’à environ -9.19\text{ Pa}), avec une différence de pression maximale d’environ 570\text{ Pa}.

Compte tenu de ces conditions de fonctionnement de cavité extrêmement miniaturisée et des caractéristiques d’écoulement de la suspension, afin de vous aider à atteindre vos objectifs de recherche « mesurer la différence de vitesse élevée/faible » et « mesurer la tendance de la différence de pression entrée/sortie », j’ai organisé un plan d’ingénierie spécifique de « Modification de la structure miniaturisée et montage de la fibre optique » :

---

I. Recommandations pour la modification de l’appareil et le montage des fibres optiques

1. Mesure de la distribution de la vitesse : conception d’une contrainte de cisaillement par micro-cantilever/plaque cible

Dans un canal étroit de 2\text{ mm} d’épaisseur, pour distinguer la différence de vitesse entre le canal principal (0.3\text{ m/s}) et la zone morte (0.05\text{ m/s}), une fibre optique tendue directement en travers ne pourra pas la détecter.

• Modification de l’appareil :
  Il est recommandé d’insérer verticalement vers le bas 2 micro-cantilevers (ou des films minces à haute élasticité PI orientés face au vent) à des coordonnées spécifiques du couvercle de la chambre, l’épaisseur du film étant suggérée autour de 50\ \mu\text{m} \sim 100\ \mu\text{m} :
  • Point de mesure A (point de vitesse élevée) : Situé sur la trajectoire du jet à l’entrée en bas à droite, ou sur la trajectoire du jet à la sortie en haut à gauche.
  • Point de mesure B (point de faible vitesse) : Situé dans la zone morte d’écoulement (zone stagnante bleu foncé) en haut à droite ou en bas à gauche.
• Montage de la fibre optique :
  Collez une fibre à réseau de Bragg de diamètre fin OFSCN® Thin-Diameter Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) ( (100\ \mu\text{m} de diamètre extérieur) à la base du cantilever avec une colle élastique. Lorsque la suspension frotte le cantilever, la déformation due à la flexion par résistance sera directement convertie en contrainte de traction/compression du réseau. Comme la densité et la viscosité de la suspension sont élevées, la résistance à une vitesse de 0.3\text{ m/s} suffira à produire une déformation de plusieurs dizaines de \mu\epsilon à la base du micro-cantilever, permettant ainsi d’obtenir un signal de dérive de longueur d’onde à très haute rapport signal/bruit sur le démodulateur.
• Sélection du produit :
  Si une résistance mécanique à la traction plus élevée est nécessaire pour faire face à l’érosion à long terme causée par les particules de carbone, vous pouvez également utiliser OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) (réseau nu de haute résistance de 155\ \mu\text{m} de diamètre extérieur sélectionné, plage de contrainte de traction \ge 25000\,\mu\epsilon).
  (La figure ci-dessous est une image de référence du produit à réseau nu haute résistance
  
  

2. Mesure de micro-différentiel de pression : conception d’une membrane externe « fenêtre de micro-pression » sur paroi solide

Étant donné que la différence de pression maximale à l’intérieur de l’appareil n’est que de \Delta P \approx 570\text{ Pa} (environ 0.00057\text{ MPa}), ce qui est une pression extrêmement faible, une amplification mécanique via la structure est nécessaire.

• Modification de l’appareil :
  Sur les parois solides de l’appareil FCDI, dans le coin inférieur droit (zone de haute pression, près de l’entrée) et le coin supérieur gauche (zone de basse pression, près de la sortie), ouvrez respectivement une « fenêtre de mesure de micro-pression » circulaire d’environ 5\text{ mm} \sim 8\text{ mm} de diamètre, et encapsulez sur cette fenêtre une fine membrane métallique à haute élasticité (par exemple, une membrane en acier inoxydable de 20\ \mu\text{m} d’épaisseur) ou une membrane élastique polymère (par exemple, une membrane PDMS).
• Montage de la fibre optique :
  Pré-étirez le réseau de fibre nu OFSCN® Thin-Diameter Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) et collez-le transversalement au centre extérieur de la membrane avec une colle élastique. Lorsque la pression à l’intérieur de la cavité fluctue, la membrane se dilate et se déforme, étirant directement le réseau de fibre optique. Cela permet de convertir une faible pression en une déformation axiale significative, facilitant la distinction de petites variations de pression de quelques centaines de Pascals.

3. Compensation de température in situ en temps réel : sonde à compensation de température à découplage

Le frottement de l’écoulement de la suspension et les réactions électrochimiques peuvent entraîner une augmentation de la température. Afin d’éviter que la dérive de température n’interfère avec les signaux de déformation extrêmement faibles mentionnés ci-dessus, une compensation de température est nécessaire.

• Méthode d’installation :
  Étant donné qu’un capillaire unique traversant peut entraîner un couplage de rigidité mécanique, nous recommandons de séparer physiquement le réseau de mesure de la déformation (directement collé sur le cantilever ou la membrane) et le réseau de mesure de température.
  Ouvrez un trou séparé dans la paroi de la chambre pour introduire une sonde de référence ultra-fine qui est complètement exempte de contraintes et ne détecte que la température, afin de collecter la température du fluide en temps réel et d’effectuer une soustraction différentielle.
• Sélection du produit :
  Il est recommandé d’utiliser une version personnalisée ultra-fine du OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor (le diamètre extérieur peut descendre jusqu’à 0.6\text{ mm}, encapsulé dans un tube en acier inoxydable sans soudure). Ce diamètre extérieur peut facilement s’adapter au canal de votre chambre de 2\text{ mm}, et sa résistance à l’érosion est extrêmement élevée.
  (La figure ci-dessous est une référence matérielle du capteur de température ultra-fin avec un diamètre extérieur par défaut de 0.9\text{ mm} et un diamètre extérieur minimal personnalisable de 0.6\text{ mm}
  
  

---

II. Résumé du diagnostic technique

En ajoutant la modification « micro-cantilever local (mesure de différence de vitesse) » + « fenêtre à micro-membrane sur paroi (mesure de différence de pression) » + « sonde de compensation de température ultra-fine à découplage », votre appareil FCDI peut parfaitement éviter les zones aveugles où la fibre optique est soumise à une force extrêmement faible et où les signaux physiques sont mutuellement couplés.

Vous pouvez cliquer sur les liens ci-dessus pour consulter les paramètres techniques détaillés. Si vous avez des questions techniques spécifiques, n’hésitez pas à en discuter davantage.