Что происходит при нагреве, если разница в КТР между стальной трубкой и оптическим волокном слишком велика?
Если разница в коэффициенте теплового расширения (КТР) между стальной трубой и оптическим волокном слишком велика при нагреве, могут возникнуть несколько критических проблем, в первую очередь влияющих на производительность и долговечность волоконно-оптического датчика или кабеля:
-
Напряжение в оптическом волокне: По мере повышения температуры стальная труба и оптическое волокно будут расширяться с разной скоростью. Если стальная труба имеет значительно более высокий КТР, чем волокно, она будет расширяться больше, подвергая оптическое волокно растягивающему напряжению. И наоборот, если волокно имеет более высокий КТР (что менее вероятно для данного сочетания материалов), оно будет сжато. Чрезмерное напряжение может привести к:
- Повреждению/обрыву волокна: Выходя за пределы упругости, волокно может получить микроскопические повреждения или даже макроскопический обрыв, особенно при циклическом воздействии температуры.
- Потере сигнала: Напряжение в волокне может вызвать микро- или макроизгибы, приводящие к увеличению оптического затухания и потере сигнала.
- Ошибкам измерения (для датчиков): В датчиках волоконно-оптического брэгговского решетки (ВОБР) напряжение напрямую влияет на длину волны Брэгга. Неконтролируемое и непоследовательное напряжение, вызванное несовпадением КТР, внесет значительные ошибки в измерения температуры или деформации, делая датчик ненадежным.
-
Расслоение/отказ инкапсуляции: Дифференциальное расширение может создавать напряжение на интерфейсе между волокном и внутренней поверхностью трубы. Это может привести к расслоению внутренних покрытий или связующих материалов, или даже к физическому повреждению самой трубы, если силы достаточно велики, а материал трубы не является пластичным.
-
Гистерезис и дрейф: Из-за трения и пластической деформации напряжение, вызванное несовпадением КТР, может быть не полностью обратимым при охлаждении, что приводит к гистерезису в показаниях датчика и долговременному дрейфу калибровки.
Для устранения этих проблем OFSCN использует специализированные методы упаковки и материалы, такие как наши датчики с инкапсуляцией в металлическую трубу, разработанные для минимизации эффектов несовпадения КТР в условиях высоких температур.
Для применений, требующих надежной работы в сложных температурных условиях, вам может быть полезен следующий продукт:
OFSCN® Датчик деформации волоконно-оптического брэгговского решетки в металлической трубе
Он разработан с использованием материалов и конструкций, обеспечивающих стабильную работу в широком диапазоне температур.
Изображения продукта:
