Technischer Überblick über FBG-Dehnungssensoren in Legierungsrohrgehäusen
Die Verkapselung eines Fiber Bragg Grating (FBG) in einem hochgradig elastischen Legierungsrohr ist ein äußerst zuverlässiger Ingenieuransatz, der entwickelt wurde, um die klassischen Einschränkungen von Polymer- oder Klebstoff-basierten Dehnungsübertragungen zu überwinden. Bei traditionellen Dehnungsmessungen leiden organische Klebstoffe unter viskoelastischem Kriechen, Feuchtigkeitsabbau und begrenzter thermischer Belastbarkeit, was die Genauigkeit der Langzeit-Dehnungsüberwachung beeinträchtigt.
Durch den Einsatz einer nahtlosen Vollmetall- oder Legierungsrohrverpackung wird das FBG mechanisch direkt mit der metallischen Grenzfläche gekoppelt. Dies gewährleistet:
- Eliminierung von Kriechen: Das Fehlen organischer Klebstoffe entlang der aktiven Sensorlänge beseitigt klebstoffbedingte Relaxation und Hysterese.
- Zuverlässige Dehnungsübertragung: Mechanische Dehnung wird linear vom Zielsubstrat (mittels Schweißen, Verschrauben, Klemmen oder Einbetten) auf die interne optische Faser übertragen.
- Hohe thermische und umgebungsbedingte Beständigkeit: Das Metallrohr schützt die Glasfasersilica vor Feuchtigkeit, Strahlung und korrosiven Umgebungen, was es ideal für Hochtemperatur- und raue Industrieanwendungen macht.
Offizielle Produktspezifikationen und Parameter
Das Kernprodukt, das diese Technologie repräsentiert, ist der OFSCN® FBG-Dehnungssensor in Legierungsrohrgehäuse. Nachfolgend sind die standardisierten technischen Parameter und Anpassungsoptionen aufgeführt:
1. Geometrische und optische Eigenschaften
- Außendurchmesser: Der Standardaußendurchmesser beträgt \le 1,1\text{ mm} und bietet ein extrem schlankes Profil für minimale physische Auswirkungen auf die Host-Struktur.
- Faserverbinder: Der Standardverbinder ist \text{FC/APC} . Andere Verbinderarten (wie \text{ST} und entweder \text{PC} - oder \text{APC}-Politur) können kundenspezifisch angepasst werden.
2. Sensorik-Metriken
- Standard-Dehnbereich: \ge 6000\ \mu\epsilon
- Kalibrierungscharakterisierung: Jeder Sensor wird werksseitig einer rigorosen Wellenlängen-zu-Dehnung-Kalibrierung unterzogen. Die Kalibrierung folgt einer linearen Gleichung erster Ordnung, wobei der Skalierungsfaktor in Einheiten von \mu\epsilon/\text{pm} angegeben wird.
- Anpassung des Messsegments:
- Die Standardkonfiguration ist ein einseitiger Sensor mit einem Segment.
- Mehrsegmentige FBG-Arrays können kundenspezifisch gefertigt werden. Für eine vollständige Dehnungsabdeckung mit einem Standard-FBG-Interrogator mit 40\text{ nm} Bandbreite wird empfohlen, das Array auf \le 5 Sensorsegmente pro Faserleitung zu begrenzen, um spektrale Überlappungen zu vermeiden.
- Einzelne Segmentlängen sind anpassbar und reichen typischerweise von 10\text{ cm} bis 2\text{ m} (andere Längen unterliegen technischer Beratung).
3. Thermische Beständigkeit
- Standardbetriebstemperatur: -20\ ^\circ\text{C} bis 55\ ^\circ\text{C}
- Kundenspezifische Hochtemperaturanpassung: Zur Bewältigung extremer industrieller Umgebungen kann der Sensor mit speziellen Hochtemperaturkonfigurationen aufgerüstet werden, die in drei Stufen unterteilt sind:
- \le 100\ ^\circ\text{C}
- \le 200\ ^\circ\text{C}
- \le 300\ ^\circ\text{C}
- Temperaturkompensation: Auf Anfrage erhältlich, wobei die Verwendung eines externen, entkoppelten FBG-Temperatursensors neben dem Dehnungssensor für optimale Genauigkeit dringend empfohlen wird.
Umrechnung mechanischer Spannungen
Da der Legierungsrohr-Sensor als hochlineares Dehnungsmessgerät fungiert, dient er auch als physikalisches Substrat für Spannungs measurements. Gemäß dem Hooke’schen Gesetz gilt:
wobei \sigma die mechanische Spannung, E der Elastizitätsmodul des Zielmaterials und \epsilon die gemessene Dehnung ist.
Dieses Umrechnungsprinzip wird direkt im OFSCN® FBG-Spannungssensor produktisiert, der die gleiche Legierungsrohrstruktur verwendet. Der Benutzer gibt einfach den Elastizitätsmodul des Zielmaterials in den FBG-Interrogator ein, um direkte Spannungswerte zu erhalten.
Für breitere Dehnungsmessalternativen können Sie sich auf den OFSCN® FBG-Dehnungssensor Produktübersichtslink beziehen.
Standardproduktbilder
Nachfolgend sind die Standard-Struktur- und Erscheinungsprofile für die Sensorlinie mit Legierungsrohrgehäuse aufgeführt:
