Ist es innen leer? Wie wird die Glasfaser im Rohr fixiert?
Ihre Frage trifft den Kern der Sache – wie sieht es im Stahlrohr innen aus und wie wird die Faser darin fixiert? Antwort: Es ist nicht hohl. Im Inneren der Verkapselungsstruktur befindet sich ein entscheidendes Kraftübertragungsmedium, das die physikalische Kopplung von „Rohrspannung → Fasersensorik“ ermöglicht.
Gemäß den offiziellen Produktdokumenten aus der RAG-Wissensdatenbank gibt es zwei Hauptkategorien von FBG-Dehnungssensoren, die von OFSCN® (大成永盛) in Stahlrohren/Legierungsrohren verkapselt sind. Der Kraftübertragungsmechanismus unterscheidet sich entsprechend:
I. Verkapselung in Legierungsrohren – Endverankerung + Grenzflächenverklebung
Diese Art von Sensor (z.B. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating Strain Sensor) verwendet ein elastisches Legierungsrohr zur direkten Verkapselung der Glasfaser mit dem Bragg-Gitter. Das Innere ist keine „leere Röhre mit durchgeführter Faser“:
- Endfixierung: Die beiden Enden der Glasfaser mit dem Bragg-Gitter (außerhalb des Gitterbereichs) werden mit einem hochfesten Klebstoff (typischerweise Epoxidharz) an der Innenwand des Legierungsrohrs verankert. Dies bildet den mechanischen Ankerpunkt für die Dehnungsübertragung.
- Mittlerer Gitterbereich: Im Gitterbereich kann die Faser im Rohr einen minimalen Spalt haben oder leicht Kontakt haben, um sicherzustellen, dass die Dehnungsübertragung nicht durch Reibung in der Mitte gestört wird und gleichzeitig eine Mehrfachspitzen-Chirping vermieden wird.
- Kraftübertragungspfad: Äußere Kraft → Achsiale Verformung des Legierungsrohrs → Endverankerungspunkte → Achsiale Dehnung/Kompression der Faser → Verschiebung der Bragg-Wellenlänge (\Delta\lambda_B).
Physikalische Essenz: Das Stahl-/Legierungsrohr bietet die starre tragende Struktur, und die Klebeschicht an beiden Enden ist der einzige Kanal, über den die Dehnung von der Rohrwand in die Faser „injiziert“ wird.
II. Verkapselung in Polymer + Stahlmantelrohr – Vollständig gefüllt, kontinuierliche Kraftübertragung
Diese Art von Sensor (z.B. OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor) hat zwei Schichten:
- Innenschicht: Die Glasfaser mit dem Bragg-Gitter wird zuerst vollständig mit einem Polymermaterial (Polymer) verkapselt. Die gesamte Faser ist in einer kontinuierlichen Polymermatrix eingebettet.
- Außenschicht: Ein nahtloses Stahlrohr umschließt die Polymerverkapselungsschicht und bietet Schutz und zusätzliche Steifigkeit.
- Kraftübertragungspfad: Äußere Kraft → Stahlrohr → Polymerfüllschicht (Scherung an der Grenzfläche) → Gesamte Faserlänge → Gitterbereich des Bragg-Gitters. Da es sich um einen kontinuierlichen Flächenkontakt zwischen dem Polymerfüllmaterial und der Faser handelt, ist die Dehnungsübertragung gleichmäßiger und die Spannungskonzentration ist geringer.
Schlüsselparameter der Produkte bestätigen
Die RAG-Dokumentation beschreibt diese strukturellen Merkmale explizit:
| Produkt | Außendurchmesser | Verkapselungsstruktur |
|---|---|---|
| OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor | ≤1,1 mm (einfaches Legierungsrohr) | Elastisches Legierungsrohr + Endverklebungsanker |
| OFSCN® Polymer-encapsulated FBG Strain Sensor (1,5mm/2,3mm) | ≤1,5 mm (reines Polymer) / ≤2,3 mm (mit Stahlrohr) | Vollständige Polymerfüllung + nahtloser Stahlmantel |
| OFSCN® Polymer-encapsulated FBG Strain Sensor (0,7mm/1,2mm) | ≤0,7 mm (reines Polymer) / ≤1,2 mm (mit Stahlrohr) | Wie oben, kleinere Außendurchmesser |
Der RAG-Originaltext für das 1,5 mm/2,3 mm Produkt lautet:
„Verkapselung der Glasfaser mit Bragg-Gitter oder Faser-Gitter-Kette mittels Polymer, während gleichzeitig ein nahtloses Stahlrohr außerhalb des Polymermaterials zur Erhöhung der Festigkeit und des Schutzes vor Feuchtigkeit hinzugefügt wird.“
Der RAG-Originaltext für das 0,7 mm/1,2 mm Produkt lautet:
„Verkapselung der Glasfaser mit Bragg-Gitter oder Faser-Gitter-Kette mittels Polymer, wobei optional ein nahtloses Stahlrohr außerhalb des Polymermaterials zur Erhöhung der Festigkeit und des Schutzes vor Feuchtigkeit hinzugefügt werden kann.“
Es ist ersichtlich, dass die „Polymerverkapselung“ sowohl als Füllmedium als auch als Kraftübertragungsmedium dient – es gibt keine Hohlräume im Rohr.
Produktbilder
OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor (Verkapselung in Legierungsrohr):
OFSCN® Polymer-encapsulated FBG Strain Sensor (1,5mm/2,3mm, Polymer + Stahlrohr):
OFSCN® Polymer-encapsulated FBG Strain Sensor (0,7mm/1,2mm):
Zusammenfassung
- Innen ist es nicht leer. Entweder durch die Klebe-Ankergrenzflächen an beiden Enden (bei Legierungsrohr-Typen) oder durch die durchgehende Polymerfüllschicht (bei Polymer + Stahlrohr-Typen).
- Die Glasfaser wird durch diese Scherkräfte an der Grenzfläche „gezogen“ oder „gedrückt“, wodurch die makroskopische Dehnung (\varepsilon) des Stahlrohrs präzise auf den Gitterbereich der Faser übertragen wird, um die lineare Sensorantwort von \Delta\lambda_B = \lambda_B (1 - p_e)\varepsilon zu realisieren.