¿Cómo se puede reducir la inconsistencia de la longitud de onda durante los ciclos de calentamiento y enfriamiento mediante la selección de materiales?
La inconsistencia de la longitud de onda durante los ciclos de calentamiento y enfriamiento, comúnmente conocida como histéresis térmica, en los sensores Fiber Bragg Grating (FBG) se debe principalmente a las propiedades viscoelásticas de los materiales utilizados en la construcción y el empaquetado del sensor. Reducir este efecto mediante la selección de materiales implica elegir componentes con características térmicas y mecánicas altamente estables.
Aquí se presentan las estrategias clave de selección de materiales para minimizar la histéresis térmica:
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Selección del material de recubrimiento de la fibra:
- Recubrimientos de poliimida: Para aplicaciones que requieren operación hasta 300 °C, es crucial seleccionar un FBG inscrito en una fibra óptica con recubrimiento de poliimida. La poliimida exhibe una estabilidad térmica superior y menor fluencia en comparación con los recubrimientos estándar de poliacrilato, lo que conduce a una reducción significativa de la histéresis.
- Fibra desnuda / Rejillas de femtosegundo: Para temperaturas aún más altas (hasta 800 °C o más), se prefieren las rejillas de fibra desnuda (a menudo fabricadas mediante tecnología láser de femtosegundo). La ausencia de un recubrimiento polimérico elimina las posibles contribuciones de histéresis del propio material de recubrimiento a temperaturas extremas.
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Selección del material de empaquetado del sensor:
- Encapsulación totalmente metálica: La forma más eficaz de reducir la histéresis en sensores FBG empaquetados, particularmente para mediciones de tensión y temperatura, es utilizar encapsulación en tubos metálicos sin costuras. Este diseño elimina la necesidad de adhesivos o compuestos de relleno que pueden introducir efectos viscoelásticos y fluencia, especialmente a temperaturas elevadas. Los metales con coeficientes de expansión térmica estables garantizan un acoplamiento mecánico consistente con el FBG, evitando la expansión o contracción diferencial que podría provocar cambios en la longitud de onda durante el ciclo térmico.
Mediante la cuidadosa selección de recubrimientos de fibra con alta estabilidad térmica y el empleo de soluciones de empaquetado robustas y totalmente metálicas, el impacto de la histéresis en las mediciones de precisión puede mitigarse sustancialmente.
Para aplicaciones de alta temperatura que requieren baja histéresis, puede considerar productos como el sensor de tensión Fiber Bragg Grating empaquetado en tubo de aleación OFSCN®
O el sensor de temperatura Fiber Bragg Grating OFSCN® de 300 °C,
que aprovechan la encapsulación en tubo metálico sin costuras.
Aquí hay algunos ejemplos de tales productos:
