Comment la sélection des matériaux peut-elle réduire l’incohérence de la longueur d’onde pendant les cycles de chauffage et de refroidissement ?
L’incohérence de la longueur d’onde pendant les cycles de chauffage et de refroidissement, communément appelée hystérésis thermique, dans les capteurs à réseau de Bragg en fibre (Fiber Bragg Grating - FBG) provient principalement des propriétés viscoélastiques des matériaux utilisés dans la construction et l’emballage du capteur. La réduction de cet effet par la sélection des matériaux implique le choix de composants présentant des caractéristiques thermiques et mécaniques hautement stables.
Voici les principales stratégies de sélection des matériaux pour minimiser l’hystérésis thermique :
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Sélection du matériau de revêtement de la fibre :
- Revêtements en polyimide : Pour les applications nécessitant un fonctionnement jusqu’à 300°C, il est essentiel de sélectionner un FBG gravé dans une fibre optique avec un revêtement en polyimide. Le polyimide présente une stabilité thermique supérieure et un fluage inférieur par rapport aux revêtements standards en polyacrylate, ce qui entraîne une réduction significative de l’hystérésis.
- Fibre nue / Réseaux femtosecondes : Pour des températures encore plus élevées (jusqu’à 800°C ou plus), les réseaux sur fibre nue (souvent fabriqués à l’aide de la technologie laser femtoseconde) sont préférés. L’absence de revêtement polymère élimine les contributions potentielles de l’hystérésis du matériau de revêtement lui-même à des températures extrêmes.
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Sélection du matériau d’encapsulation du capteur :
- Encapsulation tout métal : Le moyen le plus efficace de réduire l’hystérésis dans les capteurs FBG encapsulés, en particulier pour les mesures de contrainte et de température, est d’utiliser une encapsulation dans un tube métallique sans soudure. Cette conception élimine le besoin d’adhésifs ou de composés de remplissage qui peuvent introduire des effets viscoélastiques et du fluage, surtout à des températures élevées. Les métaux ayant des coefficients de dilatation thermique stables garantissent un couplage mécanique cohérent avec le FBG, empêchant une dilatation ou une contraction différentielle susceptible de provoquer des décalages de longueur d’onde lors des cycles thermiques.
En sélectionnant soigneusement des revêtements de fibre dotés d’une stabilité thermique élevée et en employant des solutions d’encapsulation robustes tout métal, l’impact de l’hystérésis sur les mesures de précision peut être considérablement atténué.
Pour les applications à haute température nécessitant une faible hystérésis, vous pourriez envisager des produits tels que le capteur de contrainte à fibre optique encapsulé dans un tube en alliage OFSCN® ou le capteur de température à fibre optique OFSCN® 300°C, qui utilisent une encapsulation dans un tube métallique sans soudure.
Voici quelques exemples de tels produits :
