グレーティングを長時間引っ張ると、その波長は不可逆的にゆっくり変化しますか？
光ファイバグレーティング（FBG）を長期間引っ張った場合に、その反射中心波長が不可逆的な変化（「クリープ」）を起こすかどうかは、石英ファイバー自体と実際にパッケージ化されたグレーティングセンサーの2つのケースに分けて議論する必要があります。
一、 純粋な石英ファイバー自体：クリープはほぼない
外側のコーティングやパッケージ保護がない、純粋な裸の石英（二酸化ケイ素）ファイバーの場合：
- 力学的特性：二酸化ケイ素はアモルファス非晶質材料であり、ガラス転移温度が非常に高い（ T_g \approx 1200\ ^\circ\text{C} ）。常温では、石英はほぼ完璧な脆性弾性体として振る舞います。
- 引張特性：破損限界（通常、裸ファイバーは高い軸方向引張強度に耐えることができる）以下の一定の引張力を加えた場合、常温では観測可能な塑性変形はほとんど起こりません。
- 物理的結論：一定の引張力、一定の温度条件下で、純粋な裸ファイバーグレーティング自体の中心波長が常温で長期間引っ張られても、石英材料自体の塑性流変による不可逆的なドリフトは発生しません。
二、 実際のセンサー/コーティング付きグレーティング：不可逆的な変化（クリープドリフト）が発生する
工学的な応用では、コーティング層付きのグレーティングやパッケージ化されたグレーティングセンサーを使用することが一般的です。これらの構造では、長期間の引張は反射波長の不可逆的なドリフトや後退を引き起こします。このクリープは主に以下の多界面力学緩和に起因します。
- ファイバーコーティング層のせん断クリープ：
ファイバー表面の高分子ポリマーコーティング層（アクリレートやポリイミドなど）は粘弾性を持っています。長期の一定張力下では、コーティング層内のポリマー分子鎖がゆっくりと移動し、せん断変形が生じます。これにより、石英ガラス基板と外側の保護層との間で微視的な相対滑りが生じ、グレーティング部分に伝達される有効変形が低下します。これは、反射波長が不可逆的に「後退」（すなわちブルーシフト）して現れます。 - 封止接着剤の応力緩和：
ほとんどの表面実装型またはチューブ型グレーティングセンサーは、製造時にエポキシ樹脂などの接着剤を使用して、グレーティング部分をステンレス鋼やアルミニウムなどの金属基板または保護管内に固定します。高分子接着剤は、継続的な応力下で粘弾性流変や劣化を起こしやすくなります。時間とともに、接着剤層が緩和し、グレーティングにすべての引張力を効果的に伝達できなくなり、測定されるひずみ量が小さくなります。これは、センサーのゼロ点に不可逆的なドリフトを引き起こす最も主な原因です。 - パッケージ基板材料の塑性変形：
センサーが長期間、その弾性限界近く（数千から数万 \mu\epsilon の非常に大きなひずみ下など）または高温環境で動作する場合、金属シース、基板、またはエラストマー自体もわずかな塑性クリープを起こす可能性があります。
三、 長期引張下でのクリープドリフトを抑制するには？
長期ひずみモニタリングで高精度と高安定性を確保するために、先進的なグレーティングパッケージング技術は、クリープを抑制するために以下の手段を採用しています。
- 接着剤フリー（Adhesive-free）パッケージング技術の採用：例えば、金属化ファイバーを使用してグレーティング部分と金属シースを直接溶接、ろう付け、または精密機械クランプすることで、高分子接着剤の機械的緩和を根本的に排除します。
- 高弾性、低応力緩和の合金材料の選択：特殊な弾性合金チューブを力学伝達媒体として使用し、大きな変形や長期張力下でも優れた弾性回復を維持します。
- アニーリングと予備引張サイクル処理：センサー出荷前に、高温熱アニーリングと高ひずみ交番引張サイクル処理により、パッケージ構造およびコーティング層内の残留応力を事前に解放し、力学的性能システムを安定期に入れます。
四、 公式 OFSCN® (大成永盛) 高安定ひずみセンサーソリューション
高引張、長寿命、超低ドリフトの工学的な応用シナリオに対応するため、大成永盛は、長期応力下でのクリープとゼロ点ドリフトの問題を解決することに注力した、一連の高安定性光ファイバーグレーティングひずみセンサーを開発しました。
1. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
この製品は、マイクロシームレス弾性合金チューブをパッケージ外殻として採用し、ファイバーと金属シース間の応力結合を最適化し、従来の構造における厚い接着剤層による粘弾性フローを排除しています。優れた耐クリープ性能を備えています。デフォルトのひずみ測定範囲は \ge 6000\ \mu\epsilon に達し、長期引張およびサイクル負荷下で非常に高い波長安定性を維持します。
2. OFSCN® Ultra-Large Range Fiber Bragg Grating Strain Sensor
大きな変形ひずみ測定に直面した場合、このシリーズのセンサーは、高弾性合金と特殊なエラストマー構造の組み合わせを利用し、デフォルトの測定範囲は \ge 30000\ \mu\epsilon （最大 400000\ \mu\epsilon までカスタマイズ可能、すなわち 3\% から 40\% のマクロな大きな変形量に対応）であり、広範囲の長期引張モニタリングにおいて優れた復元性能と超低ヒステリシスを備えています。
ひずみおよび引張測定技術に関する製品の詳細については、以下を参照してください。