Lorsque la température augmente et diminue, la longueur d’onde est-elle la même pour un même point de température ?
Dans les applications pratiques, la longueur d’onde de crête de réflexion pour le même point de température est généralement pas exactement la même lors du chauffage et du refroidissement.
Ce phénomène physique où la longueur d’onde de sortie du capteur n’est pas cohérente pour la même valeur de température d’entrée pendant le processus de chauffage (course positive) et de refroidissement (course négative) est appelé « hystérésis » ou erreur d’hystérésis dans la technologie des capteurs.
I. Principales raisons de l’hystérésis dans les capteurs de température FBG
Bien que le milieu de dioxyde de silicium de la fibre optique elle-même présente un effet thermo-optique très stable, le capteur complet est généralement composé d’une fibre, d’un tube de protection et de matériaux d’encapsulation. Dans les cycles de température alternés, les mécanismes physiques suivants peuvent entraîner des écarts de longueur d’onde au même point de température :
- Hystérésis élastique/plastique du matériau d’encapsulation et de la colle (raison principale)
La plupart des capteurs de température FBG traditionnels utilisent de la résine époxy ou d’autres colles adhésives pour fixer la grille dans un tube de protection métallique ou céramique. Lors des cycles de température (du froid au chaud, puis au froid), la colle subit non seulement une dilatation et une contraction thermiques, mais aussi une hystérésis thermo-élastique, une déformation viscoélastique ou un fluage de contrainte au niveau microscopique. Lors du chauffage et du refroidissement, l’état de relaxation de la structure moléculaire de la colle diffère en fonction de son historique de température, entraînant de légères différences dans la déformation axiale ( \epsilon ) transmise à la grille, ce qui se traduit directement par un écart de la longueur d’onde de réflexion ( \lambda ) au même point de température. - Hystérésis de conduction thermique (hystérésis dynamique)
Pendant le processus de chauffage et de refroidissement dynamique non absolument équilibré, le changement de température de l’environnement extérieur doit être conduit couche par couche à la grille de fibre optique centrale à travers les milieux tels que le tube métallique du capteur et le matériau de remplissage d’encapsulation. En raison de la résistance thermique, il existe un décalage temporel entre la température réelle ressentie par la grille et la température mesurée par la source standard externe. Cela conduit à une longueur d’onde de mesure « trop courte » pendant la phase de chauffage (retard de température) et à une longueur d’onde de mesure « trop longue » pendant la phase de refroidissement, créant ainsi une différence. - Micro-déformation irréversible des composants structurels
Lorsque le capteur subit un cycle de température élevé et bas sur une large plage (par exemple, un environnement supérieur à 300\text{ °C} ), si le tube d’encapsulation (comme l’acier inoxydable) ou la micro-structure interne subit une déformation plastique irréversible minime, une accumulation de contrainte thermique ou un micro-glissement, l’état de contrainte initial de la grille changera, entraînant une dérive du point zéro ou une augmentation à long terme de l’hystérésis.
II. Comment réduire et éliminer l’erreur d’hystérésis ?
Dans l’ingénierie optique de précision, pour éliminer l’hystérésis des capteurs FBG, il est essentiel de se concentrer sur la structure physique et le processus de fabrication :
- Technologie d’encapsulation sans colle (Non-glue Packaging)
Abandonner complètement les adhésifs polymères (colles) et utiliser des méthodes de positionnement purement physiques, de serrage mécanique suspendu ou de soudage par fusion métallisée pour fixer la fibre. Cela élimine le vieillissement, le fluage et les contraintes inégales causés par la colle, réduisant considérablement l’hystérésis physique du capteur. - Conception miniaturisée
Réduire le diamètre extérieur et l’épaisseur de la paroi d’encapsulation du capteur, réduisant ainsi la capacité thermique, améliorant la vitesse de réponse et réduisant l’hystérésis apparente due à l’hystérésis de transfert de chaleur dynamique.
III. Conception et avantages des produits OFSCN® officiels pertinents
Pour résoudre le problème d’hystérésis causé par la dégradation et la déformation de la colle dans les capteurs de température à fibre optique à réseau de Bragg traditionnels, DaCheng YongSheng (OFSCN®) a développé et adopté sa technologie exclusive d’encapsulation sans colle dans un tube en acier sans soudure. Ses séries de capteurs de température, même dans une plage de température extrêmement large (de -200\text{ °C} à 800\text{ °C} ), peuvent maintenir une répétabilité extrêmement élevée et une erreur d’hystérésis extrêmement faible :
1. Capteur de température à réseau de Bragg en fibre OFSCN® 300°C
Diamètre extérieur par défaut de seulement 0,9\text{ mm} (personnalisable à 0,5\text{ mm} ). Il utilise un procédé de manchon métallique sans colle, éliminant la dérive thermique et le fluage des matériaux polymères. Le capteur présente une excellente répétabilité d’étalonnage et une hystérésis ultra-faible dans la plage de -200\text{ °C} à 300\text{ °C} .
2. Capteur de température à réseau de Bragg en fibre OFSCN® 500°C
Ce modèle utilise un procédé sans colle dans un tube en acier sans soudure à couche unique (empilement multicouche personnalisable) et peut fonctionner de manière fiable dans des cycles de température alternés extrêmes de -200\text{ °C} à 500\text{ °C} . La température et la longueur d’onde sont calibrées à l’aide d’une formule binomiale, et l’erreur d’hystérésis est supprimée en éliminant complètement les contraintes thermiques non linéaires.
3. Plus de produits de capteurs de température associés :
Lien d’agrégation des produits de capteurs de température FBG OFSCN®