Is the wavelength the same at the same temperature point during heating and cooling?
Gerçek uygulamalarda, ısınma ve soğuma sırasında aynı sıcaklık noktasının merkez yansıtma dalga boyu genellikle tam olarak aynı değildir.
Isınma (pozitif döngü) ve soğuma (negatif döngü) sırasında sensörün aynı giriş sıcaklığı değeri için farklı dalga boyları çıktı vermesi olgusuna, sensör teknolojisinde “Histerez” (Hysteresis) veya histerezis hatası denir.
Bir, FBG Sıcaklık Sensörlerinde Histerezise Neden Olan Başlıca Nedenler
Fiber Bragg Grating’in (FBG) kendi fiber silika ortamı oldukça kararlı bir termal optik etkiye sahipken, tam bir sensör genellikle fiber, koruyucu tüp ve paketleme malzemelerinden oluşur. Sıcaklık değişim döngüleri sırasında, aşağıdaki fiziksel mekanizmalar aynı sıcaklık noktasında dalga boyu sapmalarına neden olur:
- Paketleme Malzemesi ve Yapıştırıcının Elastik/Plastik Histerezisi (En Önemli Neden)
Çoğu geleneksel FBG sıcaklık sensörü, gratikülü metal veya seramik koruyucu tüp içine sabitlemek için epoksi veya başka yapıştırıcılar kullanır. Sıcaklık döngüsü (düşükten yükseğe, sonra tekrar düşüğe) sırasında, yapıştırıcı sadece termal genleşme ve büzülme yaşamakla kalmaz, aynı zamanda mikroskobik termo-elastik histerezis, viskoelastik deformasyon veya stres sürünmesi de yaşar. Isınırken ve soğurken, yapıştırıcının farklı sıcaklık geçmişlerindeki moleküler yapı gevşeme durumları farklıdır, bu da gratiküle iletilen eksenel gerilimde ( \epsilon ) küçük farklılıklara neden olur ve bu da aynı sıcaklık noktasında merkez yansıtma dalga boyunda ( \lambda ) bir sapma olarak doğrudan kendini gösterir. - Termal İletim Histerezisi (Dinamik Histerezis)
Mutlak denge olmayan dinamik ısınma ve soğuma süreçlerinde, dış ortam sıcaklığındaki değişimin, sensörün metal tüpü, paketleme dolgu malzemesi vb. aracılığıyla merkezdeki fiber gratiküle katman katman iletilmesi gerekir. Termal direnç nedeniyle, gratikülün algıladığı gerçek sıcaklık ile dış standart kaynak tarafından ölçülen sıcaklık arasında bir zaman farkı vardır. Bu, ısınma bölümünde dalga boyu ölçümünün “kısa” (sıcaklık histerezisi) ve soğuma bölümünde dalga boyu ölçümünün “uzun” olmasına neden olur, böylece bir fark oluşur. - Yapısal Bileşenlerin Geri Dönüşümsüz Mikro Deformasyonu
Sensör geniş bir aralıkta yüksek ve düşük sıcaklık döngülerine (örneğin 300\text{ °C} üzerindeki ortamlar) maruz kaldığında, eğer paketleme tüpü (paslanmaz çelik gibi) veya iç mikro yapı küçük miktarda geri dönüşümsüz plastik deformasyon, termal stres birikimi veya mikro kayma yaşarsa, bu gratikülün başlangıçtaki yüklenme durumunu değiştirerek sıfır noktası kaymasına veya uzun vadeli histerezis artışına neden olur.
İki, Histerezis Hatasını Nasıl Azaltır ve Ortadan Kaldırırız?
Hassas optik mühendisliğinde, FBG sensörlerinin histerezisini ortadan kaldırmak için fiziksel yapı ve üretim sürecine odaklanmak gerekir:
- Yapıştırıcısız Paketleme (Non-glue Packaging) Teknolojisi
Polimer yapıştırıcıları tamamen terk ederek, fiberi sabitlemek için saf fiziksel konumlandırma, mekanik askılama veya metalizasyon kaynağı gibi yöntemler kullanın. Bu, yapıştırıcıdan kaynaklanan yaşlanma, sürünme ve stres tutarsızlığını ortadan kaldırarak sensörün fiziksel histerezisini büyük ölçüde azaltır. - Mikro Tasarım
Dinamik ısı transferi histerezisinden kaynaklanan görünür histerezisi azaltmak için sensörün dış çapını ve paketleme duvar kalınlığını küçülterek termal kapasiteyi azaltın ve tepki hızını artırın.
Üç, İlgili OFSCN® Ürün Tasarımı ve Avantajları
Geleneksel fiber Bragg grating sıcaklık sensörlerinin yapıştırıcı bozulması ve deformasyonundan kaynaklanan histerezis sorununu çözmek için DaCheng YongSheng (OFSCN®), özel dikişsiz çelik boru yapıştırıcısız paketleme teknolojisini geliştirmiş ve benimsemiştir. Sıcaklık sensörü ürün serisi, son derece geniş bir sıcaklık aralığında ( -200\text{ °C} ila 800\text{ °C} 'ye kadar) yüksek tekrarlanabilirlik ve çok düşük histerezis hatasını koruyabilir:
1. OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Sıcaklık Sensörü
Varsayılan dış çapı yalnızca 0.9\text{ mm} 'dir ( 0.5\text{ mm} özelleştirilebilir). Yapıştırıcı içermeyen metal manşon teknolojisi, polimer malzeme sıcaklık kaymasını ve sürünmesini ortadan kaldırır, sensör -200\text{ °C} ile 300\text{ °C} arasında mükemmel kalibrasyon tekrarlanabilirliği ve ultra düşük histerezis gösterir.
2. OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Sıcaklık Sensörü
Bu model, tek katmanlı dikişsiz çelik boru (çok katmanlı iç içe geçmeli özelleştirilebilir) yapıştırıcısız işlem kullanır ve aşırı -200\text{ °C} ila 500\text{ °C} sıcaklık döngüleri altında uzun süreli çalışabilir, sıcaklık ve dalga boyu kalibrasyonu binom formülü ile yapılır, histerezis hatası doğrusal olmayan termal stresin tamamen ortadan kaldırılmasıyla bastırılır.
