O tubo de aço e a fibra óptica colados juntos se soltarão após dez anos, causando imprecisão na medição?
Esta é uma questão muito clássica e amplamente discutida no meio da engenharia em relação à física e ciência dos materiais de sensores.
Resposta curta e direta: Se você simplesmente usar adesivos orgânicos tradicionais (como adesivos de resina epóxi, adesivos de cura UV, etc.) para colar fibra nua a um tubo de aço inoxidável, após dez anos de serviço a longo prazo (ou mesmo anos, meses, dependendo das condições ambientais de temperatura, umidade e cargas dinâmicas), devido à degradação física do próprio adesivo, quase certamente ocorrerá afrouxamento, descolamento e rastejamento, levando a erros de medição graves.
Essa “instabilidade a longo prazo” é determinada pelas propriedades físicas de adesivos poliméricos orgânicos, cujas origens mecânicas e de ciência dos materiais são as seguintes:
1. Raízes Físicas do Afrouxamento do Adesivo e Erros de Medição
- Rastejamento de Tensão (Stress Creep) e Relaxamento de Tensão (Stress Relaxation):
Adesivos orgânicos poliméricos são materiais viscoelásticos típicos. Sob tensão de cisalhamento ou compressão a longo prazo ( \sigma ), mesmo que a deformação externa seja constante, as cadeias moleculares do adesivo deslizarão lentamente, liberando gradualmente a tensão de cisalhamento dentro da camada de adesivo (relaxamento de tensão). Sob força de tração constante, o adesivo sofrerá deformação plástica que aumenta com o tempo (rastejamento). Na medição de deformação, isso faz com que a deformação real do tubo de aço não seja transmitida 100\% para a fibra, resultando em desvio de ponto zero significativo ou atenuação da sensibilidade no comprimento de onda medido pela fibra. - Envelhecimento e Degradação Física do Adesivo (Polymer Aging):
Durante um período ultra longo como dez anos, fatores externos como ciclos de temperatura, corrosão por meio e exposição à luz podem causar a quebra de ligações químicas no adesivo orgânico, levando à fragilização, rachaduras e encolhimento. Isso causa a perda de força de cisalhamento físico na interface entre o adesivo e o tubo de aço, e entre o adesivo e a fibra de quartzo. - Inchaço por Absorção de Umidade (Moisture Swelling) e Descolamento da Interface:
As moléculas de água são extremamente pequenas. Ao longo de dez anos, pequenas quantidades de água penetrarão gradualmente na camada de adesivo por difusão, ou se acumularão na interface de ligação entre o adesivo e o vidro de quartzo (dióxido de silício)/tubo de aço. A água quebrará as ligações de hidrogênio originais, causando uma queda acentuada na força de ligação e levando a um descolamento microscópico.
2. Como a Indústria Resolve o Problema da Estabilidade a Longo Prazo de Dez Anos?
Para alcançar a “estabilidade a longo prazo” ultra longa de dez anos, no campo profissional de sensoriamento por fibra óptica, a encapsulação totalmente metálica (All-Metal Packaging) ou estruturas sem adesivo e elásticas devem ser usadas para substituir os adesivos poliméricos orgânicos tradicionais.
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) desenvolveu tecnologia patenteada de encapsulamento sem adesivo e tubos elásticos para monitoramento confiável de longo prazo de deformação e temperatura:
- Tecnologia de Encapsulamento Sem Adesivo em Tubo Elástico de Liga Metálica Micro-Miniatura:
Na área de transmissão de deformação, nenhum adesivo orgânico polimérico é usado. Por meio de ligação metalúrgica de alta resistência (como brasagem) entre fibra metalizada (como fibra revestida de ouro ou cobre) e um tubo especial de liga elástica, ou usando um processo de travamento de precisão sem adesivo micro-miniaturizado, uma combinação perfeita e sem costura de “metal total” é formada entre a fibra de quartzo e a matriz metálica. Como a estabilidade da rede cristalina metálica é muito maior do que a das cadeias moleculares orgânicas, sua deformação é mínima, sem envelhecimento e sem inchaço por absorção de umidade.
Abaixo estão os sensores de alta estabilidade de nível de engenharia óptica que atendem a esses rigorosos requisitos de projeto:
A. Medição de Deformação de Alta Estabilidade FBG (Fiber Bragg Grating)
Para cenários que exigem monitoramento de deformação estática e dinâmica a longo prazo, o OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor utiliza um tubo especial de liga elástica para encapsular o Fiber Bragg Grating. Ele elimina os problemas de rastejamento de resina e afrouxamento de sensores adesivos tradicionais, proporcionando excelente estabilidade de ponto zero a longo prazo e vida útil contra fadiga:
B. Medição de Deformação Micro Totalmente Metálica Distribuída (OFDR)
Na medição de deformação por fibra distribuída, que exige resolução espacial extremamente alta, fibras coladas convencionalmente com espessura de adesivo não uniforme sofrem um desvio de deformação não linear severo em medições de longo prazo.
O OFSCN® 85°C OFDR Micro All-Metal Strain Sensor é desenvolvido especificamente para essas aplicações, com diâmetro externo de apenas 0.6\text{mm}, e utiliza encapsulamento totalmente metálico sem adesivo em um único tubo de liga elástica, garantindo alta fidelidade na transmissão de deformação e nunca sofrendo desvio de sinal devido a “afrouxamento por envelhecimento do adesivo” durante o serviço a longo prazo:
Conclusão
Para aplicações que exigem alta estabilidade a longo prazo e uma vida útil de projeto de dez anos em engenharia civil, indústria pesada ou monitoramento de poços subterrâneos:
- É estritamente proibido usar adesivos de resina comuns para colar fibra nua diretamente em tubos de aço sem costura para medição de deformação.
- Sensores de fibra de alta estabilidade com tecnologia totalmente metálica sem adesivo e encapsulamento baseado em tubos de liga elástica devem ser selecionados.