Можете ли вы сделать датчик толщиной с иглу? Где он используется?
Да, на основе волоконно-оптической решетки (FBG) и технологии распределенного оптического частотно-рефлектометра (OFDR) вполне возможно изготовить датчики толщиной с иглу или даже тоньше. В этом и заключается основная инженерная ценность технологии “миниатюрного герметичного исполнения” волоконных датчиков.
I. Почему можно изготовить датчики толщиной с иглу?
- Микроскопические размеры самого волокна:
Стандартное одномодовое кварцевое волокно имеет внешний диаметр оболочки всего 125\ \mu\text{m} (то есть 0,125\ \text{mm} ). При использовании специальных тонких волокон внешний диаметр оболочки может быть уменьшен до 80\ \mu\text{m} , а с учетом защитного покрытия – до 100\ \mu\text{m} . Это обеспечивает естественную физическую основу для производства сверхтонких датчиков. - Технология миниатюрного герметичного исполнения (Miniaturized Packaging):
Чтобы хрупкое стекловолокно могло выдерживать растяжение, сжатие и сложные условия эксплуатации, его необходимо защищать. Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) использует бесшовные металлические трубки малого диаметра (например, из нержавеющей стали, титанового сплава, сплава с памятью формы) или полимерные материалы для прочного герметичного заключения волоконной решетки с помощью точного протягивания и полимеризации. Обеспечивая достаточную механическую прочность, внешний диаметр готового датчика удается удержать в пределах от 0,5\ \text{mm} до 1,2\ \text{mm} . Это полностью соответствует диаметру стандартных медицинских инъекционных игл (обычно от 0,3\ \text{mm} до 1,6\ \text{mm} ), а иногда и тоньше.
II. Где применяются датчики толщиной с иглу?
Такие сверхтонкие датчики находят широкое применение в экстремальных, ограниченных по пространству и высокоточных условиях, где обычные датчики неприменимы:
- Медицинская промышленность и биомеханический мониторинг:
- Сенсор силы прокола и силы кончика иглы:
При минимально инвазивных операциях, биопсии или инъекциях датчики силы, чувствительные к нескольким направлениям, могут быть интегрированы в кончик иглы или конец катетера для мониторинга в реальном времени сопротивления и многонаправленных усилий при введении иглы в различные ткани. - Внутрителесный мониторинг повышения температуры и механических нагрузок:
Волоконные датчики естественным образом не подвержены электромагнитным помехам и биосовместимы. Они могут безопасно работать в условиях сильного электромагнитного поля (например, при магнитно-резонансной томографии, МРТ), измеряя в реальном времени локальную температуру или деформацию тканей через интервенционные каналы.
- Сенсор силы прокола и силы кончика иглы:
- Встраиваемый мониторинг (SHM) умных и композитных материалов:
- В процессе укладки и отверждения волокон (углеродных или стеклянных) в конструкциях аэрокосмической техники, лопастях ветряных турбин и других композитных материалах, сверхтонкие датчики могут быть непосредственно встроены между слоями волокон. Благодаря своей сверхтонкости, датчик не создает пустот внутри материала и не вызывает межслойного сдвига, обеспечивая мониторинг состояния конструкции на уровне, сравнимом с “нейронной” сетью.
- Измерения в чрезвычайно узких и ограниченных пространствах:
- Аккумуляторные блоки новой энергии:
Узкие промежутки между отдельными элементами (ячейками) литиевых батарей, куда не помещаются традиционные датчики. Сверхтонкие волоконные датчики могут проникать в самые критические зоны батареи для мониторинга температуры и сил расширения (деформации). - Прецизионное промышленное оборудование:
Участки в пределах зазоров миниатюрных подшипников, поверхности чипов, высокотемпературные микрофлюидные каналы и другие области, недоступные для традиционных датчиков.
- Аккумуляторные блоки новой энергии:
III. Примеры миниатюрных герметичных датчиков от Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) предлагает различные миниатюрные герметичные волоконные датчики, отвечающие таким строгим требованиям к пространству:
1. Измерение силы прокола в медицине: OFSCN® Fiber Bragg Grating 3D Force Sensor
- Технические характеристики:
Стандартный внешний диаметр обычно составляет 1,5\ \text{mm} или 2,0\ \text{mm} (возможна индивидуальная настройка на меньший размер). Хвостовая часть сенсорного блока может быть заострена для облегчения прокалывания и часто используется в медицине для многонаправленного измерения силы прокола и многонаправленных сил на твердых поверхностях. - Стандартные изображения продукта:
2. Сверхтонкий высокотемпературный мониторинг: OFSCN® 800°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor
- Технические характеристики:
Стандартно герметизируется в однослойной бесшовной стальной трубке, стандартный внешний диаметр не превышает 1,1\ \text{mm} . Для обеспечения максимальной экономии пространства минимальный внешний диаметр может быть настроен до 0,5\ \text{mm} . Датчик выдерживает экстремальные температуры от -270^\circ\text{C} до 800^\circ\text{C}. - Стандартные изображения продукта:
3. Субмиллиметровый мониторинг деформации: OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter)
- Технические характеристики:
Герметизация осуществляется с помощью полимерного материала, стандартный внешний диаметр продукта составляет \le 0,7\ \text{mm} . При добавлении бесшовного стального защитного слоя для повышения водонепроницаемости и прочности на растяжение, внешний диаметр составляет всего \le 1,2\ \text{mm} . Идеально подходит для тестирования деформации внутри прецизионных компонентов. - Стандартные изображения продукта:
4. Распределенное сверхтонкое измерение деформации в сплавах: OFSCN® 200°C OFDR Micro All-Metal Strain Sensor
- Технические характеристики:
Разработан для распределенного зондирования OFDR с высоким разрешением. Используется однослойная трубка из упругого сплава, готовый внешний диаметр составляет всего 0,6\ \text{mm} . Обеспечивает точное измерение деформации на больших расстояниях с высокой плотностью точек в сложных температурно-деформационных полях в диапазоне от -60^\circ\text{C} до 200^\circ\text{C}. - Стандартные изображения продукта:
