Cıvatalı sensör çok sıkı sıkılırsa ilk dalga boyunu değiştirir mi?
tool_0:
Evet, cıvata tipi Fiber Bragg Grating (FBG) sensörlerinin aşırı sıkılması, başlangıçtaki merkez dalga boyunu değiştirebilir ve bu değişiklik öncelikle dalga boyunun daha uzun dalga boylarına doğru kayması (yani “kırmızıya kayma”) olarak kendini gösterir.
Optik ve katı mekaniğin fiziksel mekanizmaları açısından, dalga boyu değişiminin özel nedenleri ve mühendislik olguları aşağıdaki gibidir:
1. Fiziksel Mekanizma: Ön Gerilme Çekme Gerinimi ve Dalga Boyu Kırmızıya Kayması
Fiber gratings (FBG) için Bragg yansıtma merkez dalga boyu \lambda_B, çekirdek etkin kırılma indisi n_{eff} ve grating periyodu \Lambda tarafından belirlenir:
\lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda
Cıvata sıkıldığında, montaj torku cıvata gövdesinde eksenel bir ön gerilme çekme kuvvetine dönüşür, bu da cıvatanın elastik olarak uzamasına (eksenel çekme gerinimi \varepsilon üretir) neden olur. Cıvata gövdesine gömülü veya sabitlenmiş FBG, senkronize olarak gerilir, grating periyodu \Lambda artar ve dalga boyu kayması miktarı \Delta \lambda_B şunları karşılar:
\Delta \lambda_B = \lambda_B (1 - P_e) \varepsilon
Burada P_e, fiberin etkin fotoelastik katsayısıdır (genellikle yaklaşık 0.22). 1550\text{nm} çalışma bandında, eksenel çekme gerinimi kaynaklı dalga boyu tepkisinin hassasiyeti yaklaşık olarak 1.2\text{pm}/\mu\varepsilon’dir. Bu nedenle, ne kadar sıkı sıkılırsa, eksenel çekme gerinimi o kadar büyük olur ve başlangıçtaki yansıma dalga boyu sağe (daha uzun dalga boyu yönünde) kayar.
2. Aşırı Sıkılmanın (Aşırı Aralık/Aşırı Yüklenme) Spektrum Üzerindeki Mühendislik Etkileri
Montaj torku tasarım aralığını aşarsa veya aşırı sıkılırsa, doğrusal dalga boyu kırmızıya kaymasına ek olarak aşağıdaki fiziksel etkiler tetiklenebilir:
- Çift Kırılma ve Yansıma Spektrumu Bozulması:
Sıkma işlemi sırasında önemli kesme burulma gerilimleri veya asimetrik yan sıkıştırma eşlik ederse, fiber çekirdeğinin izotropisi bozulabilir ve yüksek dereceli çift kırılma etkileri tetiklenebilir. Bu, yansıma spektrumunun zirve genişlemesine, çift zirve ayrılmasına veya zirve gücü zayıflamasına neden olarak demodülatörün tepe bulma doğruluğunu etkiler. - Plastik Deformasyon ve Kalıcı Artık Kayma:
- Elastik Bölgede:
Sıkma kuvveti kaldırıldığında, cıvata ve sensör orijinal hallerine döner ve merkez dalga boyu tamamen geri yüklenebilir. - Elastik Sınırı Aşarsa:
Aşırı sıkma torku, cıvatanın taban malzemesinde, kaplama yapıştırıcısında veya fiberin kendisinde plastik akma deformasyonuna neden olursa, cıvata tamamen gevşetilse bile dalga boyu orijinal değere dönmez, bu da kalıcı bir başlangıç dalga boyu kaymasına neden olur.
- Elastik Bölgede:
- Demodülatör Aralığını Aşma:
Aşırı ön gerinim, sensörün yansıma dalga boyu kaymasının, demodülasyon sisteminin ayarlanmış kanal penceresini veya dinamik ölçüm aralığını aşmasına neden olabilir.
3. İlgili Mühendislik Uygulamaları ve İzleme
Pratik mühendislikte, cıvata sıkma işlemi sırasındaki dalga boyu kırmızıya kayması olgusu, cıvata eksenel kuvveti ve ön geriliminin gerçek zamanlı izlenmesi için olumlu olarak kullanılır. Benzer gerinim ve gerilim ölçüm prensiplerine dayanarak, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), mühendislik yapılarının gerinim/gerilim izlenmesi için ürün serileri sunar, örneğin OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor ve OFSCN® Fiber Bragg Grating Stress Sensor.
Sensör tarafından üretilen dalga boyu kayması miktarı \Delta \lambda_B, OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator tarafından yüksek hassasiyetle gerçek zamanlı olarak toplanır ve önceden kalibre edilmiş gerinim-dalga boyu ilişkisi kullanılarak belirli kuvvet durumu hesaplanır.
