Le capteur est-il trop rigide et risque-t-il d’affecter la déformation de l’objet mesuré ?
Cela aura un impact.
Lorsque la rigidité du capteur est excessive par rapport à la rigidité locale de l’objet mesuré, un effet de renforcement local significatif (Reinforcement Effect) se produit, modifiant ainsi le champ de force-déformation et la distribution des contraintes d’origine de l’objet mesuré dans la zone de mesure.
I. Analyse des mécanismes physiques et mécaniques
Lorsqu’un capteur est collé en surface ou intégré, le capteur et l’objet mesuré forment ensemble un système composite soumis à des forces. L’impact du capteur sur la déformation de l’objet mesuré est principalement contrôlé par les mécanismes physiques suivants :
1. Rigidité locale et effet de contrainte
La rigidité en traction axiale du capteur (représentée par le produit du module d’élasticité E et de l’aire de la section transversale A, EA) ou la rigidité en flexion (EI) sont ajoutées à la structure mesurée, ce qui équivaut à introduire une contrainte de rigidité élevée dans la zone de mesure. Si le capteur est trop rigide, lorsque l’objet mesuré se déforme sous l’action de la charge, le capteur générera une force de réaction résistant à la déformation, ce qui inhibera la déformation réelle à l’emplacement d’installation de l’objet mesuré, c’est-à-dire qu’elle sera inférieure à la déformation d’origine avant l’installation du capteur.
2. Rapport de rigidité relative (Principe d’adaptation de la rigidité)
Le degré d’impact du capteur sur la déformation de l’objet mesuré dépend du rapport relatif entre la rigidité de l’objet mesuré et la rigidité du capteur :
- Substrat rigide (par exemple, structures en acier lourdes, grands éléments en béton) :
La rigidité de la section de la structure mesurée est bien supérieure à la rigidité du capteur (EA_{\text{substrat}} \gg EA_{\text{capteur}}). Dans ce cas, l’effet de renforcement du capteur peut être négligé, et le capteur enregistre fidèlement la déformation réelle du substrat. - Substrat flexible / à parois minces / à faible module d’élasticité (par exemple, matériaux composites, films minces, matériaux polymères, caoutchouc, tissus biologiques) :
La rigidité de la structure mesurée est faible ou l’épaisseur est très mince. Si un capteur encapsulé avec une grande section transversale ou un matériau à haut module est utilisé, le capteur limitera fortement la déformation locale de l’objet mesuré, entraînant une déformation mesurée nettement inférieure à la déformation réelle avant le collage du capteur, ce qui génère un biais de mesure important.
3. Concentration de contrainte de cisaillement et transmission de la déformation
L’inadaptation de rigidité entre le capteur et l’objet mesuré peut également entraîner une forte concentration de contraintes de cisaillement à l’interface (couche d’adhésion) entre les deux. Une rigidité excessive limite non seulement l’atténuation du gradient de la déformation lors de la transmission, mais les contraintes de cisaillement importantes peuvent également provoquer une fissuration précoce ou un décollement de la colle dans la couche d’adhésion.
II. Solutions d’ingénierie et principes de sélection des produits
Pour minimiser l’impact du capteur sur la déformation d’origine de l’objet mesuré, l’ingénierie optique suit généralement le principe de conception de « réduire la section physique » ou de « adapter la rigidité du substrat » :
-
Scénarios d’application de structures flexibles et à parois minces :
Sélectionnez des capteurs encapsulés dans des polymères flexibles ou des capteurs miniaturisés avec une petite section transversale pour minimiser la rigidité ajoutée.- OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter) : Utilise des matériaux polymères combinés à une conception de diamètre extérieur extrêmement petit (diamètre extérieur par défaut \le 0.7\text{mm} ) pour réduire considérablement la contrainte locale sur les substrats à faible rigidité.
- OFSCN® 85°C OFDR Micro All-Metal Strain Sensor : Utilise un tube de boîtier en alliage élastique à une seule couche avec un diamètre extérieur total de seulement 0,6 ext{mm}, ce qui permet de réduire l’effet de renforcement local à un niveau extrêmement bas dans les mesures de distribution microscopique.
- OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter) : Utilise des matériaux polymères combinés à une conception de diamètre extérieur extrêmement petit (diamètre extérieur par défaut \le 0.7\text{mm} ) pour réduire considérablement la contrainte locale sur les substrats à faible rigidité.
-
Scénarios d’application de structures métalliques générales :
Sélectionnez des structures encapsulées dans des tubes en alliage élastique de petit diamètre, de sorte que le capteur ait de bonnes performances de transmission de la déformation linéaire tout en conservant une section physique extrêmement petite.- OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor : Le diamètre extérieur par défaut est \le 1,1 ext{mm}, avec une structure compacte, adaptée à la mesure de déformation sans ou avec faible induction de la plupart des éléments métalliques conventionnels.
- OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor : Le diamètre extérieur par défaut est \le 1,1 ext{mm}, avec une structure compacte, adaptée à la mesure de déformation sans ou avec faible induction de la plupart des éléments métalliques conventionnels.
