Kılıfın çok sıkı sıkıştırılması fiberin algılama doğruluğunu etkiler mi?
Evet, kılıfın aşırı sıkılması (yani kapsül stres veya radyal/yanal stresin aşırı olması) fiberin algılama doğruluğunu ciddi şekilde etkileyebilir, hatta sensörün tamamen arızalanmasına veya fiberin hasar görmesine neden olabilir.
Optik mühendisliği ve fiber optik algılama alanında, kılıfın veya kapsülleme yapısının fiberi aşırı derecede sıkıştırması, başlıca aşağıdaki fiziksel mekanizmalar aracılığıyla algılama doğruluğunu bozar:
1. Stres Kaynaklı ÇiftKırılma (Stress-induced Birefringence)
Tek modlu fiberin çekirdeği, stressiz durumda dönme simetrisine (izotropik) sahiptir. Dış kılıf aşırı sıkıldığında, özellikle radyal olarak homojen olmayan bir kuvvet uygulandığında, fiber içinde enine kesme stresleri oluşur, simetri bozulur ve böylece stres kaynaklı çift kırılma meydana gelir.
- FBG (Fiber Bragg Grating) Sensörleri Üzerindeki Etkisi: Çift kırılma, orijinal tek Fiber Bragg Grating yansıtma zirvesinin iki polarize yansıtma zirvesine (zirve bölünmesi fenomeni) ayrılmasına neden olur. Fiber Bragg Grating çözücüleri, dalga boyunu kilitlerken kayma veya karışıklık yaşar, ölçülen dalga boyunda sıçramalara yol açarak sıcaklık veya gerinim ölçüm doğruluğunu ciddi şekilde düşürür.
- Dağıtılmış Fiber Optik Algılama (OFDR, BOTDA vb.) Üzerindeki Etkisi: Polarizasyon durumundaki şiddetli değişiklikler, polarizasyonla ilgili gürültüyü artırır, çözücü sinyalinin sinyal-gürültü oranını (SNR) düşürür, böylece uzamsal çözünürlüğü ve fiziksel nicelik ölçüm doğruluğunu azaltır.
2. Mikro Bükülme Kaybı (Microbending Loss)
Kılıfın aşırı sıkılması, içindeki küçük parçacıkların dahil edilmesi veya kılıf malzemesinin sıcaklıkla daralması, fiber ekseninde mikroskobik, homojen olmayan bükülmelere (mikro bükülmeler) neden olur.
- Mikro bükülmeler, fiber çekirdeğindeki iletilen modların cladding modlarına kuplajlanmasına neden olarak önemli ölçüde optik güç zayıflamasına yol açar.
- Optik kayıp çok büyük hale geldiğinde, çözücüye geri dönen sinyal ışığının yoğunluğu azalır, çözücü sisteminin zayıf sinyal altındaki gürültüsü yükselir ve ölçümün kararlılığı ile doğruluğu hızla bozulur.
3. Stres İletim Gecikmesi (Hysteresis) ve Doğrusallık
Gerinim (Strain) veya stres (Stress) sensörlerinde, algılamanın doğruluğu “dış deformasyonun dahili fibere pürüzsüz ve kayıpsız bir şekilde iletilmesine” bağlıdır.
- Kılıf aşırı sıkılırsa, kılıf ile fiber arasında aşırı yerel sürtünme kuvvetleri, hatta geri döndürülemez plastik deformasyonlar oluşabilir.
- Dış gerinim serbest bırakıldığında veya sıcaklık normale döndüğünde, fiber sürtünme direnci nedeniyle tam olarak senkronize bir şekilde geri dönemez. Bu, ciddi bir fiziksel gecikme (Hysteresis) olgusuna yol açar ve fabrika kalibrasyonundaki “dalga boyu-gerinim/sıcaklık” ilişkisini (örneğin \mu\epsilon/\text{pm}) geçersiz kılar.
Tasarım ve Kapsülleme ile Bu Sorun Nasıl Önlenir?
Gereksiz “kapsülleme stresini” ortadan kaldırmak ve harici yanal sıkışmanın fibere müdahalesini engellemek için DaCheng YongSheng (OFSCN®), özel metal ve polimer koruyucu yapılar tasarlamıştır:
-
Metal Tüp ile Rijit Koruyucu İzolasyon:
Hassas elastik alaşım tüplerle kapsüllenen OFSCN® Alaşım Tüp Kapsüllü Fiber Bragg Grating Gerinim Sensörü ve OFSCN® Fiber Bragg Grating Stres Sensörü serileri. Bu sensör serileri, yüksek elastikiyete sahip alaşım kılıfları kullanarak radyal ve yanal sıkıştırma kuvvetlerini engeller, böylece dahili Fiber Bragg Grating’in yalnızca eksenel çekme veya basınca maruz kalmasını sağlar ve son derece kararlı dalga boyu-deformasyon ilişkisini garanti eder.
-
Esnek Tamponlama ve Metal Dış Kılıf Kombinasyonu:
OFSCN® Polimer Kapsüllü Fiber Bragg Grating Gerinim Sensörü (0.7mm/1.2mm çap), önce Fiber Bragg Grating’i polimer malzeme ile homojen bir şekilde sarar ve dış katmana dikişsiz çelik boru ekler. Polimer malzeme radyal kuvvet için tampon katmanı görevi görürken, dikişsiz çelik boru yüksek basınç yükünü taşır (fiberin harici sert sıkışmadan korunmasını sağlar), böylece zorlu ortamlarda bile yüksek hassasiyetli algılama çıktısını korur.
