Bazı sensörler neden kurulum sırasında önce gerilir? Bu, ömrünü kısaltır mı?
Işık Fiber Algılama (Fiber Bragg Grating FBG gerinim sensörleri ve dağıtılmış fiber optik gerinim algılama dahil) teknolojisinde, kurulum veya kapsülleme sırasında fiber üzerine uygulanan ilk germe kuvvetine ön gerilim (Pre-stress) ve bunun neden olduğu ilk uzamaya ön gerinim (Pre-strain) denir.
Bir: Sensörler kurulum sırasında neden önce gerdirilmelidir?
Ön gerilim uygulaması esas olarak aşağıdaki iki temel fiziksel ve mühendislik nedeni için yapılır:
1. Çift Yönlü Ölçüm Gerçekleştirme (Gerilme ve Sıkışma Ölçümü)
- Fiziksel Mekanizma: Silika kuvars fiber (genellikle 125\ \mu\text{m} dış çaplı) üstün çekme mukavemetine sahip esnek, uzun bir yapıdır ancak eksenel sıkışmaya karşı son derece hassastır. Fiber, gerilimsiz gevşek durumda eksenel olarak sıkıştırılırsa, mikro-burkulma instabilitesi kolayca meydana gelebilir, bu da dalga boyunun düzgün bir şekilde doğrusal olarak yanıt vermemesine neden olur ve bu da negatif gerinimin (basınç gerinimi) ölçülmesini imkansız hale getirir.
- Ölçüm Prensibi: Kurulum sırasında ilk gerinim ön gerilimi uygulanarak (örneğin +1000\ \mu\varepsilon ön gerilim, dalga boyunda yaklaşık +1.2\ \text{nm} kırmızıya kayma), fiber gergin bir durumda bulunur. Ölçülen matris sıkıştırıldığında, fiber üzerindeki ön gerilim azalır ve dalga boyu kısa dalgaya doğru maviye kayar. Bu, ölçülen yapının eksenel sıkışmasını, fiber ön gerilimindeki azalmaya dönüştürür ve sensöre simetrik çift yönlü (çekme/basınç) gerinim ölçme yeteneği kazandırır.
2. Gevşek Ölü Bölgeyi ve Gecikmeyi Ortadan Kaldırma (Gerinim Etkin İletimini Sağlama)
Uzun mesafeli döşeme veya taban sabitlemesinde, küçük bir başlangıç gevşekliği (Slack) sensörde bir "ölü bölge"ye neden olur, yani tabanın deformasyonunun ilk kısmı gevşeklik tarafından ortadan kaldırılır ve çekirdeğe doğru bir şekilde iletilemez. Ön gerilim uygulamak, fiberin alt tabaka veya kelepçelerle sürekli olarak sıkıca gergin olmasını sağlar, bu da gecikmeyi ortadan kaldırır ve ölçümün doğrusalitesini ve tekrarlanabilirliğini iyileştirir.
İki: Ön gerilim uygulamak sensörün ömrünü kısaltır mı?
Makul mühendislik tasarım sınırları dahilinde, makul bir ön gerilim fiberin veya sensörün hizmet ömrünü kısaltmaz.
Belirli mekanik mekanizmalar ve ömür kontrolü aşağıdaki gibidir:
-
Çalışma Gerinimi Kırılma Eşiğinin Çok Altındadır:
- İletişim ve algılama için standart kuvars fiberlerin kısa süreli kırılma sınır gerinimleri genellikle %3 ila %5 arasındadır (yani 30000\ \mu\varepsilon \sim 50000\ \mu\varepsilon).
- Endüstriyel uygulamalardaki kurulum ön gerinimleri genellikle 300\ \mu\varepsilon \sim 1500\ \mu\varepsilon aralığında kontrol edilir (fiber kırılma limit mukavemetinin yaklaşık %1 ila %3’ü), bu da silika malzemenin son derece güvenli elastik deformasyon aralığındadır.
-
Gerilme Korozyonu ve Statik Yorgunluk Kontrolü:
- Silika cam, uzun süreli çekme altında ise ve yüzey nemli havaya maruz kalırsa, su molekülleri yüzeydeki mikro çatlakların genişlemesini hızlandırır (statik yorgunluk mekanizması).
- Normal endüstriyel kapsüllenmiş sensörlerde (örneğin, polimer sertleştirme kapsülleme veya dikişsiz metal boru sızdırmazlığı ile), fiber yüzeyi aşındırıcı dış ortamdan izole edilir ve statik yorgunluk ömrü on yıllarca sürebilir.
Üç: İlgili Ürün Referansları
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd., farklı mühendislik gerinim ölçüm senaryoları için farklı kapsülleme biçimleri ve ölçüm aralıkları sunan fiber Bragg grating gerinim sensörleri sunmaktadır:
- OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter): Polimer kapsüllü minyatür yapı, yüksek hassasiyet ve doğrusal kalibrasyon ile birlikte gelir, kelepçelerle ön gerilim uygulayarak küçük gerinim ve çift yönlü gerinim izleme için uygundur.
- OFSCN® Ultra-Large Range Fiber Bragg Grating Strain Sensor: Ultra geniş aralıklı gerinim sensörü, geniş aralıklı yapısal deformasyon ve büyük deformasyon izleme için uygundur.
