¿Cómo pegar un sensor en la superficie de una placa de acero para medir la deformación?
En ingeniería óptica y monitorización de la salud estructural, la técnica de adherir un sensor a la superficie de una placa de acero para medir la deformación se denomina Instalación de Montaje Superficial. El núcleo físico de este método de instalación reside en la Transferencia de Cizallamiento de Deformación.
I. Principios Físicos y de Ingeniería de la Instalación de Montaje Superficial
Cuando una placa de acero se deforma por tracción o compresión bajo carga externa, generando una deformación microscópica (\epsilon), el medio entre la placa de acero y la base del sensor (como una capa adhesiva o puntos de soldadura) sufre una deformación por cizallamiento. Esta fuerza de cizallamiento transmite de forma sincrónica la deformación de la placa de acero a la red de fibra óptica (FBG) interna, provocando cambios correspondientes en el espaciado de la red (\Lambda) y el índice de refracción efectivo (n_{eff}) de la FBG. Al decodificar el desplazamiento de la longitud de onda central de reflexión (\lambda_B), se puede calcular con precisión la deformación de la placa de acero.
En aplicaciones de ingeniería reales, para garantizar una tasa de transferencia de deformación de alta fidelidad, el proceso de instalación debe seguir estrictamente los siguientes pasos normativos:
1. Acondicionamiento de Superficie
Este es el paso más crítico en la instalación de montaje superficial. Las superficies de las placas de acero suelen tener capas de óxido, óxido de hierro, pintura o grasa, cuyas resistencias al cizallamiento son extremadamente bajas, lo que provoca una deformación operativa o desprendimiento severos.
- Lijado Mecánico: Utilizar papel de lija o una amoladora angular para lijar el área de montaje, eliminando las impurezas superficiales hasta exponer un brillo metálico uniforme y creando cierta rugosidad microscópica (generalmente lijado cruzado) para mejorar el anclaje mecánico del pegamento o los puntos de soldadura.
- Limpieza Química: Limpiar el área lijada con etanol anhidro, acetona o un agente de limpieza especializado en una dirección para asegurar que la superficie esté libre de polvo y grasa.
2. Marcado y Alineación
Utilizar un punzón o marcador para trazar con precisión el eje de medición de deformación en la placa de acero, asegurando que el eje principal de medición del sensor sea estrictamente paralelo a la dirección esperada del esfuerzo principal (o deformación) de la placa de acero. Cualquier desviación angular dará lugar a una subestimación de la deformación medida (introduciendo un error de coseno).
3. Método de Fijación del Sensor
Dependiendo de la estructura del sensor seleccionado, generalmente hay dos métodos de fijación:
- Unión Adhesiva (Adhesive Bonding):
Aplicable a la mayoría de los sensores de deformación de fibra óptica. Utilizar adhesivos de curado de alta resistencia y baja fluencia (como adhesivos epoxi especializados para deformación, adhesivos acrílicos o cianoacrilatos de secado rápido a temperatura ambiente).- Puntos Técnicos: La capa de adhesivo debe ser delgada y uniforme. Una capa de adhesivo demasiado gruesa introducirá pérdidas de cizallamiento elástico adicionales, reduciendo la eficiencia de transferencia de deformación; durante el curado, se debe aplicar una fuerza de sujeción adecuada y uniforme (utilizando cinta adhesiva resistente a la temperatura o abrazaderas) y asegurar la eliminación completa de burbujas.
- Montaje Mediante Soldadura por Puntos (Spot Welding):
Aplicable a sensores con base de encapsulación metálica (como acero inoxidable). Utilizar una mini soldadora por puntos de almacenamiento de energía capacitiva para fusionar directamente los bordes (o las cuatro esquinas) de la lámina metálica del sensor a la superficie de la placa de acero.- Puntos Técnicos: La soldadura proporciona una excelente estabilidad a largo plazo y una deriva de punto cero extremadamente baja, evitando por completo la influencia del envejecimiento del adhesivo en la medición, especialmente adecuada para entornos industriales hostiles o de alta temperatura.
II. Productos Compatibles y Ventajas Técnicas de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)
Para la medición de deformación en superficies de placas de acero, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) ofrece dos sensores de deformación de red de fibra óptica de montaje superficial de alto rendimiento:
1. OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gauge (Galga de Deformación de Red de Fibra Óptica)
Este sensor está diseñado específicamente para aplicaciones de montaje superficial. Encapsula una red de fibra óptica de punto único en una lámina de acero inoxidable o aleación de aluminio en forma de I, y debido a su base metálica plana, se adapta en gran medida a la superficie de la placa de acero.
- Soporte de Método de Instalación: Admite por defecto montaje adhesivo y montaje por soldadura por puntos en las cuatro esquinas.
- Rango de Deformación: Rango de deformación por defecto \ge 10000\ \mu\epsilon .
- Tamaños Opcionales: Disponible en tres longitudes: 3.6\text{cm}, 7.2\text{cm} y 10.8\text{cm}, lo que facilita su despliegue en diversas superficies de estructuras de acero estrechas o localizadas.
2. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor (Sensor de Deformación de Red de Fibra Óptica Encapsulado en Tubo de Aleación)
Encapsula redes de fibra óptica en tubos de aleación de alta elasticidad. Debido a la buena rigidez de su tubo, y su fuerte resistencia a la humedad y a las interferencias ambientales, a menudo se adhiere directamente a las superficies de las estructuras de acero para la monitorización continua de la salud.
- Dimensiones Físicas: Diámetro exterior del producto por defecto \le 1.1\text{mm}, extremadamente delgado, con casi ningún impacto en la distribución de rigidez original del objeto medido.
- Rango de Deformación: Rango de deformación por defecto \ge 6000\ \mu\epsilon .
Mediante estos sensores de montaje superficial y un demodulador de red de fibra óptica, se puede realizar una monitorización en tiempo real de microdeformaciones en placas de acero bajo tracción, flexión o vibración con alta resolución (generalmente hasta 1\ \mu\epsilon ).