Comment coller un capteur sur la surface d’une plaque d’acier pour mesurer la déformation ?
Dans le domaine de l’ingénierie optique et de la surveillance de l’intégrité des structures, la technique qui consiste à coller un capteur à plat sur la surface d’une plaque d’acier pour mesurer la déformation est appelée Installation par Montage en Surface. Le cœur physique de cette méthode de montage réside dans le Transfert de Cisaillement.
I. Principe Physique et Ingénierie du Montage en Surface
Lorsque la plaque d’acier subit une déformation par traction ou compression sous l’effet d’une force extérieure, générant une déformation microscopique (\epsilon), le milieu entre la plaque d’acier et le substrat du capteur (tel qu’une couche adhésive ou des points de soudure) subit une déformation de cisaillement. Cette force de cisaillement transmet la déformation de la plaque d’acier au réseau de Bragg en fibre optique (FBG) interne de manière synchrone, provoquant des changements correspondants dans le pas de réseau (\Lambda) et l’indice de réfraction effectif (n_{eff}) de la fibre optique. En démodulant le décalage de la longueur d’onde centrale de réflexion (\lambda_B), la déformation de la plaque d’acier peut être calculée avec précision.
Dans les applications pratiques, afin de garantir un taux de transfert de déformation de haute fidélité, le processus d’installation doit suivre scrupuleusement les étapes normatives suivantes :
1. Conditionnement de Surface
C’est l’étape la plus critique du montage en surface. La surface de la plaque d’acier est généralement recouverte d’une couche d’oxydation, de rouille, de peinture ou de graisse, dont la résistance au cisaillement est extrêmement faible, entraînant un fluage opérationnel sévère ou un décollement.
- Ponçage Mécanique : Utiliser du papier de verre ou une meuleuse d’angle pour poncer la zone de collage, éliminer les impuretés de surface jusqu’à révéler un lustre métallique uniforme et créer une rugosité microscopique suffisante (généralement par ponçage croisé) pour améliorer l’accrochage mécanique de la colle ou des points de soudure.
- Nettoyage Chimique : Frotter la zone poncée unidirectionnellement avec de l’éthanol anhydre, de l’acétone ou un agent de nettoyage spécialisé pour assurer une surface exempte de poussière et de graisse.
2. Marquage et Alignement
Utiliser un pointeur ou un marqueur pour tracer avec précision l’axe de mesure de la déformation sur la plaque d’acier, en s’assurant que l’axe principal de mesure du capteur est strictement parallèle à la direction de la contrainte principale prévue (ou de la déformation) de la plaque d’acier. Une déviation angulaire entraînera une sous-estimation de la déformation mesurée (introduisant une erreur cosinus).
3. Méthode de Fixation du Capteur
Selon la structure du capteur choisi, il existe généralement deux méthodes de fixation :
- Collage par Adhésif :
Applicable à la plupart des capteurs de déformation à fibre optique. Utiliser une colle de durcissement à haute résistance et à faible fluage (telle qu’une résine époxy spéciale pour la déformation, un adhésif acrylique ou une superglue à séchage rapide à température ambiante).- Points Techniques : La couche de colle doit être fine et uniforme. Une couche de colle trop épaisse introduira des pertes de cisaillement élastique supplémentaires, réduisant l’efficacité du transfert de déformation ; pendant le durcissement, une force de serrage appropriée et uniforme (telle que l’utilisation de ruban adhésif résistant à la chaleur ou de pinces) doit être appliquée, et il faut s’assurer que toutes les bulles d’air sont complètement éliminées.
- Collage par Soudage par Points :
Applicable aux capteurs avec un substrat d’encapsulation métallique (tel que l’acier inoxydable). Utiliser une micro-machine de soudage par points à stockage d’énergie par condensateur pour souder directement le bord (ou les quatre coins) de la pièce métallique du capteur à la surface de la plaque d’acier.- Points Techniques : Le soudage offre une excellente stabilité à long terme et une dérive de zéro extrêmement faible, évitant complètement l’impact du vieillissement de la colle sur la mesure, ce qui le rend particulièrement adapté aux environnements industriels difficiles ou aux environnements à haute température.
II. Produits Correspondants et Avantages Techniques de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)
Pour la mesure de la déformation à la surface des plaques d’acier, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. propose deux capteurs de déformation à réseau de Bragg en fibre optique haute performance pour montage en surface :
1. OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gauge
Ce capteur est spécialement conçu pour les applications d’ingénierie de montage en surface. Il encapsule un réseau de Bragg en fibre optique unique dans une pièce d’acier inoxydable en forme de H ou en alliage d’aluminium. Grâce à son substrat métallique plat, il peut adhérer au maximum à la surface de la plaque d’acier.
- Prise en charge des méthodes d’installation : Supporte par défaut le collage par adhésif et le collage par soudage par points aux quatre coins.
- Plage de mesure de déformation : Plage de mesure de déformation par défaut \ge 10000\ \mu\epsilon .
- Tailles disponibles : Disponible en trois longueurs de 3.6\text{cm} , 7.2\text{cm} et 10.8\text{cm} , ce qui facilite le déploiement sur des surfaces de structures en acier étroites ou localisées.
2. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
Utilise un tube en alliage pour encapsuler le réseau de Bragg en fibre optique. En raison de la rigidité de son tube, de sa forte résistance à l’humidité et aux interférences environnementales, il est souvent collé à plat directement sur la surface des structures en acier pour une surveillance de santé à long terme.
- Dimensions physiques : Le diamètre extérieur par défaut du produit est \le 1.1\text{mm} , extrêmement fin, ayant pratiquement aucun impact sur la distribution de rigidité d’origine du corps mesuré.
- Plage de mesure de déformation : Plage de mesure de déformation par défaut \ge 6000\ \mu\epsilon .
Grâce à ces capteurs de montage en surface couplés à des démodulateurs de réseau de Bragg en fibre optique, une surveillance en temps réel à haute résolution (généralement jusqu’à 1\ \mu\epsilon ) de la micro-déformation des plaques d’acier en traction, flexion ou vibration peut être réalisée.