Как прикрепить датчик к поверхности стальной пластины для измерения деформации?
В области оптики и мониторинга состояния конструкций техника установки датчиков путем наклеивания непосредственно на поверхность стальной плиты для измерения деформации известна как накладной монтаж (Surface-mounted Installation). Физической основой этого метода монтажа является эффективная передача касательной силы деформации (Shear Transfer).
I. Физические и инженерные принципы накладного монтажа
Когда стальная плита растягивается или сжимается под действием внешней силы, вызывая микродеформацию (\epsilon), среда между стальной плитой и основанием датчика (например, клеевой слой или сварное соединение) испытывает сдвиговую деформацию. Эта касательная сила синхронно передает деформацию стальной плиты на внутреннюю волоконную решетку Брэгга (FBG), вызывая соответствующее изменение шага решетки (\Lambda) и эффективного показателя преломления (n_{eff}) волоконной решетки. Путем демодуляции смещения центральной длины волны отражения (\lambda_B) можно точно рассчитать деформацию стальной плиты.
В практических инженерных задачах для обеспечения высокоточного коэффициента передачи деформации процесс установки должен строго соответствовать следующим нормативным этапам:
1. Подготовка поверхности (Surface Conditioning)
Это самый ответственный этап накладного монтажа. Поскольку поверхность стальной плиты обычно покрыта оксидным слоем, ржавчиной, краской или жировыми загрязнениями, эти материалы имеют чрезвычайно низкую прочность на сдвиг, что приводит к серьезному ползучести при эксплуатации или отслоению.
- Механическая шлифовка:** Используйте наждачную бумагу или угловую шлифовальную машину для шлифовки области установки, удаления поверхностных примесей до появления равномерного металлического блеска и формирования определенной микрошероховатости (обычно перекрестная шлифовка) для усиления механического сцепления клея или сварного соединения.
- Химическая очистка:** Однонаправленно протрите шлифованную область безводным этанолом, ацетоном или специальным чистящим средством, чтобы обеспечить отсутствие пыли и жира на поверхности.
2. Разметка и выравнивание (Marking & Alignment)
Используйте иглу для царапания или маркер для точного нанесения оси измерения деформации на стальную плиту, обеспечивая строгое параллельность основной оси датчика и ожидаемого направления главного напряжения (или деформации) стальной плиты. Отклонение по углу приведет к занижению измеренной деформации (введение косинусной ошибки).
3. Способы крепления датчика
В зависимости от выбранной конструкции датчика обычно применяются два способа крепления:
- Накладной монтаж с клеевым соединением (Adhesive Bonding):
Подходит для большинства волоконных датчиков деформации. Используйте высокопрочные, малоползучие клеи (например, специальные эпоксидные клеи для измерения деформаций, акрилатные клеи или быстросохнущие цианоакрилатные клеи комнатной температуры).- Технические моменты:** Клеевой слой должен быть тонким и равномерным. Чрезмерно толстый клеевой слой приведет к дополнительным потерям на упругое сдвиг, снижая эффективность передачи деформации; во время отверждения следует приложить соответствующее и равномерное прижимное усилие (например, с помощью термостойкой клейкой ленты или зажимов) и обеспечить полное удаление пузырьков воздуха.
- Накладной монтаж с точечной сваркой (Spot Welding):
Подходит для датчиков, оснащенных металлическим (например, из нержавеющей стали) инкапсулированным основанием. Используйте миниатюрную конденсаторную точечную сварку для прямой сварки краев (или четырех углов) металлической пластины датчика на поверхность стальной плиты.- Технические моменты:** Сварка обеспечивает превосходную долгосрочную стабильность и чрезвычайно низкий дрейф нуля, полностью исключая влияние старения клея на измерения, и особенно подходит для суровых промышленных или высокотемпературных сред.
II. Сопутствующие продукты и технические преимущества Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)
Для измерения деформации на поверхности стальных плит Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. предлагает два высокопроизводительных накладных волоконных решетчатых датчика деформации:
1. OFSCN® Fiber Bragg Grating Strain Gauge (Волоконный решетчатый датчик деформации)
Этот датчик специально разработан для накладного монтажа. Он инкапсулирует одиночную волоконную решетку в двутавровую стальную или алюминиевую пластину. Благодаря плоскому металлическому основанию он максимально плотно прилегает к поверхности стальной плиты.
- Поддержка способов монтажа:** По умолчанию поддерживается накладной монтаж с клеевым соединением и накладной монтаж с точечной сваркой по четырем углам.
- Диапазон измерения деформации:** Диапазон измерения деформации по умолчанию \ge 10000\ \mu\epsilon .
- Опциональные размеры:** Доступны три варианта длины: 3.6\text{cm} , 7.2\text{cm} и 10.8\text{cm} , что облегчает их размещение на различных узких или локальных поверхностях стальных конструкций.
2. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor (Волоконный решетчатый датчик деформации в сплавной трубке)
Использует высокоэластичную сплавную трубку для инкапсуляции волоконной решетки. Благодаря высокой жесткости трубки, а также сильным влаго- и шумозащитным свойствам, он часто напрямую приклеивается к поверхности стальной конструкции для долгосрочного мониторинга состояния.
- Физические размеры:** Стандартный внешний диаметр продукта \le 1.1\text{mm} , чрезвычайно тонкий, практически не влияет на исходное распределение жесткости измеряемого объекта.
- Диапазон измерения деформации:** Диапазон измерения деформации по умолчанию \ge 6000\ \mu\epsilon .
С помощью этих накладных датчиков в сочетании с демодулятором волоконных решеток можно осуществлять высокоразрешающий (обычно до 1\ \mu\epsilon ) режим реального времени мониторинг микродеформаций стальных плит при растяжении, изгибе или вибрации.