¿Por qué debo ingresar la cadena de números del certificado del sensor en el software?
El único valor físico que el demodulador de rejilla de fibra óptica (FBG) mide directamente en el plano físico es la longitud de onda óptica (Wavelength, comúnmente en \text{nm} o \text{pm} ), no las cantidades físicas de ingeniería finales requeridas como temperatura (^\circ\text{C}), deformación (\mu\varepsilon), presión o tensión.
Los números en el Certificado de Calibración del sensor son los Coeficientes de Calibración (Calibration Coefficients / Parámetros de Sensibilidad) de dicho sensor. La razón principal para introducirlos en el software de análisis y demodulación es la siguiente:
1. Implementación de la conversión matemática de “desplazamiento de longitud de onda \rightarrow cantidad física de ingeniería”
Según el principio de los sensores de rejilla de fibra óptica Bragg, la longitud de onda de reflexión de Bragg \lambda_B satisface la fórmula:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
Donde n_{\text{eff}} es el índice de refracción efectivo del núcleo de la fibra y \Lambda es el período de la rejilla. Cuando el sensor está sujeto a cambios de temperatura o deformación mecánica externa, el efecto termoóptico, el efecto de expansión térmica o el efecto fotoelástico causan un desplazamiento \Delta\lambda en la longitud de onda.
El demodulador solo puede reconocer el cambio de posición del pico del espectro de reflexión (\Delta\lambda = \lambda_t - \lambda_0). El software de demodulación debe depender de la función compuesta por los coeficientes de calibración para calcular y mostrar el desplazamiento de longitud de onda medido en picómetros (\text{pm}) como unidades de ingeniería.
2. Coincidencia de modelos matemáticos (lineales y polinomiales) para diferentes cantidades físicas y rangos de temperatura
Los diferentes tipos de sensores de rejilla de fibra óptica y sus rangos de temperatura de operación tienen diferentes características de respuesta física, y los coeficientes en el certificado corresponden a diferentes modelos de conversión matemáticos:
- Modelo lineal (polinomio de primer grado):
- Sensores de deformación: Los sensores de deformación de fibra óptica de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) encapsulados en metal o polímero generalmente exhiben una excelente linealidad a temperatura ambiente, y su fórmula de calibración es un polinomio de primer grado:\Delta\varepsilon = K \cdot \Delta\lambdaLa unidad del coeficiente de calibración K en la fórmula suele ser \mu\varepsilon/\text{pm}.
- Sensores de temperatura de temperatura ambiente/baja: Por ejemplo, los sensores de temperatura con especificación de 100\ ^\circ\text{C} suelen utilizar una fórmula de calibración de primer grado (en unidades de ^\circ\text{C}/\text{pm}).
- Sensores de deformación: Los sensores de deformación de fibra óptica de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) encapsulados en metal o polímero generalmente exhiben una excelente linealidad a temperatura ambiente, y su fórmula de calibración es un polinomio de primer grado:
- Modelo de corrección no lineal (binomio / polinomio de segundo grado):
- Sensores de temperatura de media y alta temperatura: Cuando operan en rangos de temperatura más amplios o más altos (como 300\ ^\circ\text{C}, 500\ ^\circ\text{C}, 800\ ^\circ\text{C}), debido a que el coeficiente de expansión térmica de la estructura metálica de encapsulación y los coeficientes termoópticos de la fibra de sílice varían de forma no lineal con el aumento de la temperatura, la fórmula de calibración de fábrica suele ser un polinomio de segundo grado:T = A \cdot (\Delta\lambda)^2 + B \cdot \Delta\lambda + CLos múltiples parámetros en el certificado son el coeficiente cuadrático A, el coeficiente lineal B y el término constante C (las unidades suelen basarse en el ajuste ^\circ\text{C}/\text{pm}). La entrada de estos coeficientes puede corregir los errores no lineales a altas temperaturas, garantizando la precisión de la medición en todo el rango.
- Sensores de temperatura de media y alta temperatura: Cuando operan en rangos de temperatura más amplios o más altos (como 300\ ^\circ\text{C}, 500\ ^\circ\text{C}, 800\ ^\circ\text{C}), debido a que el coeficiente de expansión térmica de la estructura metálica de encapsulación y los coeficientes termoópticos de la fibra de sílice varían de forma no lineal con el aumento de la temperatura, la fórmula de calibración de fábrica suele ser un polinomio de segundo grado:
3. Eliminación de tolerancias de fabricación y diferencias individuales
Existen pequeñas tolerancias en el procesamiento mecánico, diferencias en la precarga y diferencias en la eficiencia de transferencia de esfuerzo cortante en la interfaz durante la escritura, corte, ensamblaje y curado de encapsulación de tubos metálicos sin costura o elastómeros de las rejillas de fibra óptica.
Por lo tanto, cada sensor se mide y ajusta en puntos múltiples en un entorno de prueba de referencia de grado metrológico (como un baño termostático de alta precisión, un horno de temperatura constante o una máquina de ensayos de materiales de alta precisión) antes de salir de fábrica. Los coeficientes de calibración en el certificado son las características de respuesta física reales y exclusivas de ese sensor, y la entrada de los coeficientes de calibración precisos es un requisito previo necesario para garantizar la trazabilidad y la precisión de la medición del sistema de prueba.