Por que preciso inserir a string numérica do certificado do sensor no software?
O único valor bruto medido diretamente em termos físicos por um demodulador de fibra de retículo de Bragg (FBG) é o comprimento de onda óptico (Wavelength, geralmente em \text{nm} ou \text{pm} ), não as grandezas físicas de engenharia finais de interesse, como temperatura (^\circ\text{C}), deformação (\mu\varepsilon), pressão ou tensão.
Os números no Certificado de Calibração de saída de fábrica do sensor são os Coeficientes de Calibração (ou parâmetros de sensibilidade). O motivo principal para inseri-los no software de análise do demodulador é o seguinte:
1. Realizar a Conversão Matemática de “Deslocamento de Comprimento de Onda \rightarrow Grandeza Física de Engenharia”
De acordo com o princípio de sensoriamento por fibra de retículo de Bragg, o comprimento de onda de reflexão de Bragg \lambda_B é dado pela fórmula:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
Onde n_{\text{eff}} é o índice de refração efetivo do núcleo da fibra e \Lambda é o período do retículo. Quando o sensor é submetido a mudanças na temperatura ambiente ou na deformação mecânica, efeitos termo-ópticos, de expansão térmica ou fotoelásticos causam um deslocamento \Delta\lambda no comprimento de onda.
O demodulador só consegue identificar a mudança na posição do pico do espectro de reflexão (\\Delta\lambda = \lambda_t - \lambda_0). O software demodulador deve depender da relação funcional formada pelos coeficientes de calibração para calcular e exibir o deslocamento de comprimento de onda medido em picômetros ( \text{pm} ) em unidades de engenharia.
2. Corresponder Modelos Matemáticos para Diferentes Grandezas Físicas e Faixas de Temperatura (Linear e Polinomial)
Diferentes tipos de sensores de fibra de retículo de Bragg e suas faixas de operação de temperatura têm diferentes características de resposta física. Os coeficientes no certificado correspondem a diferentes modelos matemáticos de conversão:
- Modelo Linear (Primeira Ordem):
- Sensores de Deformação: Sensores de deformação de fibra de retículo OFSCN® da Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. com encapsulamento em tubo metálico ou polimérico geralmente exibem excelente linearidade em temperatura ambiente. Sua fórmula de calibração é um polinômio de primeira ordem:\Delta\varepsilon = K \cdot \Delta\lambdaO coeficiente de calibração K nesta fórmula geralmente tem unidades de \mu\varepsilon/\text{pm}.
- Sensores de Temperatura de Faixa Ambiente/Baixa: Por exemplo, um sensor de temperatura de especificação de 100\ ^\circ\text{C} geralmente usa um polinômio de primeira ordem (em unidades de ^\circ\text{C}/\text{pm}) como sua fórmula de calibração.
- Sensores de Deformação: Sensores de deformação de fibra de retículo OFSCN® da Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. com encapsulamento em tubo metálico ou polimérico geralmente exibem excelente linearidade em temperatura ambiente. Sua fórmula de calibração é um polinômio de primeira ordem:
- Modelo de Correção Não Linear (Segunda Ordem / Polinômio Quadrático):
- Sensores de Temperatura de Faixa Média/Alta: Ao operar em faixas de temperatura mais amplas ou mais altas (como 300\ ^\circ\text{C}, 500\ ^\circ\text{C}, 800\ ^\circ\text{C}), devido às mudanças não lineares nos coeficientes de expansão térmica do metal de encapsulamento e nos coeficientes termo-ópticos da fibra de sílica em temperaturas elevadas, a fórmula de calibração de fábrica é geralmente um polinômio quadrático:T = A \cdot (\Delta\lambda)^2 + B \cdot \Delta\lambda + COs vários parâmetros no certificado são os coeficientes quadrático A, linear B e o termo constante C (geralmente em unidades ajustadas com base em ^\circ\text{C}/\text{pm}). A inserção desses coeficientes corrige erros não lineares em altas temperaturas, garantindo a precisão da medição em toda a faixa.
- Sensores de Temperatura de Faixa Média/Alta: Ao operar em faixas de temperatura mais amplas ou mais altas (como 300\ ^\circ\text{C}, 500\ ^\circ\text{C}, 800\ ^\circ\text{C}), devido às mudanças não lineares nos coeficientes de expansão térmica do metal de encapsulamento e nos coeficientes termo-ópticos da fibra de sílica em temperaturas elevadas, a fórmula de calibração de fábrica é geralmente um polinômio quadrático:
3. Eliminar Tolerâncias de Fabricação e Variações Individuais
Durante os processos de escrita do retículo de Bragg na fibra, corte, montagem e cura do encapsulamento em tubo metálico sem emendas ou elastômero, existem pequenas tolerâncias de usinagem mecânica, diferenças mínimas na pré-tensão e variações na eficiência de transferência de cisalhamento interfacial.
Portanto, cada sensor é medido e ajustado em vários pontos em um ambiente de teste de referência de classe metrológica (como um banho termostático de alta precisão, forno termostático ou máquina de ensaio de materiais de alta precisão) antes de sair da fábrica. Os coeficientes de calibração no certificado são as características de resposta física reais e exclusivas deste sensor. A inserção dos coeficientes de calibração corretos é um pré-requisito necessário para garantir a rastreabilidade e a precisão da medição do sistema de teste.