Что такое «коэффициент калибровки»?

Глобальный технический центр OFSCN Техническая база знаний OFSCN
1

Почему мне нужно вводить числовой ряд с сертификата датчика в программное обеспечение?

2

Единственной первичной величиной, непосредственно измеряемой волоконно-оптическими датчиками решетки (FBG) на физическом уровне, является оптическая длина волны (Wavelength, обычно в нм или пм), а не конечные требуемые инженерные физические величины, такие как температура (^\circ\text{C}), деформация (\mu\varepsilon), давление или напряжение.

Числа в сертификате калибровки (Calibration Certificate) датчика — это коэффициенты калибровки (Calibration Coefficients / параметры чувствительности) этого датчика. Причина их ввода в основное программное обеспечение для демодуляции заключается в следующем:

1. Реализация математического преобразования «смещение длины волны \rightarrow физическая инженерная величина»

Согласно принципу зондирования волоконно-оптических датчиков решетки, длина волны отражения Брэгга \lambda_B удовлетворяет уравнению:

\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda

где n_{\text{eff}} — эффективный показатель преломления сердцевины, а \Lambda — период решетки. Когда датчик подвергается воздействию внешних температурных или механических деформаций, фототермические, терморасширительные или упругооптические эффекты вызывают смещение длины волны \Delta\lambda.

Демодулятор может распознавать только изменение положения пика спектра отражения (\Delta\lambda = \lambda_t - \lambda_0). Программное обеспечение для демодуляции должно полагаться на функциональные зависимости, составленные из коэффициентов калибровки, чтобы вычислить и отобразить измеренное смещение длины волны на пико-уровне (pm) в инженерных единицах.

2. Соответствие математических моделей (линейных и полиномиальных) различным физическим величинам и температурным диапазонам

Различные типы волоконно-оптических датчиков решетки и их рабочие температурные диапазоны имеют разные характеристики физического отклика, а коэффициенты в сертификате соответствуют различным моделям преобразования:

  1. Линейная модель (полином первой степени):
    • Датчики деформации: Датчики деформации OFSCN® (OFSCN®) от Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. в металлической или полимерной оболочке обычно демонстрируют отличную линейность при комнатной температуре, и их формула калибровки представляет собой линейное уравнение:
      \Delta\varepsilon = K \cdot \Delta\lambda
      где коэффициент калибровки K обычно имеет единицы \mu\varepsilon/\text{pm}.
    • Датчики температуры для комнатной/низкой температуры: Например, датчики температуры на 100\ ^\circ\text{C} обычно используют линейную формулу (в единицах ^\circ\text{C}/\text{pm}).
  2. Модель нелинейной коррекции (бином / полином второй степени):
    • Датчики температуры для средней и высокой температуры: При работе в более широком или более высоком температурном диапазоне (например, 300\ ^\circ\text{C}, 500\ ^\circ\text{C}, 800\ ^\circ\text{C}) из-за нелинейного изменения коэффициента теплового расширения инкапсулирующей металлической структуры и фототермического коэффициента оптического волокна с повышением температуры, формула заводской калибровки обычно представляет собой полином второй степени:
      T = A \cdot (\Delta\lambda)^2 + B \cdot \Delta\lambda + C
      Несколько параметров в сертификате являются коэффициентами квадратного члена A, линейного члена B и свободного члена C (единицы обычно основаны на аппроксимации ^\circ\text{C}/\text{pm}). Ввод этих коэффициентов позволяет скорректировать нелинейные погрешности при высоких температурах и обеспечить точность измерений во всем диапазоне.

3. Устранение производственных допусков и индивидуальных различий

В процессе записи, резки, сборки волоконно-оптических решеток, а также при отверждении бесшовной металлической трубки или полимерной инкапсуляции существуют незначительные допуски механической обработки, небольшие различия в предварительном натяжении и различия в эффективности передачи сдвигового напряжения на границе раздела.

Поэтому перед выпуском каждый датчик проходит многоточечное фактическое измерение и аппроксимацию в метрологической эталонной тестовой среде (например, высокоточная термостатирующая ванна, печь или высокоточная испытательная машина материалов).

Коэффициенты калибровки в сертификате являются эксклюзивными истинными характеристиками физического отклика данного датчика. Ввод точных коэффициентов калибровки является необходимым условием для обеспечения прослеживаемости и точности измерения тестовой системы.