O encapsulamento irregular fez com que um pico se dividisse em dois. Este sensor ainda pode ser usado?
Em condições ideais, o comprimento de onda central de reflexão de um FBG (Fiber Bragg Grating) satisfaz a condição de Bragg:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
Onde n_{\text{eff}} é o índice de refração efetivo do modo fundamental do núcleo da fibra e \Lambda é o período da grade. Sob condições de isotropia e tensão axial uniforme, os dois estados de polarização ortogonais do núcleo da fibra de modo único (eixo x e eixo y) são degenerados ( n_x = n_y = n_{\text{eff}} ), e o espectro de reflexão exibe um único pico pontiagudo simétrico.
Quando o encapsulamento não uniforme faz com que o pico de reflexão se divida em um “duplo pico”, isso geralmente é causado pelos seguintes mecanismos físicos, cuja usabilidade de engenharia deve ser avaliada com base no método de demodulação e cenário de aplicação específicos:
I. Mecanismos Físicos que Causam o Fenômeno de “Duplo Pico”
-
Birefringência Induzida por Tensão Lateral Não Uniforme
- Mecanismo : Quando a contração de cura do encapsulamento é irregular, o emborrachamento está descentralizado ou a fixação da estrutura mecânica é assimétrica, a seção transversal do núcleo da grade experimenta uma deformação diferencial lateral não simétrica ( \sigma_x \neq \sigma_y ). Através do Efeito Fotoelástico, os índices de refração efetivos dos dois modos de polarização ortogonais se separam ( n_x \neq n_y ).
- Manifestação : O pico de reflexão se divide em dois subpicos dependentes da polarização, correspondendo respectivamente a \lambda_{B,x} = 2 n_x \Lambda e \lambda_{B,y} = 2 n_y \Lambda . A distância entre os dois picos é diretamente proporcional à diferença de tensão lateral.
-
Gradiente de Deformação Axial na Zona da Grade (Strain Gradient / Efeito Chirp)
- Mecanismo : Dentro do comprimento da zona da grade (por exemplo, 5\text{ mm} \sim 10\text{ mm} ), a adesão ou rigidez de transferência do meio de encapsulamento é desigual ao longo do eixo axial, fazendo com que a zona da grade seja localmente tensionada/comprimida, enquanto o restante está relaxado ou em um estado de deformação diferente.
- Manifestação : Isso é equivalente a cascatear duas grades com períodos efetivos diferentes \Lambda_1 e \Lambda_2 , fazendo com que o pico de reflexão originalmente único se divida em dois picos separados, ou ocorra um alargamento assimétrico severo e picos secundários.
II. Sensores com Duplo Pico Ainda Podem Ser Usados?
1. Em Aplicações de Engenharia Convencionais e Demoduladores Padrão: Geralmente não é recomendado continuar o uso (considerado falho/defeituoso)
- Salto de Pico e Desvio do Centroide por Algoritmo : A maioria dos demoduladores de FBG comerciais geralmente trava a posição de pico única com base em ajuste gaussiano, detecção de limite ou algoritmo de centroide. Quando o espectro de reflexão exibe um duplo pico com energia semelhante, perturbações externas na fibra (rotação do estado de polarização) ou pequenas variações de temperatura causam flutuações severas na distribuição de energia entre os dois picos. O demodulador pode facilmente saltar entre os topos dos dois picos, resultando em um enorme salto de comprimento de onda falso (possivelmente de dezenas a centenas de \text{pm} ).
- Distorção Não Linear : O pico dividido devido ao gradiente de tensão axial tem uma transferência de deformação não linear nas regiões durante a carga, o que leva à falha do coeficiente de calibração.
- Conclusão : Em monitoramento de engenharia de temperatura ou deformação padrão, a divisão do pico de encapsulamento representa concentração de tensão ou carga assimétrica severa, não possuindo precisão confiável para medição de engenharia.
2. Em Algoritmos Específicos ou Cenários de Pesquisa Científica: Existe usabilidade limitada
- Sensores de Carga/Deformação Lateral : Se o duplo pico for puramente causado por birrefringência devido à carga lateral, e o demodulador suportar reconstrução espectral de alta resolução (Full-spectrum Fitting):
- A magnitude da carga/pressão lateral pode ser invertida extraindo a distância entre os dois picos \Delta \lambda = |\lambda_{B,x} - \lambda_{B,y}| ;
- O comprimento de onda central médio \bar{\lambda} = \frac{\lambda_{B,x} + \lambda_{B,y}}{2} pode ser extraído para compensar o efeito do estresse lateral na medição de temperatura ou deformação axial.
- Rastreamento Independente de Comprimento de Onda Duplo : Se o software de demodulação puder rastrear múltiplos picos independentemente, e a distância entre os dois picos for sempre maior que o limite de resolução do instrumento e não houver fusão ou sobreposição em toda a faixa de medição, eles podem ser tratados como dois picos de reflexão fracos independentes para calibração separada.
III. Resumo e Recomendações
Se o sensor for usado para medição de deformação uniaxial convencional ou monitoramento de temperatura, o duplo pico causado por encapsulamento desigual é um defeito de tensão de encapsulamento típico, e a substituição ou reencapsulamento é recomendado. Se for usado para pesquisa de carga com birrefringência ou em um ambiente de laboratório com algoritmos personalizados de ajuste espectral, ele pode ser utilizado seletivamente com base na distância de divisão espectral.