¿La deformación del material de encapsulación se sincroniza completamente durante el calentamiento y el enfriamiento?
Durante el ciclo de temperatura (calentamiento y enfriamiento), la deformación del material de encapsulación no puede lograr una sincronización completa.
Este fenómeno de deformación inconsistente y trayectoria física no superpuesta durante las fases de calentamiento y enfriamiento se denomina efecto de histéresis (Hysteresis Effect) en física e ingeniería de sensores. Para los sensores de fibra Bragg (FBG), es el mecanismo físico central que limita la repetibilidad de las mediciones de alta precisión.
I. Raíces físicas y mecánicas de la deformación no completamente sincronizada
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Inercia térmica (Thermal Inertia)
La conducción del calor tiene un desfase temporal. Durante la fase de calentamiento, el tubo de encapsulación externo se calienta y expande primero, el calor se conduce hacia el interior, y la temperatura del interior de la rejilla (FBG) siempre va a la zaga de la exterior; durante la fase de enfriamiento, el tubo exterior se enfría y contrae primero, y la temperatura de la rejilla interior también va a la zaga. Esto provoca que, a la misma temperatura instantánea del entorno, la distribución del campo de temperatura formada en el interior del sensor en los dos procesos de calentamiento y enfriamiento presente una diferencia de gradiente. -
Retraso de cizallamiento viscoelástico (Viscoelastic Shear Lag)
Si en el encapsulado o adhesión del sensor se utilizan materiales poliméricos orgánicos (como resinas epoxi, poliimidas, etc.), los materiales poliméricos poseen una viscoelasticidad (Viscoelasticity) significativa. El estiramiento y la relajación de sus cadenas moleculares son no instantáneos y dependientes del tiempo.
Especialmente cuando la temperatura se acerca o supera su temperatura de transición vítrea (T_g), las curvas de respuesta de deformación del material durante los procesos de calentamiento y enfriamiento se separan severamente, introduciendo un desfase de transmisión mecánica significativo. -
Desajuste extremo del coeficiente de expansión térmica (CTE)
El CTE de la fibra (material de sílice, aproximadamente 0.55 \times 10^{-6}\ /\ \text{K}), el tubo protector de acero (acero inoxidable, aproximadamente 16 \times 10^{-6}\ /\ \text{K}) y el material adhesivo difieren enormemente.
Durante el ciclo de temperatura, las interfaces heterogéneas experimentan una alta densidad de tensiones cortantes alternas. Si el proceso de encapsulado es deficiente y se produce una deformación plástica microscópica mínima o un deslizamiento microscópico en la interfaz, la deformación no se recuperará completamente a lo largo de la ruta original durante el enfriamiento, manifestándose como una deformación mecánica no sincronizada.
II. ¿Cómo resuelve y suprime OFSCN® estos errores de histéresis?
Para reducir la histéresis causada por esta