Les matériaux d’encapsulation peuvent-ils se déformer de manière totalement synchrone lors du chauffage et du refroidissement ?
Lors des cycles de température (montée et descente), la déformation du matériau d’encapsulation ne peut pas être complètement synchronisée.
Ce phénomène de déformation inconsistante et de trajectoires physiques non superposées pendant les phases de chauffage et de refroidissement est appelé effet d’hystérésis en physique et en ingénierie des capteurs. Pour les capteurs à réseau de Bragg en fibre optique (FBG), c’est le mécanisme physique central qui limite la répétabilité des mesures de haute précision.
I. Racines physiques et mécaniques de la déformation non totalement synchronisée
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Inertie thermique
La conduction de la chaleur présente un décalage temporel. En phase de chauffage, le manchon d’encapsulation externe chauffe et se dilate en premier, la chaleur se propageant vers l’intérieur, la température de la fibre de Bragg (FBG) interne est toujours en retard par rapport à l’extérieur ; en phase de refroidissement, le manchon externe refroidit et se contracte en premier, et la température de la fibre de Bragg interne est également en retard. Cela entraîne une différence de gradient dans la distribution du champ de température formée à l’intérieur du capteur pendant les processus de chauffage et de refroidissement à la même température ambiante instantanée. -
Décalage de cisaillement viscoélastique
Si des matériaux polymères organiques (tels que les adhésifs époxy, le polyimide, etc.) sont utilisés dans l’encapsulation ou le collage du capteur, les matériaux polymères présentent une viscoélasticité significative. L’étirement et la relaxation de leurs chaînes moléculaires ne sont pas instantanés et dépendent du temps.
En particulier lorsque la température approche ou dépasse la température de transition vitreuse ( T_g ), les courbes de réponse de déformation du matériau pendant les processus de chauffage et de refroidissement montrent une séparation sévère, introduisant ainsi un décalage de phase significatif dans la transmission mécanique. -
Désadaptation extrême du coefficient de dilatation thermique (CTE)
La fibre optique (matériau silice, CTE d’environ 0.55 \times 10^{-6}\ /\ \text{K} ), le tube de protection en acier (acier inoxydable, environ 16 \times 10^{-6}\ /\ \text{K} ) et les matériaux de collage ont des CTE très différents.
Pendant le cycle de température, les interfaces hétérogènes subissent une densité élevée de contraintes de cisaillement alternées. Si le processus d’encapsulation est médiocre, entraînant une déformation plastique infime ou un glissement microscopique à l’interface, la déformation ne peut pas être complètement restaurée lors du refroidissement, se manifestant par une déformation mécanique non synchronisée.
II. Comment Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) résout et supprime ces erreurs d’hystérésis ?
Pour réduire l’hystérésis causée par cette “désynchronisation” à un niveau extrême, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) a procédé à des optimisations techniques rigoureuses sur la structure et le processus d’encapsulation des capteurs :
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Encapsulation rigide monobloc et sans colle
L’adhésif est la principale cause du décalage de déformation viscoélastique. Les Capteurs de température à réseau de Bragg en fibre OFSCN® 300°C et Capteurs de température à réseau de Bragg en fibre OFSCN® 500°C de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) utilisent une technologie de manchon en acier métallique sans soudure, sans aucune colle de résine, réalisant un contact purement mécanique et une conduction thermique sans entrave, éliminant ainsi fondamentalement le comportement d’hystérésis causé par le vieillissement et le fluage de la colle. -
Conception structurelle ultra-fine pour réduire l’inertie thermique
Le diamètre extérieur par défaut des capteurs OFSCN® n’est que de 0.9\ \text{mm} et peut être personnalisé jusqu’à un diamètre extrême de 0.5\ \text{mm}. Les dimensions physiques extrêmement fines minimisent la résistance thermique, permettant à l’intérieur du capteur d’atteindre l’équilibre thermique en millisecondes, éliminant ainsi la déformation non synchronisée due au décalage de transmission du flux thermique. -
Calibrage par ajustement non linéaire de haute précision
Le calibrage de sortie d’usine des capteurs utilise une formule d’ajustement binomiale rigoureuse (unité de la formule de calibrage : ^\circ\text{C/pm} ), qui peut compenser avec précision la déviation non linéaire de la dilatation thermique entre le manchon de protection métallique et la fibre optique dans différentes plages de température. En travaillant avec l’interrogateur de réseau de Bragg en fibre OFSCN® à haute résolution, une excellente répétabilité du système peut être garantie.
Voici des exemples de produits classiques de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. utilisant la technologie d’encapsulation sans colle en tube d’acier :
