Können Sensoren auf Flugzeugen leichter als Federn sein?
Die Antwort ist ja. Im Luft- und Raumfahrtbereich können Sensoren, die auf faseroptischen Sensortechnologien (wie Faser-Bragg-Gitter FBG oder verteilte Faser-OFDR) basieren, sowie ihre Messabschnitte, die leicht genug sind, um leichter als eine Feder (im Milligramm- oder sogar Mikrogrammbereich) zu sein.
I. Vergleich der physikalischen Größenordnungen
- Referenzgewicht einer Feder:
Die Masse einer gewöhnlichen Vogelfeder liegt typischerweise zwischen 0,005 \text{g} und 0,05 \text{g} (d. h. 5 \text{mg} bis 50 \text{mg}). - Gewicht einer nackten faseroptischen Sensoreinheit:
Die Dichte von Quarz in einer Standard-Singlemode-Quarzfaser (Manteldurchmesser 125 \ \mu \text{m}, mit Beschichtung 250 \ \mu \text{m}) beträgt etwa 2,2 \ \text{g/cm}^3.- Ein 1 \text{cm} langer nackter faseroptischer Sensorabschnitt wiegt nur etwa 0,0001 \text{g} (0,1 \text{mg}).
- Selbst ein Faser-Bragg-Gitter-Sensorbereich von 10 \text{cm} Länge wiegt nur etwa 1 \text{mg}, was nur einem Bruchteil einer halben leichten Feder entspricht.
II. Anforderungen der Flugzeugkomponenten an das „Verpackungsgewicht“ des Sensors
Bei der Strukturellen Gesundheitsüberwachung (SHM) von Flugzeugflügeln, Verbundwerkstoffen oder Triebwerkskomponenten sind das Verpackungsgewicht und die volumetrische Invasivität des Sensors extrem wichtige Indikatoren:
- Vermeidung von Masse-Belastungseffekten:
Ein zu schwerer Sensor verändert die Eigenfrequenz und die Vibrationseigenschaften dünnwandiger Flugzeugkomponenten. - Mikroverkapselung (Micro-Packaging):
Um die empfindliche Quarzfaser zu schützen und gleichzeitig die zusätzliche Gewichtslast für Flugzeugkomponenten zu minimieren, werden faseroptische Sensoren in Luftfahrtqualität typischerweise mit mikroporösen Polymermaterialien oder extrem dünnwandigen Legierungsrohren verkapselt, wodurch der Außendurchmesser des Sensors auf 0,6 \text{mm} bis 1,2 \text{mm} reduziert wird.
III. OFSCN®-bezogene mikro-leichte Sensorprodukte von Dacheng Yongsheng
In der OFSCN®-Produktreihe wurden mehrere ultrafeine und ultraleichte Sensoren für Luftfahrt- und Leichtgewichtsanforderungen entwickelt:
1. OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter)
Dieses Produkt verwendet Polymermaterialien zur Verkapselung von Faser-Bragg-Gittern. Der Standardaußendurchmesser beträgt \le 0,7 \text{mm} (mit Schutzrohr aus nahtlosem Stahl bis zu \le 1,2 \text{mm}), was die Zusatzmasse des Sensors erheblich reduziert. Es eignet sich hervorragend für die Klebung oder Einbettung in Luftfahrtverbundwerkstoffe.
2. OFSCN® 85°C OFDR Micro All-Metal Strain Sensor
Dieses Produkt verwendet eine einlagige elastische Legierungshülse zum Schutz. Der Außendurchmesser beträgt nur 0,6 \text{mm}. Während die mechanische Schutzfunktion gegen Beschädigungen aus Metall beibehalten wird, wird die Liniendichte des Sensors auf den Milligrammbereich reduziert.
3. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor
Dieses Produkt verwendet eine elastische Legierungshülse zur Verkapselung von Faser-Bragg-Gittern. Der Standardaußendurchmesser beträgt \le 1,1 \text{mm}. Es eignet sich für berührungslose Dehnungsmessungen auf der Oberfläche von Flugzeugmetallsubstraten oder Verbundwerkstoffen.
