什么是“封装的重量”? | What is the packaging weight?

在飞机上用,传感器能做得比羽毛还轻吗?

答案是肯定的。在航空航天领域,基于光纤传感技术(如光纤光栅 FBG 或分布式光纤 OFDR)的传感器本身及测量段封装,完全可以做到比羽毛还要轻(达到毫克甚至微克级别)。


一、 物理量级对比分析

  1. 羽毛的重量参照
    一根普通的禽类羽毛质量通常在 0.005\text{g}0.05\text{g} (即 5\text{mg}50\text{mg} )之间。
  2. 裸光纤传感单元的重量
    标准单模石英光纤(包层外径 125\ \mu\text{m} ,带涂覆层外径 250\ \mu\text{m} )的石英密度约为 2.2\ \text{g/cm}^3
    • 长度为 1\text{cm} 的裸光纤传感段,质量仅约 0.0001\text{g}0.1\text{mg} )。
    • 即使是一段长度为 10\text{cm} 的光纤光栅传感区域,其质量也仅约为 1\text{mg}仅相当于半根轻盈羽毛的几分之一

二、 飞机构件对传感器“封装重量”的要求

在飞机机翼、复合材料或发动机部件的结构健康监测(SHM)中,传感器的封装重量体积侵入性是极其关键的指标:

  • 避免质量负载效应:传感器过重会改变薄壁飞行构件的固有频率与振动特性。
  • 微型无感封装(Micro-packaging):为了既保护脆弱的石英光纤,又不对飞机构件产生额外的重量负担,航空级光纤传感器通常采用微型高分子材料或极薄壁合金管进行封装,将传感器外径压缩至 0.6\text{mm}1.2\text{mm} 级别。

三、 大成永盛 OFSCN® 相关微型轻量化传感器产品

在 OFSCN® 产品序列中,针对航空及轻量化需求设计了多款超细、超轻的传感器:

1. OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter)

采用高分子材料封装光纤光栅,默认外径 \le 0.7\text{mm} (增加保护无缝钢管后外径 \le 1.2\text{mm} ),极大地降低了传感器本身的附加质量,非常适合胶粘或埋入航空复合材料中使用。


2. OFSCN® 85°C OFDR Micro All-Metal Strain Sensor

采用单层弹性合金管保护,产品外径仅为 0.6\text{mm} ,在保留金属防机械损伤特性的同时,将传感器线密度降低至毫克级。



3. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor

采用弹性合金管封装光纤光栅,默认外径 \le 1.1\text{mm} ,适用于飞行器金属基底或复合材料表面的无感贴附应变测量。