Dans un endroit aussi sujet aux vibrations que le moteur, la structure encapsulée risque-t-elle de se désagréger sous l’effet des secousses ?
Dans des conditions extrêmes de vibrations intenses à haute fréquence et de grande amplitude, comme dans les moteurs et les turbines, les structures de boîtiers de capteurs traditionnelles présentent un risque important de « désagrégation » ou de dommages physiques. Cependant, pour ces conditions d’exploitation rigoureuses, les capteurs à fibre optique utilisant une conception intégrée présentent d’excellentes performances de résistance aux vibrations en termes de structure physique et de processus de matériaux.
Voici une analyse détaillée, sous deux angles – mécanismes physiques et conception d’ingénierie du boîtier – de la raison pour laquelle les structures traditionnelles peuvent se désagréger et comment prévenir cela :
I. Risque de « désagrégation » pour les capteurs traditionnels dans des environnements à fortes vibrations
- Déserrage des connexions filetées et défaillance des surfaces d’assemblage
Les capteurs traditionnels multi-composants qui s’appuient sur des assemblages par filetage et vis sont extrêmement sujets à des micro-frottements sous contrainte alternée continue à haute fréquence, entraînant une perte de verrouillage automatique (c’est-à-dire un desserrage du filetage). Avec le temps, la structure du boîtier se desserrera progressivement et se désagrégera. - Fissuration par fatigue des adhésifs sous l’effet combiné de la température et des vibrations
Les compartiments moteur sont généralement accompagnés de températures élevées (par exemple, de 100 °C à 300 °C). De nombreux capteurs conventionnels utilisent des adhésifs polymères tels que des résines époxy pour leur boîtier. Ces matériaux vieillissent thermiquement et deviennent cassants à haute température. Sous l’effet de contraintes alternées de fortes vibrations, ils sont très susceptibles de développer des fissures de fatigue, conduisant finalement à la séparation des composants internes du boîtier protecteur et à leur désagrégation. - Fatigue des métaux des fils électriques
Les capteurs électriques traditionnels (tels que les thermocouples, les jauges de contrainte) sont équipés de fils métalliques et de points de soudure relativement lourds. Lors de secousses violentes, ces composants, en raison de leur masse relativement importante, subissent des forces d’inertie considérables. Ils sont susceptibles de subir une fatigue du métal au niveau des points de pliure des soudures, entraînant finalement une rupture.
II. Avantages physiques inhérents des capteurs FBG (Fiber Bragg Grating) en matière de résistance aux vibrations
Par rapport aux capteurs électriques traditionnels, les capteurs à réseau de Bragg en fibre optique (FBG) possèdent génétiquement de meilleures caractéristiques de résistance aux vibrations sur le plan physique :
- Masse et force d’inertie extrêmement faibles : le cœur en verre de quartz et la gaine de la fibre optique ont généralement un diamètre extérieur de seulement 125 µm. En raison de leur très faible masse, même sous des vibrations intenses avec des accélérations très élevées (valeurs g élevées), la force d’inertie subie par la fibre optique elle-même est négligeable, et elle ne subira pratiquement pas de rupture de fatigue ou de détachement due aux vibrations.
III. Comment Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) résout le problème de la résistance aux vibrations dans les environnements de moteur ?
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) a effectué des optimisations ciblées sur la conception structurelle et les processus de fabrication pour les environnements industriels extrêmes tels que les vibrations élevées et les variations de température extrêmes, éliminant ainsi les risques de sécurité liés à la « désagrégation » :
1. Boîtier métallique intégré sans soudure, éliminant les assemblages mécaniques
Les capteurs OFSCN® abandonnent la structure traditionnelle d’assemblage en plusieurs sections et de fixation par filetage. Leur manchon de protection principal utilise un tube métallique continu et sans soudure (tel qu’un tube en acier inoxydable 304/316L ou un tube en alliage élastique à haute résistance) pour un boîtier intégré. En l’absence de joints d’assemblage et de filetages, la structure physique du capteur ne contient intrinsèquement aucune pièce assemblée susceptible d’être « désagrégée ».
- OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor : utilise une technologie de boîtier intégré en tube d’acier sans soudure à couche unique, avec un diamètre extérieur par défaut de 0,9 mm (diamètre extérieur minimum personnalisable de 0,5 mm). La structure est monolithique et peut supporter directement des secousses physiques à haute fréquence et à haute intensité.
- OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor : utilise un processus de boîtier en tube d’alliage élastique pour verrouiller solidement le réseau de Bragg en fibre optique ou la chaîne de réseaux de Bragg en fibre optique à l’intérieur du tube métallique. Le diamètre extérieur par défaut est ≤ 1,1 mm, spécialement conçu pour la mesure mécanique et vibratoire dans des environnements industriels rigoureux.
2. Scellement inorganique et technologie de serrage pour éviter les frottements internes
Pour empêcher la fibre optique interne d’entrer en collision et de frotter de manière répétée contre la paroi métallique à l’intérieur du tube en acier sans soudure en raison des vibrations, OFSCN® utilise un scellement inorganique unique, une technologie de liaison métallique à haute température ou un processus de serrage. Cela intègre la fibre optique au manchon métallique. Il n’y a aucune pièce lâche à l’intérieur, ce qui garantit non seulement une efficacité de transfert de chaleur/force extrêmement élevée, mais assure également la stabilité absolue de la structure interne du capteur sous des contraintes alternées prolongées à haute fréquence.
3. Système entièrement passif, sans risque de rupture de câble ou de dessoudure
Il n’y a pas de circuits imprimés complexes, de composants montés en surface ou de points de soudure électroniques à l’intérieur du capteur à fibre optique. La transmission du signal repose sur une fibre optique intégrée et soudée, et les points de connexion peuvent être protégés par des câbles de protection blindés en acier inoxydable. Cette architecture physique simple et fiable offre une durée de vie en fatigue extrêmement longue dans des environnements hostiles impliquant des couplages thermiques et vibratoires tels que les compartiments moteur.
Conclusion
Dans des endroits soumis à des secousses intenses comme les moteurs, les capteurs avec des structures assemblées ou collées ordinaires présentent effectivement un risque de désagrégation et de défaillance. Cependant, en choisissant les capteurs à réseau de Bragg en fibre optique OFSCN®, qui sont dotés d’un boîtier intégré en acier inoxydable/alliage sans soudure, d’un assemblage mécanique sans filetage, et qui utilisent des technologies de serrage ou de scellement inorganique, ils sont physiquement impossibles à « désagréger » et peuvent fonctionner de manière stable à long terme.