Was sind die Folgen, wenn ein so dünner Glasfaden direkt an meiner Maschine angebracht wird?
Das direkte Aufkleben von Bare FBG-Fasergittern mit einem Durchmesser von nur 125 \ \mu\text{m} (Bare FBG) oder etwa 155 \ \mu\text{m} bis 255 \ \mu\text{m} $ (mit Beschichtungen wie Polyimid oder Polyacrylat) auf laufende Maschinen hat kurz- und langfristig schwerwiegende physikalische und technische Folgen.
Hier sind die fünf Hauptfolgen, die durch direkt auf Oberflächen verklebte Bare FBGs entstehen können:
1. Momentaner oder kurzfristiger Ermüdungsbruch (Mechanisches Versagen)
Das Kernmaterial von Glasfasern ist hochreines Siliziumdioxid ( \text{SiO}_2 ). Obwohl es eine extrem hohe axiale Zugfestigkeit aufweist, ist es sehr spröde und anfällig für Bruch durch Scherung oder Biegung, die durch die Ausbreitung mikroskopischer Defekte verursacht werden.
Mechanische Geräte sind während des Betriebs oft hohen Frequenzen von Vibrationen mit geringer Amplitude, Rotation oder relativen physikalischen Verschiebungen durch thermische Ausdehnung und Kontraktion ausgesetzt. Beim direkten Aufkleben von Bare FBGs bildet die Klebegrenze eine extrem hohe Spannungskonzentration. Wenn die Maschine Scher- oder Biegekräften ausgesetzt ist, bricht die nackte Faser aufgrund der schnellen Ausbreitung von Mikrorissen unter wechselnder Beanspruchung durch Sprödbruch.
2. Kreuzempfindlichkeit gegenüber Dehnung und Temperatur (Verwirrung der Messdaten)
Die zentrale Reflektionswellenlänge ( \lambda_B ) von Faser-Bragg-Gittern (FBGs) ist von Natur aus empfindlich gegenüber Temperatur ( T ) und Dehnung ( \varepsilon ). Die grundlegende physikalische Gleichung lautet:
\Delta\lambda_B = \lambda_B ( (1 - p_e)\varepsilon + (\alpha_f + \xi)\Delta T )
Dabei gilt:
- p_e ist der effektive photoelastische Koeffizient.
- \alpha_f und \xi sind der thermische Ausdehnungskoeffizient und der thermische optische Koeffizient des Fasermaterials.
Wenn ein Bare FBG direkt auf der Oberfläche einer Maschine angebracht wird, kann die vom Demodulator empfangene Wellenlängenverschiebung ( \Delta\lambda_B ) nicht zwischen der Verformung der Maschine (Dehnung) und der Wärmeentwicklung der Maschine (Temperatur) unterscheiden. Da die Entkopplung auf physikalischer Ebene nicht erfolgt, sind die gemessenen Daten sowohl akademisch als auch technisch wertlos.
3. Ungleichmäßige Dehnungsübertragung und Kriechen (Signalverzerrung)
Das manuelle Auftragen von Klebstoffen (wie Epoxidharze oder Schnellkleber) erschwert die Gewährleistung einer gleichmäßigen Klebeschichtdicke, -breite und -schwindkraft während der Aushärtung über den gesamten Gitterbereich:
- Verzerrung der Reflexionsspitze: Ungleichmäßiges Auftragen des Klebstoffs führt zu ungleichmäßiger Belastung im FBG-Bereich, was zu einer Verbreiterung, Aufweitung oder sogar einer Spaltung der Spitze der ursprünglichen scharfen Reflexionsspitze führen kann (Chirp-Effekt).
- Viskosität und Kriechen: Die Klebeschicht kann unter der wechselnden mechanischen Belastung oder den Temperaturschwankungen der Maschine langfristig ein Gleiten der Polymere (Kriechen) erfahren, was zu einer Nullpunktverschiebung der langfristigen Messdaten führt und keine lineare, stabile Dehnungsübertragung ermöglicht.
4. Chemische Korrosion und Umweltalterung (Sensorfehler)
In industriellen Produktionsumgebungen sind oft chemische Medien wie Kühlschmierstoffe, Schmieröle, Feuchtigkeit oder Säuren und Laugen vorhanden. Konventionelle Beschichtungen wie Polyacrylat haben eine begrenzte Beständigkeit gegenüber Temperatur und Lösungsmitteln und können durch die Penetration dieser Medien leicht aufquellen oder sich ablösen. Dies beeinträchtigt die mechanische Integrität der Faseroberfläche, führt zu einem erhöhten Lichtverlust oder einer vollständigen Beschädigung des Sensors.
5. Unmöglichkeit der Wartung und des Austauschs
Sobald ein direkt verklebtes Bare FBG beschädigt ist, ist das Entfernen des ausgehärteten harten Harzes oft sehr schwierig und kann die Maschinenoberfläche beschädigen. Darüber hinaus kann bei einem Austausch des Sensors nicht genau derselbe anfängliche Klebezustand an der ursprünglichen Stelle reproduziert werden, was dazu führt, dass die ursprünglichen Kalibrierungskurven ungültig werden.
OFSCN® (大成永盛) Professionelle Sensorlösungen
In der praktischen Anwendung ist das direkte Anbringen von Bare FBGs strengstens untersagt. Es muss eine wissenschaftliche, standardisierte physikalische Kapselung verwendet werden, um die Faser-Bragg-Gitter zu schützen und zu entkoppeln, je nach den spezifischen Messanforderungen. Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) hat die folgenden industriellen Sensoren für verschiedene zu messende physikalische Größen entwickelt:
I. Für Temperaturmessungen (Mechanische Entkopplung von Dehnungen)
Wenn das Ziel darin besteht, den Temperaturanstieg von Maschinenoberflächen genau zu messen, ohne durch die Verformung oder Vibration der Maschine beeinträchtigt zu werden, sollte eine Stahlrohrkapselung mit mechanischer Isolationswirkung verwendet werden:
- OFSCN® 300°C Armored FBG Temperatursensor
Verwendet ein hochgradig miniaturisiertes nahtloses einlagiges Stahlrohr zum Struktur-Schutz, mit einem standardmäßigen Außendurchmesser von nur 0,9 mm (anpassbar auf 0,5 mm). Es gewährleistet nicht nur eine extrem schnelle thermische Reaktionsgeschwindigkeit, sondern isoliert auch vollständig die Faser von den mechanischen Dehnungen der Maschine.
- OFSCN® 500°C Hochtemperatur-FBG-Temperatursensor
Speziell entwickelt für Hochtemperaturumgebungen oder Maschinenoberflächen mit intensiver Reibung. Das Außenrohr bietet ebenfalls hervorragenden Schutz vor Stößen und Dehnungsstörungen.
II. Für Dehnungs- und Spannungsmessungen (Hohe Linearität und Ermüdungsbeständigkeit)
Wenn das Ziel darin besteht, die Verformung oder Dehnungsrate von Maschinen zu überwachen, sind Sensoren erforderlich, die eine hochgetreue, lineare Dehnungsübertragung und eine extrem hohe Ermüdungslebensdauer aufweisen:
- OFSCN® Dehnungssensor mit Federlegierungsrohrkapselung
Verwendet ein hochelastisches Spezial-Federlegierungsrohr (Standard-Außendurchmesser 1,1 mm). Während es die interne FBG vor Vibrationen und Stößen schützt, gewährleistet es eine hochlineare Verformungsübertragung. Ein hochpräziser Linearitätsformel (in \mu\varepsilon/\text{pm} ) ist ab Werk kalibriert.
- OFSCN® Aufklebbare FBG-Dehnungsmesstreifen
Verwendet industrietaugliche I-Träger aus Edelstahl oder Aluminiumlegierungen für die präzise Patch-Kapselung. Erhältlich in extrem kurzen Längen wie 3,6 cm, speziell entwickelt für die Überwachung von Verformungen bei kurzen Spannweiten und hoher Präzision. Unterstützt Klebe- oder Vierpunkt-Schweißapplikationen.
