Esos hilos de vidrio tan finos, ¿qué pasará si los pego directamente a mi máquina?
Las galgas de fibra desnuda (FBG) con diámetros de tan solo 125\ \mu\text{m} (fibra desnuda) o de alrededor de 155\ \mu\text{m} a 255\ \mu\text{m} (con recubrimientos, como poliimida o poliacrilato) pegadas directamente con adhesivo a máquinas en funcionamiento, resultarán en graves consecuencias físicas y de ingeniería tanto a corto como a largo plazo.
Las cinco consecuencias principales de pegar directamente galgas desnudas son:
1. Fatiga instantánea o a corto plazo (fallo mecánico)
El material del núcleo de la fibra óptica es vidrio de sílice de alta pureza ( \text{SiO}_2 ) que, si bien tiene una resistencia a la tracción axial extremadamente alta, es intrínsecamente frágil y susceptible a fracturas por cizallamiento o flexión debido a la expansión de defectos microscópicos.
Los equipos mecánicos en operación a menudo experimentan vibraciones de alta frecuencia y baja amplitud, rotación o desplazamientos físicos relativos inducidos por la expansión y contracción térmica. Al pegar directamente las galgas desnudas, se crean concentraciones de tensión extremadamente altas en los límites de adhesión. Cuando la máquina experimenta fuerzas de cizallamiento o deformaciones de microflexión, la fibra desnuda se fracturará quebradizamente debido a la rápida propagación de microfisuras bajo estrés alterno.
2. Cruces de sensibilidad entre deformación y temperatura (datos de medición confusos)
La longitud de onda central de reflexión ( \lambda_B ) de una galga de fibra óptica es inherentemente sensible tanto a la temperatura ( T ) como a la deformación ( \varepsilon ). La ecuación física fundamental es:
\Delta\lambda_B = \lambda_B ( (1 - p_e)\varepsilon + (\alpha_f + \xi)\Delta T )
Donde:
- p_e es el coeficiente fotoelástico efectivo.
- \alpha_f y \xi son, respectivamente, los coeficientes de expansión térmica y termoóptico del material de la fibra.
Si las galgas desnudas se pegan directamente a la superficie de la máquina, la deriva de la longitud de onda ( \Delta\lambda_B ) recibida por el decodificador no puede distinguir si fue causada por la deformación (deformación) de la máquina o por el calentamiento de la máquina (temperatura). Sin desacoplamiento a nivel físico, los datos medidos carecerán de valor de referencia académica y de ingeniería.
3. Transmisión de deformación no uniforme y fluencia (distorsión de la señal)
La aplicación manual de adhesivos (como epoxi o cianoacrilato) rara vez garantiza la uniformidad del espesor de la capa adhesiva, el ancho y la fuerza de contracción del adhesivo curado en toda el área de la galga:
- Distorsión del pico de reflexión: La aplicación desigual del adhesivo provoca una distribución desigual de la tensión en la región de la galga, lo que hace que el pico de reflexión agudo se ensanche, se ensanche o incluso se divida (efecto Chirp).
- Adhesión y fluencia: La capa adhesiva sufre deslizamiento molecular (fluencia) bajo la tensión alterna o los ciclos de temperatura de la máquina durante un período prolongado, lo que provoca una deriva del punto cero en los datos de medición a largo plazo y la incapacidad de lograr una transmisión de deformación lineal y estable.
4. Erosión química y envejecimiento ambiental (fallo del sensor)
Los entornos de producción industrial a menudo contienen fluidos de corte, aceites lubricantes, humedad o medios ácidos y alcalinos. Las capas de recubrimiento convencionales como el poliacrilato tienen una resistencia limitada a la temperatura y a los disolventes, y son propensas a hincharse o desprenderse por la penetración de estos medios, lo que destruye la integridad estructural mecánica de la superficie de la fibra, lo que provoca un aumento de la pérdida óptica o un daño completo del sensor.
5. Imposibilidad de mantenimiento o reemplazo secundario
Una vez que una galga desnuda pegada directamente se daña, la eliminación de la resina dura curada no solo puede dañar fácilmente la superficie de la máquina, sino que tampoco es posible reproducir el estado de adhesión inicial exactamente igual al reemplazar el sensor en el sitio original, lo que invalida todas las curvas de calibración existentes.
Soluciones de Sensores Profesionales OFSCN® (Dacheng Yongsheng)
En aplicaciones de ingeniería prácticas, está estrictamente prohibido pegar directamente las galgas desnudas. Es imperativo utilizar encapsulados físicos científicos y estandarizados para proteger y desacoplar las galgas de fibra óptica según los requisitos de medición específicos. Dacheng Yongsheng (OFSCN®) ha desarrollado los siguientes sensores de grado industrial para diferentes cantidades físicas de prueba:
I. Para Medición de Temperatura (Desacoplamiento Mecánico de Deformación)
Si el objetivo es medir con precisión el aumento de temperatura en la superficie de la máquina sin la interferencia de la deformación y vibración de la máquina, se debe utilizar un encapsulado de tubo de acero con aislamiento mecánico:
- Sensor de Temperatura de Galga de Fibra Óptica Blindada OFSCN® 300°C
Utiliza un tubo de acero sin costura de una sola capa altamente miniaturizado para la protección estructural, con un diámetro exterior predeterminado de solo 0.9\ \text{mm} (personalizable hasta 0.5\ \text{mm} ). Garantiza una velocidad de respuesta de conducción de calor extremadamente alta al tiempo que aísla completamente la fibra de la deformación mecánica de la máquina.
- Sensor de Temperatura de Galga de Fibra Óptica de Alta Temperatura OFSCN® 500°C
Diseñado específicamente para entornos de alta temperatura o superficies de máquinas con fricción localizada intensa, el tubo exterior también posee excelentes características de protección contra impactos y resistencia a la interferencia de deformación.
II. Para Medición de Deformación y Estrés (Alta Linealidad y Resistencia a la Fatiga)
Si el objetivo es monitorear la deformación o la tensión de vibración de la máquina, se requiere un sensor que pueda lograr una transmisión de deformación lineal y de alta fidelidad, y poseer una vida útil de fatiga extremadamente alta:
- Sensor de Deformación de Galga de Fibra Óptica Encapsulada en Tubo de Aleación Elástica OFSCN®
Utiliza un tubo de aleación elástica especial de alta recuperación (diámetro exterior predeterminado de 1.1\ \text{mm} ) para el encapsulado. Si bien protege la galga interna contra golpes y vibraciones, garantiza una transmisión de deformación de alta linealidad. La fórmula de linealidad de alta precisión está calibrada de fábrica (en \mu\varepsilon/\text{pm} ).
- Galga de Deformación de Galga de Fibra Óptica de Montaje Superficial OFSCN®
Utiliza una pieza de acero inoxidable o aleación de aluminio en forma de I de grado industrial para un encapsulado de montaje de precisión. Admite el montaje superficial con adhesivo o el montaje con soldadura de cuatro puntos, con dimensiones cortas opcionales como 3.6\ \text{cm} , diseñadas para la monitorización de deformación estructural de corto alcance y alta precisión.
