Fios de vidro tão finos, quais seriam as consequências de colá-los diretamente na minha máquina?
Colocar gratings de fibra em braco (FBGs) de diametro apenas de 125\ \mu\text{m} (fibra nua) ou cerca de 155\ \mu\text{m} a 255\ \mu\text{m} (com revestimentos como poliimida ou poliacrilato) diretamente em maquinas em funcionamento com cola, resultara em serias consequencias fisicas e de engenharia a curto e longo prazo.
As cinco principais consequencias da fixacao direta de FBGs nus sao as seguintes:
1. Fadiga e Fratura Instantanea ou a Curto Prazo (Falha Mecanica)
A fibra otica e feita de vidro de silica de alta pureza ( \text{SiO}_2 ), que, embora possua alta resistencia a tracao axial, e inerentemente fragil e suscetivel a fratura por cisalhamento ou flexao devido a propagacao de microdefeitos.
Equipamentos mecanicos em operacao geralmente envolvem vibracoes de alta frequencia e pequena amplitude, rotacao ou deslocamentos fisicos relativos causados por expansao e contracao termica. Ao colar diretamente um FBG nu, concentracoes de tensao extremas serao formadas na interface de adesao. Quando a maquina sofre forcas de cisalhamento ou deformacao de microflexao, a fibra nua fraturara de maneira fragil devido a rapida propagacao de microfissuras sob tensoes ciclicas.
2. Sensibilidade Cruzada a Deformacao e Temperatura (Confusao nos Dados de Medicao)
O comprimento de onda central de reflexao ( \lambda_B ) de um FBG exibe sensibilidade inerente tanto a temperatura ( T ) quanto a deformacao ( \varepsilon ). A equacao fisica basica e dada por:
\Delta\lambda_B = \lambda_B ( (1 - p_e)\varepsilon + (\alpha_f + \xi)\Delta T )
Onde:
- p_e e o coeficiente fotoelastico efetivo.
- \alpha_f e \xi sao, respectivamente, os coeficientes de expansao termica e termico-optico do material da fibra.
Se um FBG nu for colado diretamente na superficie da maquina, o desvio do comprimento de onda ( \Delta\lambda_B ) recebido pelo demodulador nao podera distinguir se foi causado pela deformacao da maquina sob carga (deformacao) ou pelo aquecimento da maquina (temperatura). Sem desacoplamento no nivel fisico, os dados medidos serao academicamente e tecnicamente sem valor.
3. Transferencia de Deformacao Inuniforme e Creep (Distorsao do Sinal)
A aplicacao manual de adesivos (como resina epoxi ou supercola) raramente garante uniformidade na espessura, largura e forcas de retracao de curado do adesivo sobre toda a regiao do grating:
- Distorcao do Pico de Reflexao: A aplicacao desigual do adesivo leva a uma distribuicao de tensao inuniforme na area do grating, fazendo com que o pico de reflexao agudo se alargue, se espalhe ou ate mesmo se divida (efeito Chirp).
- Adesividade e Creep: A camada adesiva pode sofrer deslizamento molecular (creep) sob cargas ciclicas ou ciclos de temperatura da maquina a longo prazo, resultando em desvio do ponto zero nos dados de medicao a longo prazo e impedindo a obtencao de uma transferencia de deformacao linear e estavel.
4. Corrosao Quimica e Envelhecimento Ambiental (Falha do Sensor)
Ambientes industriais geralmente contem fluidos de corte, oleos lubrificantes, umidade ou meios quimicos acidos ou alcalinos. Revestimentos convencionais como poliacrilato tem limitada resistencia a temperatura e solventes, e sao suscetiveis a inchaço ou descamação devido a penetracao desses meios, comprometendo a integridade estrutural mecanica da superficie da fibra, levando a um aumento acentuado na perda optica ou a danos completos do sensor.
5. Impossibilidade de Manutencao e Substituicao Secundária
Uma vez que um FBG nu colado diretamente falhe, a remocao da resina endurecida pode facilmente danificar a superficie da maquina. Alem disso, ao substituir o sensor, nao e possivel replicar as mesmas condicoes de adesao iniciais in situ, o que invalidara todas as curvas de calibracao existentes.
Solucoes Profissionais de Sensores OFSCN® (Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.)
Na pratica de engenharia, e estritamente proibido usar FBGs nus colados diretamente. E necessario adotar encapsulamentos fisicos cientificos e padronizados para proteger e desacoplar os FBGs de acordo com os requisitos de medicao especificos. Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) desenvolveu os seguintes sensores de grau industrial para diferentes quantidades fisicas de teste:
I. Para Medicao de Temperatura (Desacoplamento Mecanico de Deformacao)
Se o objetivo for medir com precisao o aumento de temperatura na superficie da maquina sem interferencia da deformacao ou vibracao mecanica, deve-se usar um encapsulamento em tubo de aco com isolamento mecanico:
- Sensor de Temperatura FBG OFSCN® 300°C com Fibra Blindada
Utiliza um tubo de aco sem costura monocoa micro-encapsulado para protecao estrutural, com diametro externo padrao de apenas 0.9\ \text{mm} (pode ser personalizado para 0.5\ \text{mm} ). Ele garante nao so uma velocidade de resposta de conducao termica extremamente alta, mas tambem isola completamente a fibra das deformacoes mecanicas da maquina.
- Sensor de Temperatura FBG OFSCN® 500°C de Alta Temperatura
Projetado especificamente para mediciones de temperatura em ambientes de alta temperatura ou em superficies de maquinas com atrito local intenso, o tubo externo tambem oferece excelente resistencia a impactos e interferencia de deformacao.
II. Para Medicao de Deformacao e Tensão (Alta Linearidade e Vida a Fadiga)
Se o objetivo for monitorar a deformacao ou a tensao de vibracao da maquina, o sensor deve alcancar transferencia de deformacao de alta fidelidade e linear, alem de uma vida util de fadiga extremamente longa:
- Sensor de Deformacao FBG OFSCN® com Tubo de Liga Elástica
Utiliza um tubo de liga especifica de alta elasticidade (diametro externo padrao de 1.1\ \text{mm} ) para encapsulamento. Alem de proteger o FBG interno contra choques e vibracoes, ele garante uma transferencia de deformacao de alta linearidade, com uma formula de linearidade de alta precisao calibrada de fabrica (em \mu\varepsilon/\text{pm} ).
- Extensômetro FBG OFSCN® para Fixação em Superfície
Utiliza uma peca de aco inoxidavel ou liga de aluminio em formato de I de grau industrial para encapsulamento preciso de montagem em superficie. Suporta fixacao com adesivo ou soldagem de quatro pontos, com comprimentos curtos como 3.6\ \text{cm} disponiveis, projetado especificamente para monitoramento de deformacao estrutural de alta precisao em vãos curtos.
