Что произойдет, если нанести такую тонкую стеклянную нить прямо на мою машину?
Диаметр оголенных волоконных брэгговских решеток (Bare FBG) всего 125\ \mu\text{m} (оголенное волокно) или примерно от 155\ \ µ\text{m} до 255\ \mu\text{m} (с покрытием, таким как полиимид или полиакрилат) при прямом приклеивании к работающим машинам вызовет серьезные физические и инженерные последствия как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.
Вот пять основных последствий прямого поверхностного крепления оголенных решеток:
1. Мгновенный или кратковременный усталостный излом (механическая неисправность)
Основной материал волокна — стекло высокой чистоты ( \text{SiO}_2 ), которое, несмотря на свою чрезвычайно высокую осевую прочность на растяжение, является хрупким и легко ломается при сдвиге или изгибе из-за расширения микроскопических дефектов.
Во время работы механического оборудования часто возникают высокочастотные микровибрации, вращение или относительные физические смещения, вызванные тепловым расширением и сжатием. При прямом приклеивании оголенных решеток на границе склеивания образуется чрезвычайно высокая концентрация напряжений. Когда машина подвергается сдвиговым силам или деформации изгиба, оголенная решетка может хрупко сломаться из-за быстрого распространения микротрещин под действием переменных напряжений.
2. Перекрестная чувствительность к деформации и температуре (запутанность данных измерений)
Центральная длина волны отражения ( \lambda_B ) волоконно-оптической брэгговской решетки естественным образом чувствительна как к температуре ( T ), так и к деформации ( \varepsilon ). Основное физическое уравнение выглядит следующим образом:
\Delta\lambda_B = \lambda_B ( (1 - p_e)\varepsilon + (\alpha_f + \xi)\Delta T )
Где:
- p_e — эффективный фотоупругий коэффициент.
- \alpha_f и \xi — коэффициенты теплового расширения и термооптический коэффициент материала волокна соответственно.
Если оголенная решетка напрямую прикреплена к поверхности машины, прибор демодуляции не сможет отличить, вызвано ли смещение длины волны ( \Delta\lambda_B ) деформацией машины (деформацией) или нагревом машины (температурой). Поскольку на физическом уровне отсутствует развязка, измеренные данные не будут иметь никакой справочной ценности ни в академическом, ни в инженерном плане.
3. Неравномерная передача деформации и ползучесть (искажение сигнала)
Ручное нанесение клея (например, эпоксидной смолы или быстросохнущего клея) затрудняет обеспечение однородности толщины, ширины клеевого слоя и силы усадки клея во всем диапазоне решетки:
- Искажение пика отражения: Неравномерное нанесение клея приводит к неравномерному распределению напряжений в зоне решетки, что вызывает уширение, расширение или даже расщепление пика отражения (эффект Chirp).
- Липкость и ползучесть: Клеевой слой со временем подвергается скольжению полимеров (ползучести) под действием переменных напряжений или температурных циклов машины, что приводит к дрейфу нуля в долгосрочных данных измерений и невозможности получения линейной, стабильной передачи деформации.
4. Химическая коррозия и старение окружающей среды (отказ датчика)
В условиях промышленного производства обычно присутствуют режущие жидкости, смазочные масла, влага или химические среды, такие как кислоты и щелочи. Обычные покрытия, такие как полиакрилат, имеют ограниченную термостойкость и стойкость к растворителям, легко разбухают или отслаиваются под действием проникновения этих сред, что нарушает механическую целостность поверхности волокна, приводя к резкому увеличению оптических потерь или полному повреждению датчика.
5. Невозможность обслуживания и повторной замены
В случае повреждения непосредственно приклеенной оголенной решетки удаление затвердевшей твердой смолы может легко повредить поверхность машины, а при замене датчика невозможно полностью воссоздать ту же исходную kondisi склеивания на месте, что приведет к полной потере силы калиброванных кривых.
Профессиональные сенсорные решения OFSCN® (Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.)
При практическом применении в инженерии прямое поверхностное крепление оголенных решеток категорически запрещено. Необходимо использовать научную, стандартизированную физическую упаковку для защиты и развязки волоконно-оптических брэгговских решеток в соответствии с конкретными требованиями к измерениям. Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) разработала следующие промышленные датчики для различных измеряемых физических величин:
I. Для измерения температуры (механическая развязка деформации)
Если целью является точное измерение повышения температуры поверхности машины без искажений от деформации машины или вибрации, следует использовать стальные трубы с функцией механической изоляции:
- OFSCN® 300°C бронированный датчик температуры с волоконной брэгговской решеткой
Использует высокоминиатюризированную бесшовную однослойную стальную трубу для структурной защиты, стандартный внешний диаметр которой составляет всего 0.9\ \text{mm} (может быть настроен до 0.5\ \text{mm} ). Это обеспечивает не только чрезвычайно высокую скорость теплопроводности, но и полностью изолирует волокно от механических деформаций машины.
- OFSCN® 500°C высокотемпературный датчик температуры с волоконной брэгговской решеткой
Предназначен для измерения температуры в высокотемпературных средах или на поверхностях деталей машин с интенсивным локальным трением, внешний корпус также обладает отличными характеристиками защиты от ударов и помех от деформации.
II. Для измерения деформации и напряжения (высокая линейность и усталостная стойкость)
Если целью является мониторинг деформации или вибрационного напряжения машины, датчик должен обеспечивать высокоточную, линейную передачу деформации и иметь чрезвычайно высокий срок службы при усталости:
- OFSCN® датчик деформации с волоконной брэгговской решеткой в эластичной сплавной трубе
Использует высокоупругую специальную эластичную сплавную трубу (стандартный внешний диаметр 1.1\ \text{mm} ) для инкапсуляции. В то время как она защищает внутреннюю решетку от вибрации и ударов, она также обеспечивает высоколинейную передачу деформации, с заводской калибровкой чрезвычайно точной линейной формулы (в \mu\varepsilon/\text{pm} ).
- OFSCN® поверхностный датчик деформации с волоконной брэгговской решеткой
Использует промышленную двутавровую или алюминиевую пластину для точной установки. Доступны короткие размеры, такие как 3.6\ \text{cm} , специально разработанные для мониторинга деформации при нагрузке на коротких пролетах с высокой точностью. Может быть прикреплен с помощью клея или приварен по углам.
