Miksi näin dramaattinen parannus? Tasainen geometria tuottaa suuruusluokkia suuremman venymän aiheuttaman kahtaistaittavuuden hydrostaattisessa kuormituksessa verrattuna tavanomaisiin pyöreisiin kuituihin – tämä vahvistettiin elementtimenetelmään perustuvalla mallinnuksella . Suorakaiteen muotoinen poikkileikkaus myös vähentää luontaisesti pyöreille kuiduille tyypillistä lommahtamista ja vääntymistä mekaanisessa rasituksessa .

Täysin uusi tapa valmistaa nauhamaisia kuituja

Sen sijaan, että pyöreä kuitu litistettäisiin vetämisen jälkeen – yleinen mutta epätarkka menetelmä – ryhmä kehitti tarkoitukseen sopivan valmistustavan. He pinoivat silikalevyjä litteäksi aihioksi ja käyttivät laserpohjaista lasinhitsausta sivujen sulkemiseen, jolloin syntyi sisäisiä mikrorakenteita, kuten ilmakerroksia .

Tämä aihio vedettiin sitten tavanomaisella kuidunvetotornilla siten, että mikrorakenteiden paineistusta säädeltiin muodon ja seinämäpaksuuden säilyttämiseksi . Lopuksi femtosekuntilaserkirjoituksella (λ=515 nm, 200 fs pulssit) kaiverrettiin kuituristikot ja suorakaiteen muotoiset aaltoputket suoraan litteän kuidun sisään .

Tämä aihiopohjainen menetelmä säilyttää sisäisen geometrian paljon tarkemmin kuin jälkikäteen tapahtuva litistys, mikä mahdollistaa toistettavan valmistuksen.

Lämpötilaherkkyyttä tinalejeeringilla

HARFF-alusta on luonnostaan yhteensopiva kuitu-Bragg-hila-anturien (FBG) kanssa venymän, lämpötilan ja paineen mittaamiseksi . Mutta ryhmä osoitti erityisen nokkelan parannuksen lämpötilaherkkyyteen: he täyttivät osan sisäisestä mikrorakenteesta tinaan perustuvalla metallilla (Sn-seos). Tämä monimateriaalinen muotoilu paransi merkittävästi kuidun lämpötilaherkkyyttä .

Yhdessä paineen ja lämpötilan mittausominaisuudet tekevät HARFF-kuidusta todellisen moniparametrianturin yhdessä kompaktissa lasinauhassa.

Missä tätä kuitua käytetään?

Koska valokuidut eivät häiriinny sähkömagneettisesta säteilystä, ovat kevyitä ja toimivat vaikeissa olosuhteissa, HARFF-alusta on monipuolinen päivitys sekä tavallisiin pyöreisiin valokuituihin että elektronisiin antureihin . Tutkijat mainitsevat sovellusalueita kuudella eri osa-alueella :

• Ilmailu: Upotettuna komposiittimateriaaleihin mittaamaan sisäistä venymää ja painetta lentokoneissa ja droneissa.
• Energiantuotanto: Rakenteellisen kunnon ja ympäristöolosuhteiden seuranta voimatuotannossa ja -jakelussa.
• Infra: Jatkuva venymän ja paineen seuranta silloissa, rakennuksissa ja muissa infrarakenteissa.
• Biolääketieteelliset laitteet: Kompaktit, EMI-suojatut anturit lääketieteellisiin instrumentteihin.
• Akkujen tarkkailu: Paineen ja lämpötilan muutosten havaitseminen akkukennojen sisällä varhaisina merkkeinä poikkeavasta käytöksestä.
• Älykkäät droonit: Kevyt, multipleksoitu anturointi rakenteellista kuntoa ja lennon dynamiikkaa varten.

Yhteenveto

HARFF edustaa valokuidun perusteellista uudelleenajattelua. Hylkäämällä vuosikymmeniä valokuituja määrittäneen pyöreän poikkileikkauksen tutkijat saavuttivat 1 000-kertaisen parannuksen paineherkkyydessä ja lisäsivät moniparametrisen mittauskyvyn – kaiken tämän käyttämällä tavanomaisia vetotorneja ja hyvin tunnettuja silikamateriaaleja. Tuloksena on anturialusta, joka on valmis todellisiin käyttökohteisiin aina silloista akkuihin.

Miksi näin dramaattinen parannus? Tasainen geometria tuottaa suuruusluokkia suuremman venymän aiheuttaman kahtaistaittavuuden hydrostaattisessa kuormituksessa verrattuna tavanomaisiin pyöreisiin kuituihin – tämä vahvistettiin elementtimenetelmään perustuvalla mallinnuksella . Suorakaiteen muotoinen poikkileikkaus myös vähentää luontaisesti pyöreille kuiduille tyypillistä lommahtamista ja vääntymistä mekaanisessa rasituksessa .

Täysin uusi tapa valmistaa nauhamaisia kuituja

Sen sijaan, että pyöreä kuitu litistettäisiin vetämisen jälkeen – yleinen mutta epätarkka menetelmä – ryhmä kehitti tarkoitukseen sopivan valmistustavan. He pinoivat silikalevyjä litteäksi aihioksi ja käyttivät laserpohjaista lasinhitsausta sivujen sulkemiseen, jolloin syntyi sisäisiä mikrorakenteita, kuten ilmakerroksia .

Tämä aihio vedettiin sitten tavanomaisella kuidunvetotornilla siten, että mikrorakenteiden paineistusta säädeltiin muodon ja seinämäpaksuuden säilyttämiseksi . Lopuksi femtosekuntilaserkirjoituksella (λ=515 nm, 200 fs pulssit) kaiverrettiin kuituristikot ja suorakaiteen muotoiset aaltoputket suoraan litteän kuidun sisään .

Tämä aihiopohjainen menetelmä säilyttää sisäisen geometrian paljon tarkemmin kuin jälkikäteen tapahtuva litistys, mikä mahdollistaa toistettavan valmistuksen.

Lämpötilaherkkyyttä tinalejeeringilla

HARFF-alusta on luonnostaan yhteensopiva kuitu-Bragg-hila-anturien (FBG) kanssa venymän, lämpötilan ja paineen mittaamiseksi . Mutta ryhmä osoitti erityisen nokkelan parannuksen lämpötilaherkkyyteen: he täyttivät osan sisäisestä mikrorakenteesta tinaan perustuvalla metallilla (Sn-seos). Tämä monimateriaalinen muotoilu paransi merkittävästi kuidun lämpötilaherkkyyttä .

Yhdessä paineen ja lämpötilan mittausominaisuudet tekevät HARFF-kuidusta todellisen moniparametrianturin yhdessä kompaktissa lasinauhassa.

Missä tätä kuitua käytetään?

Koska valokuidut eivät häiriinny sähkömagneettisesta säteilystä, ovat kevyitä ja toimivat vaikeissa olosuhteissa, HARFF-alusta on monipuolinen päivitys sekä tavallisiin pyöreisiin valokuituihin että elektronisiin antureihin . Tutkijat mainitsevat sovellusalueita kuudella eri osa-alueella :

• Ilmailu: Upotettuna komposiittimateriaaleihin mittaamaan sisäistä venymää ja painetta lentokoneissa ja droneissa.
• Energiantuotanto: Rakenteellisen kunnon ja ympäristöolosuhteiden seuranta voimatuotannossa ja -jakelussa.
• Infra: Jatkuva venymän ja paineen seuranta silloissa, rakennuksissa ja muissa infrarakenteissa.
• Biolääketieteelliset laitteet: Kompaktit, EMI-suojatut anturit lääketieteellisiin instrumentteihin.
• Akkujen tarkkailu: Paineen ja lämpötilan muutosten havaitseminen akkukennojen sisällä varhaisina merkkeinä poikkeavasta käytöksestä.
• Älykkäät droonit: Kevyt, multipleksoitu anturointi rakenteellista kuntoa ja lennon dynamiikkaa varten.

Yhteenveto

HARFF edustaa valokuidun perusteellista uudelleenajattelua. Hylkäämällä vuosikymmeniä valokuituja määrittäneen pyöreän poikkileikkauksen tutkijat saavuttivat 1 000-kertaisen parannuksen paineherkkyydessä ja lisäsivät moniparametrisen mittauskyvyn – kaiken tämän käyttämällä tavanomaisia vetotorneja ja hyvin tunnettuja silikamateriaaleja. Tuloksena on anturialusta, joka on valmis todellisiin käyttökohteisiin aina silloista akkuihin.