Метод за наблюдение и диагностика на елемент от конструкцията
Собственици на патент RU 2290474:
Изобретението се отнася до областта на контрола на деформацията на елементите на конструкциите. В споменатите елементи са вградени оптични световоди. Краищата на световодите са свързани един с друг, за да образуват змиевидна подредба в поне една посока. Светлинен източник и светлинен приемник са свързани съответно към първия и втория край на змиевидната подредба. Първото измерване на стойностите на оптичната мощност за змиевидното разположение определя първата референтна стойност. Второто измерване на оптичната мощност за всеки световод определя втората референтна стойност. Прави се трето измерване на оптичната мощност и се сравнява с първата референтна стойност. Наличието на разрушаване на структурния елемент се определя чрез периодично повтаряне на третото измерване. Ако първата референтна стойност е по-голяма от стойността в третото измерение, тогава е налице разрушаване на структурния елемент. Осигурено е четвъртото измерване на стойностите на оптичната мощност на светлинния поток за всеки световод. Разрушителните световоди определят вида и местоположението на разрушителното събитие в пресечната точка на разрушителните световоди. Техническият резултат е повишаване на точността, надеждността и дълготрайността на измерванията на различни видове разрушаване на строителен елемент. 1 з.п. f-ly, 5 ил.
Изобретението се отнася до областта на контрола на деформациите на елементите на конструкциите.
Методът, разкрит във FR 2728677 за наблюдение на състоянието на насипи на магистрали и железопътни линии, се състои в това, че електрически или оптични проводници се вграждат в панелите от материала, положен в насипа. Наличието на разрушения в насипа се определя от промяната в нивото на сигнала на измервания проводник. Няма конкретни описания на методологията на измерване, както и на уебсайта на заявителя www.bidim.comвсяко споменаване на този продукт, което показва, че този метод не е разработен за реални индустриални приложения, тъй като тук се използват панели за инсталиране на проводници, което затруднява свързването на измервателно оборудване.
Методът, разкрит в RU 2066466 за тестване на бетонната основа на язовири с помощта на оптична томография, показва метод за тестване на големи обекти със сложна система от световоди. Този метод изисква използването на значителен брой скъпи елементи със значителна мощност. Същите недостатъци са присъщи и на метода за контрол на сеизмичните вълни, разкрит в RU 2148267, който показва разположението на светлинните водачи в тесни контури, което позволява да се избере този метод като най-близък аналог.
Техническият резултат от претендираното изобретение е подобряване на точността, надеждността и дълготрайността на измерванията на различни видове разрушаване на строителен елемент.
За постигане на този технически резултат е предложен метод за наблюдение и диагностика на структурен елемент, който се състои в наблюдение и диагностика на структурен елемент с помощта на оптични сензори, съдържащи оптични световоди, вградени в споменатия елемент с поне една посока на полагане на световодите, свързващи краищата на световодите един към друг, за да образуват змиевидно разположение на световоди в поне една посока. Източник на светлина е свързан към първия свободен край на светлинните водачи в поне една посока, светлинен приемник, свързан към устройството за обработка на информация, е свързан към втория свободен край и първото измерване на стойностите на оптичната мощност на светлинния поток, преминаващ през змиевидното разположение на световодите, се извършва и се приема като първореферентната стойност на оптичната мощност на светлинния поток се взема второ измерване на оптичната мощност на светлинния поток за всеки светлинен поток в поне една посока и се приема като втора референтна стойност за всеки светлинен водач в поне една посока, гореспоменатото серпентинообразно подреждане на светлинни водачи в поне една посока се формира отново, за което се извършва третото измерване на оптичната мощност на светлинния поток, което се сравнява с първата референтна стойност и ако първата референтна стойност е равна или по-малка отколкото стойността в третото измерение, тогава няма разрушаване на структурния елемент и чрез избрания от измервателя (т.е. човек, оператор, контролер) повтаря третото измерване за произволен период от време и ако първата референтна стойност е по-голяма от стойността в третото измерение, тогава е налице разрушаване на структурния елемент и след това се извършва четвъртото измерване на оптичната мощност на светлинния поток за всяко влакно в поне една посока, определя се разрушителното влакно , при което стойността на оптичната мощност в четвъртото измерение е по-малка от съответната втора референтна стойност и по този начин мястото на разрушителното събитие се определя при наличие само на една посока на полагане на влакната, а при наличие на повече от една посока на полагане на световодите, мястото на разрушителното събитие се определя в пресечната точка на разрушителните световоди. След определяне на разрушителния световод след това се определя вида на разрушителното събитие с помощта на рефлектометри, предназначени да измерват обратното разсейване на светлинния поток от мястото на разрушителното събитие, свързано с разрушителните световоди, се прави заключение за вида на разрушителните промени в споменатия елемент.
оптичен сензор,контролиращ структурен елемент, съдържа фиброоптичен световод, който, когато към него е свързано допълнително оборудване, представлява оптичен тестер, който осигурява евтин метод за наблюдение съгласно принципа "норма-аларма". Топологията на полагане на влакната позволява да се покрие целият обем на контролирания елемент, например фундаментна плоча. За закрепване във фундаментната плоча световодът се завързва към армировъчните пръти отдолу преди изливането на бетонната маса. Възможна топология на поставяне на световода 1 в основната плоча 2 е показана на фигура 1, където 1 е световодът, 2 е основната плоча, 3 е източникът на светлина, 4 е приемникът на светлина, който може да бъде светлинен оптичен измервател на мощността, 5 е оптичен съединител, 6 е единица за обработка на информация.
Всъщност такъв светлинен водач е чувствителен елемент на сензора, който реагира на вътрешни механични напрежения и деформации или термични натоварвания, а също така ви позволява да регистрирате акустична емисия.
Оптичният сензор се състои от три основни части от фигура 1:
1) Източник на светлина 3.
2) Оптичен световод 1.
3) Светлинен приемник 4, който може да бъде оптичен измервател на мощността.
Източникът на излъчване, съдържащ светодиода, генерира светлинен лъч, който, преминавайки през световода, губи част от своя поток поради редица причини и по-специално в резултат на външно въздействие върху световода. Всяко механично или термично въздействие върху световода генерира геометрична промяна в неговата форма или микроповреди, което автоматично води до промяна (намаляване) на мощността на светлинния поток, регистриран от измервателния уред. Фигура 2 показва принципа на работа на фиброоптичен сензор, базиран на оптичен тестер, където 7 е зоната на промяна в условията на разпространение на светлината:микроогъване, микропукнатина, разкъсване или промяна на геометричните форми и размери на световода, микронехомогенност; 8 - световод под външно въздействие; 9 - общ радиационен поток, генериран от източника на светлина; 10 - радиационен поток, записан от електромера.
Това е основата за принципа на наблюдение на контролиран фрагмент от структура, оборудвана с фиброоптичен сензор. При достигане на предварително определена критична стойност, което означава наличие на ограничаващо механично или термично натоварване на което и да е място от конструкцията, фиброоптични сензори сигнализират на оператора чрез електронен блок за обработка на сигнала за авария.
Работата на оптичния сензор не се влияе от външни фактори като електромагнитни полета, радиация, химически агресивни среди. Топологията на полагане на влакна може да бъде проектирана по такъв начин, че в случай на разкъсване само строго определена част от структурния елемент напуска контролираната зона на оптичните сензори, докато останалите зони продължават да се наблюдават. В този случай, дори при наличие на счупване, непокътнати отделни сегменти на световода работят напълно като сензори при използване на рефлектометри - устройства, които анализират различни видове обратно разсеяно лъчение. Принципът на работа на фиброоптичен сензор, базиран на рефлектометър, е показан на фигура 3, където 11 е зоната на промяна в условията на разпространение на светлината: микроогъване, микропукнатина, разкъсване или промяна на геометричните форми и размери на влакното, микронехомогенност; 12 - световод под външно въздействие; 13 - общ радиационен поток, генериран от източника на светлина; 14 - обратно разсейване, регистрирано от рефлектометъра.
Потенциално оптичните сензори могат да направят повече от простосигнал за аварийна ситуация във фундаментната плоча като интегрален индикатор за влошаване на качеството на контролирания обект. При определена топология на полагане на влакното е възможно да се определи местоположението на дефекта с висока точност.
Разгледайте топологията на полагане на светлинния водач, показана на Фиг.4, където 15 е източник на светлина за първата посока на полагане на светлинните водачи, 16 е оптичен конектор, 17 е фундаментна плоча, 18 е светлинен приемник, който може да бъде оптичен измервател на мощността, 19 е референтен сегмент на светлинния водач, 20 е светлинен източник за втората посока на полагане на светлинните водачи, 21 е светлинен приемник, който може да бъде измервател на оптична мощност. Тук се предлага вариант на сензори, образуващи оптична мрежа с два светлинни източника 15, 20 и два оптични мощностомера 18, 21 (две различни посоки на полагане на влакната на оптичната мрежа са перпендикулярни една на друга). Всяка двойка носещи секции от световоди е свързана с оптичен конектор, който се поставя върху повърхността на фундаментната плоча.
При получена аларма, което означава, че оптичната мощност в оптичната мрежа е спаднала до критично ниво, операторът пристъпва към определяне на мястото на аварийното събитие. За да направи това, той премахва оптичните конектори и последователно прекарва светлинния сигнал през всяко референтно влакно от надлъжната и напречната мрежа със съответното измерване на оптичната мощност. След тестване на всички опорни сегменти на световодите се определят разрушителните световоди на надлъжните и напречните мрежи, в зоните на влияние на които е възникнало аварийно събитие. Пресечната точка на откритите зони (ленти) фиксира мястото на аварийното събитие. Методика за определяне на местоположението на аварийно събитие при получаване на аварийно събитиесигналът е показан на фигура 5, където 22 е местоположението на аварийното събитие, 23 е напречната ивица на локализиране на аварийното събитие; 24 - надлъжна лента за локализиране на аварийно събитие.
Предложената топология е основна и може да се адаптира към произволни форми на плочи в план. В този случай точността на локализиране на аварийно събитие може да се увеличи чрез намаляване на разстоянието между опорните сегменти на световодите, както и чрез подреждане на световодите в равнини, разположени на различни височини (в рамките на контролирания елемент).
Диагностиката на строителен елемент се извършва чрез диагностика на състоянието на фиброоптични световоди, които са част от сензорите.
1. Метод за наблюдение и диагностика на структурен елемент, който се състои в наблюдение и диагностика на структурен елемент с помощта на сензори за оптични влакна, съдържащи оптични светлинни водачи, вградени в споменатия елемент с поне една посока на полагане на светлинните водачи, свързващи краищата на светлинните водачи един към друг, за да образуват змиевидно подреждане на светлинни водачи в поне една посока, светлинен източник е свързан към първия свободен край на светлинните водачи в поне една посока, свързан светлинен приемник към устройството за обработка на информация е свързано към втория свободен край и взема първото измерване на стойностите на оптичната мощност на светлинния поток, преминаващ през змиевидното разположение на светлинните водачи, и го взема като първа референтна стойност на оптичната мощност на светлинния поток, вземайки второто измерване на стойността на оптичната мощност на светлинния поток за всеки светлинен водач от поне една посока и го приема като втора референтна стойност за всеки светлинен водач от поне една посока, отновоформират споменатото серпентинообразно подреждане на светлинни водачи в поне една посока, за което се извършва третото измерване на оптичната мощност на светлинния поток, което се сравнява с първата референтна стойност и ако първата референтна стойност е равна или по-малка от стойността в третото измерение, тогава няма разрушаване на структурния елемент и след всеки период от време, избран от измервателния уред, третото измерване се повтаря и ако първата референтна стойност е по-голяма от стойността в третото измерение, тогава унищожаването на структурния елемент присъства структурен елемент и след това четвъртото измерване на стойностите на оптичната мощност на светлинния поток за всеки светлинен водач в поне една посока се определя разрушителен светлинен водач, при който стойността на оптичната мощност в четвъртото измерение е по-малка от съответната втора референтна стойност и по този начин се определя мястото на разрушителното събитие, ако има само една посока на полагане на светлинните водачи, и ако има повече от една посока на полагане на светлинните водачи, мястото на разрушителното събитие се определя в пресечната точка на разрушителните световоди.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че след определяне на разрушителния световод след това се определя типът на разрушителното събитие с помощта на рефлектометри, предназначени да измерват обратното разсейване на светлинния поток от мястото на разрушителното събитие, свързано с разрушителните световоди, се прави заключение за вида на разрушителните промени в споменатия елемент.