Волоконно-оптические датчики для системы мониторинга:

ООО «Мониторинг-Центр»

Волоконно-оптические датчики могут использоваться в ситуациях, в которых электронные устройства либо вообще нельзя использовать, либо такое использование сопровождается значительными трудностями и расходами.

Базовым датчиком, используемым в системе мониторинга, является волоконно-оптический датчик деформаций. Датчик имеет несколько вариантов исполнения, позволяющих заливать его в железобетонную конструкцию или крепить на поверхности строительных элементов.

Волоконно-оптический датчик первого типа (ВОДД-1) размещается внутри железобетонной конструкции при заливке (рис. 1.8 а), причем возможно крепление датчика, как на арматуре, так и внутри бетонной массы. Волоконно-оптический датчик второго типа (ВОДД-2) крепится на внешней части контролируемого элемента (рис. 1.8 б). ВОДД-1 представляет собой локальный датчик, длина которого не превышает 50 мм, ВОДД-2 — напротив, датчик длиннобазовый, может иметь линейный размер от 200 до 2000 мм. Соответственно, задачи, решаемые с помощью датчиков этих двух типов, различны и состоят в следующем. ВОДД-1 позволяет получать информацию о деформациях арматуры и бетона в области, отдаленной от арматуры. Эта информация дает понятие о распределении напряжений внутри железобетонной конструкции между арматурой и собственно бетоном. ВОДД-2 — датчик, информирующий наблюдателя о величине общей, интегральной деформации данного элемента строительной конструкции на довольно большом линейном отрезке.

Принципиальная схема датчика ВОДД-1 представлена на рис. 1.8 а. Здесь величина деформации объекта контроля ε равна ΔL, где ΔL — величина изменения линейного размера датчика при нагрузке. При этом геометрические и физико-механические параметры корпуса датчика рассчитаны и доработаны таким образом, что ΔL = Δz, где Δz — приращение расстояния между торцом вмонтированного в корпус световода и зеркалом, отражающим поток света, идущий от излучателя. Регистрируемая величина интенсивности обратно отраженного светового потока имеет линейную зависимость от величины z. В результате величина интенсивности отраженного светового потока I, преобразованная фотоприемником в электрическое напряжение U, после обработки с помощью специальной программы, дает величину деформации ε. По изложенному алгоритму определяется искомая величина деформации элемента строительной конструкции при текущих нагрузках.

Волоконно-оптический датчик внешнего крепления устроен следующим образом (рис 1.8 б). Жестко закрепленные пластины на расстоянии L определяют контролируемую базу элемента строительной конструкции, который испытывает деформации при нагрузках. Между пластинами находится стальной стержень, один конец которого зафиксирован на одной жестко закрепленной пластине, а другой упирается в одну из обжимных пластин. Другая обжимная пластина зафиксирована на другой жестко закрепленной пластине. Между обжимными пластинами расположен упругий преобразователь с намотанными на него N витками световода. Упругий преобразователь имеет возможность сжиматься и разжиматься под действием обжимных пластин вследствие нагрузок.

Последовательность регистрации деформаций следующая. Элемент конструкции подвергается нагрузке и деформируется (сжимается или растягивается) в направлении, вдоль которого закреплен стальной стержень. Стержень одним концом жестко закреплен на строительном элементе, а другим упирается в правую (рис. 1.8 б) обжимную пластину. Поэтому при сжатии объекта контроля стержень давит на эту обжимную пластину и тем самым сжимает упругий преобразователь, или — при растяжении объекта контроля — оттягивает обжимную пластину и растягивает упругий преобразователь.

Для измерения контактных напряжений по подошве фундамента используют волоконно-оптический датчик грунтовый (ВОДГ) принцип действия такой же как и у ВОДД-1.

а) б)

Рис. 1.8 Принцип работы волоконно-оптического датчика а – внутреннего крепления, б – внешнего крепления.

Рис. 1.9 Конструктивная схема волоконно-оптического датчика грунтового (ВОДГ)