В Перми разработан датчик, который мониторит состояние грунта под строительными сооружениями.

Результаты представлены в журнале «Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики», 2024 год. Исследование было проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Геотекстиль отличается низкими затратами на производство и замену, компактностью, легкостью транспортировки, быстрой установкой, долгим сроком службы и низкой чувствительностью к воздействиям окружающей среды. Дополнительный мониторинг его состояния поможет повысить безопасность строительных объектов и предсказать серьезные аварийные ситуации до их критического состояния.

«Этот материал укладывается слоями вместе с грунтом. На геотекстиле можно устанавливать волоконно-оптические датчики смещения, что позволяет осуществлять удаленное наблюдение за состоянием грунта. Система схожа с теми, что используются для мониторинга железнодорожных насыпей и укрепления откосов. Непрерывный контроль с помощью оптоволокна значительно увеличивает безопасность эксплуатации таких строительных объектов», – делится Илларион Никулин, профессор кафедры общей физики ПНИПУ, доктор технических наук.

В настоящее время для отслеживания состояния сооружений применяются различные оптические системы. Наиболее доступными и эффективными считаются те, что основаны на использовании волоконных брэгговских решеток. С их помощью фиксируют основные параметры несущих строительных конструкций: деформацию, вибрацию и температуру. Однако для мониторинга геотекстиля они не подходят, так как грунт более подвержен изменениям окружающей среды. Использование более точных и дорогих датчиков по сравнению с телекоммуникационным волокном нецелесообразно и экономически невыгодно.

Ученые Пермского Политеха разработали волоконно-оптическую систему, которая может быть использована для мониторинга состояния геотекстиля в дисперсных грунтах (песок, глина, торф), особенно подверженных воздействию агрессивных и нестабильных сред.

Политехники отмечают, что конструкция датчика должна обеспечивать качественное измерение смещений геотекстиля порядка одного миллиметра. Именно величина смещения указывает на опасную деформацию сооружения, предупреждая о необходимости проведения ремонтных работ. Также система должна быть легкой в установке, иметь невысокую стоимость, долгий срок службы и быть экологически чистой.

«Мы реализовали точечный амплитудный волоконно-оптический датчик контроля смещения, состоящий из ABS-пластика и оптоволокна Corning SMF-28. Он позволяет надежно фиксировать смещение до 0,5 миллиметра. Эта точность достаточна для отслеживания состояния грунта. Более того, он на порядок дешевле датчиков на волоконных брэгговских решетках, что делает его перспективным», – объясняет Илларион Никулин.

Чувствительный элемент оптоволокна выполнен в виде петель, закрепленных в корпусе датчика. Во время эксперимента на него поступали излучения различной мощности от источника смещения, которые затем, распространяясь по световоду, попадали в фотоприемник. Сигнал обрабатывался с помощью разработанной программы на персональном компьютере.

Оптоволоконная система ученых Пермского Политеха перспективна для качественного и эффективного мониторинга состояния геотекстиля. С ее помощью можно точно отслеживать смещения грунтового основания, что обеспечивает безопасность строительных конструкций.