Розробка волоконно-оптичного контролера для моніторингу будівельних конструкцій
Автор: Кремса Ростислав Іванович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Радіоелектронні апарати та засоби
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Кремса Р.І., Заячук Д.М. (керівник). Розробка волоконно-оптичного контролера для моніторингу будівельних конструкцій. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2020. Об’єкт дослідження – Волоконно-оптичний контролер для моніторингу будівельних конструкцій. Предмет дослідження – прогнозування можливості створення контролера для моніторингу будівельних конструкцій, на основі використання волоконно-оптичних сенсорів для вимірювання деформацій. Мета дослідження: вивчення можливості використати волоконно-оптичні сенсори для вимірювання деформацій і створити для цього технічний засіб – контролер для моніторингу будівельних конструкцій. Для вимірювання деформацій вздовж будівельної конструкції запропоновано власне технічне рішення – сенсорну систему на основі використання спеціальних чутливих до деформаційних зміщень волоконно-оптичних світлопроводів. Такі світлопровідні (світловолоконнні) сенсори складаються з двох окремих груп оптичних волоконних світлопровідних каналів. Для забезпечення механічної міцності ці групи оптичних волокон армовані дротом з нержавіючої сталі. При прикладанні механічного зусилля до волокон, внаслідок деформації будівельної конструкції, відбувається зміщення та стискання волокон, що в свою чергу викликає модуляцію світла, яке проходить по оптичному каналу. Ця модуляція є пропорційною до величини вимірюваної деформації. Світловолоконний сенсор може мати довільну протяжність і бути чутливим до впливу деформацій, як по всій довжині, так і в локальних заданих ділянках. У першому випадку вимірюється узагальнений інтегрований деформаційний стан, у другому – деформація може вимірюватися у заданому локальному місці. Відповідно світлопровідні сенсори другого типу складається з нечутливих до деформації ділянок і ділянки з високою деформаційною чутливістю. Перевагами даного волоконно-оптичного сенсора є те, що його чутливість розподілена по всій довжині оптичної чутливої частини. Під впливом деформації відбувається модуляція свтлового потоку що проходить через оптичний канал. Ця модуляція пропорційна деформації будівельної конструкції. Використання світлового потоку зменшує вплив завад на канал вимірювання. До цих завад належать різного роду електромагнітні хвилі, температурні коливання, хімічні впливи тощо Одержана інформація з системи світлопровідних сенсорів записується в постійну пам’ять мікропроцесорної системи контролера у виді масивів даних. Періодично масиви одержаних даних аналізуються контролером і співставляються із заданими технічною документацією даними, оцінюється величина відхилень і на цій основі приймаються відповідні рішення. Вказане технічне рішення створює можливість використовувати нові технічні засоби для моніторингу стану будівельних конструкцій. Електронна мікропроцесорна система контролера вимірює текучі деформації будівельної конструкції, виконує аналіз одержаних даних і надсилає результат, який по лінії дротового або бездротового зв’язку передаються на центральний спостережний пункт. Проводиться запис та зберігання інформації за результатами моніторингу. На основі аналізу інформації формуються рекомендації для прийняття рішень стосовно текучого та майбутнього станів будівельної конструкції. Волоконно-оптичний контролер для моніторингу будівельних конструкцій складається з окремих блоків контролю секцій будівельної конструкції та спільної станції нагляду стану будівельної конструкції.. В системі може використовуватися довільна кількість будівельних секцій контролюючих блоків, від однієї до N. Вони можуть передавати текучу інформацію про деформації, які можуть виникати у будівельній конструкції в результаті її експлуатації. При цьому у повідомленні додатково передається умовна адреса контрольованої будівельної секції. В свою чергу станція нагляду стану будівельної конструкції проводить аналіз одержаної інформацію про деформаційний стан будівельних конструкцій і у випадку необхідності може передавати її для контролюючих організацій. Таким чином задачу оцінки критичної деформації секції будівельної конструкції виконують спільно блок контролю будівельної конструкції та станція нагляду стану будівельної конструкції. Оцінка стану проводиться автономно і передача інформації проводиться тільки при прогнозуванні та виникненні критичної ситуації. Автономна робота волоконно-оптичного контролера лоя моніторингу будівельних конструкцій дозволяє обмежити кількість аналізованої інформації і забезпечити потужну мережу контролю будівельних об’єктів. Кожний блок контролю будівельної конструкції являє собою окрему автономну мікропроцесорну систему, призначену для управління процесом автоматизованої оцінки деформацій секції будівельної конструкції на основі використання волоконно-оптичного сенсора. Блок контролю є основною частиною волоконно-оптичного контролера для моніторингу будівельних конструкцій. Він забезпечує предавання критичної інформації на станцію нагляду стану будівельної конструкції. Ключові слова: волоконно-оптичний сенсор, оптичний канал, будівельна конструкція, моніторинг. Перелік використаних літературних джерел. 1. Вус Б.С. Измерение упругих перемещений в конструкциях при звуковых частотах нагружения // В сб.Материалы межд. Симп.Прочность материалов и элементов конструкций при звуковых и ультразвуковых частотах нагружения./ Ред. кол.: В.А. Кузьменко и др. – Киев. Наук. Думка, 1986, С. 288 - 292. 2. Вус Б.С. Волоконно-оптический измеритель перемещений объекта // Патент СССР 1254296; Опубліковано 30.08.1986 р. Бюл. № 40 3. "Справочник конструктора РЭА" (под редакцией Варламова) - М: Сов. Радио1980. 4. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи. - М.: Радио и связь,1988 - 544 с. 5. СТУ 3008-95. Документація у сфері науки та техніки . Структура і правила оформлення. - К.: Держстандарт України, 1995. – 3