Специалистам ПНИПУ удалось обнаружить технологические деформации с помощью оптоволоконного датчика

Датчики на основе оптического волокна широко применяются для обнаружения поверхностных дефектов различных конструкций. С их помощью можно провести обследование жилых, коммерческих, производственных зданий, объектов специального назначения, гидротехнических, будь то мосты, дамбы, плотины. Из оптоволокна изготавливают не только оптоволоконный кабель: на его основе специалисты продолжают развивать датчики, открывать новые возможности их применения. Например, оптоволокно должно помочь наладить контроль над появлением не только поверхностных, но и структурных повреждений. Ученые говорят о возможности их интеграции в композитные материалы. Идея состоит в том, чтобы еще на стадии изготовления внедрить оптоволокно в деталь.

Благодаря минимальной толщине, оно не будет сказываться на эксплуатационных, физических характеристиках изделия, однако, поможет точно отслеживать его состояние, получать информации о мельчайших структурных изменениях, угрожающих разрушением и потерей прочности, диагностировать брак еще на стадии выпуска.

Необходимость контроля

Композиты – материалы, состоящие, как минимум, из двух компонентов, комбинирование которых позволяет получить необходимые характеристики, недоступные изначально. Композиты активно вытесняют классические аналоги, востребованы в строительной, производственной, промышленной сфере. Например, композит – альтернатива металлу при сборке кузова автомобиля или фюзеляжа самолета. Внедрение оптоволоконного датчика в деталь поможет держать под контролем ее производство, фиксировать даже незначительные отклонения от технологии, структурные дефекты.

Наладка контроля – эффективный метод повышения качества товаров на основе композитов, исключения брака. О серийном практическом применении, впрочем, речь пока не идет, дело ограничивается лабораторными испытаниями, специалисты выдвигают свои идеи относительно наладки процесса. Например, от испытательного центра ПНИПУ (Пермский национальный исследовательский политехнический университет, pstu.ru) поступило предложение о фиксации деформаций путем интеграции в материал датчиков, основанных на решетках Брэгга.

Принцип работы

Функционирование оптоволоконного датчика построено на распространении волн света. Характеристики волны напрямую зависят от фиксируемой характеристики. Решетка Брэгга расположена в центральной области оптического волокна. Она отражает световой поток, происходит смещение длины волны, вызванное колебаниями температуры, появлением в материале внутренних напряжений или деформаций.

Практический опыт

Специалистам ПНИПУ удалось обнаружить технологические деформации интеррогатором. Это прибор продуцирует световой сигнал и транслирует его по оптоволокну. Проводя тестирование, ученые разместили в композитной детали на 1.5-сантиметровой глубине пару датчиков, первый из которых отслеживал температуру, второй – деформации и физические повреждения.

Результатом тестирования стала высочайшая точность датчиков. Они смогли обнаружить минимальные нарушения, выражающиеся в сотых долях процента, однако, вполне достаточные для разрушения материала, образования в нем пор, пустот. Использовать деталь или конструкцию с такими дефектами нельзя, она не выдержит нагрузки. Информацией и мнением поделился Глеб Шипунов, один из ведущих ученых ПНИПУ.

ПНИПУ планирует продолжить развитие технологии, отрабатывать и тестировать ее на других материалах. Контроль на ранних производственных стадиях – вопрос не только экономики, но и безопасности, особенно актуальный для ответственных деталей и конструкций, мельчайшие повреждения которых приведут к катастрофическим последствиям.