Практические задачи по организации системы строительного мониторинга (часть 1)

  Комплекс волоконно-оптических датчиков представляет собой оптический тестер, обеспечивающий недорогой способ контроля по принципу "норма-тревога", главным элементом которого является волоконно-оптический световод. Топология укладки световода позволяет охватить весь объем фундаментной плиты или другой анализируемой конструкции. Для закрепления в фундаментной плите световод привязывают к прутам арматуры снизу до заливки бетонной массы. Возможная топология укладки световода в фундаментную плиту представлена на рис. 1.

  Комплекс волоконно-оптических датчиков состоит из трех основных частей:

  - источник излучения;

  - волоконно-оптический световод;

  - измеритель оптической мощности (приемник).

  Источник излучения, содержащий светодиод, генерирует световой луч, который, проходя по световоду, теряет некоторую часть своего потока вследствие ряда причин и, в частности, в результате внешнего воздействия на световод. Любое механическое или тепловое воздействие на световод порождает геометрическое изменение его формы или микроповреждение, что автоматически влечет изменение мощности светового потока, фиксируемой измерителем. На этом основан принцип мониторинга контролируемого фрагмента конструкции, реализуемый волоконно-оптическим датчиком. При достижении заданного критического значения, показывающего наличие предельной механической или тепловой нагрузки в каком-либо месте конструкции, комплекс волоконно-оптических датчиков сигнализирует оператору через электронный блок обработки сигналов об аварийной ситуации.

  При этом даже при наличии разрыва неповрежденные отдельные отрезки световода полноценно работают как датчики при использовании рефлектометров - приборов, анализирующих различные виды обратно рассеянного излучения. Потенциально комплекс волоконно-оптических датчиков может выполнять более масштабную задачу, чем просто сигнал об аварийной ситуации в фундаментной плите как интегральный показатель ухудшения качества контролируемого объекта.

  Рассмотрим топологию укладки световода, представленную на рис. 1. Здесь предложен вариант комплекса волоконно-оптических датчиков с двумя источниками света и двумя измерителями оптической мощности (условно две различные волоконно-оптические сети обозначены красным и синим цветом). Каждая пара опорных отрезков световодов соединена оптическим разъемом, который вынесен на поверхность фундаментной плиты.

  При поступлении аварийного сигнала, означающего падение оптической мощности в волоконно-оптической сети до критического уровня, оператор приступает к определению места аварийного события. Для этого он снимает оптические разъемы и последовательно пропускает световой сигнал через каждый опорный световод продольной и поперечной сетей с соответствующим измерением оптической мощности. После завершения тестирования всех опорных отрезков световодов определяются световоды продольной и поперечной сетей, в зонах влияния которых произошло аварийное событие. Пересечение найденных зон (полос) фиксирует место аварийного события (рис. 2).

  Организация системы мониторинга на базе пьезокерамических датчиков

  Комплекс пьезокерамических датчиков представляет собой семейство "кустов" акустических излучателей и приёмников, помещаемых в фундаментную плиту при её заливке. Каждый элемент куста снабжен электропитанием через электропровод, выведенный во внешнюю зону к оператору. Акустический сигнал возбуждается в излучателе и распространяется во всей среде фундаментной плиты.

  Физическая схема действия комплекса пьезокерамических датчиков состоит в следующем. Зондирующее излучение источника распространяется непосредственно в контролируемой фундаментной плите (рис. 3) и позволяет получать информацию о распределении упругих характеристик бетона, ударной вязкости, внутренних напряжениях, гранулометрическом составе и изменении характеристик бетона.

  К таким изменениям следует отнести следующие события:

  - коррозия арматуры;

  - набор прочности бетоном;

  - глобальная деструкция фундаментной плиты;

  - образование локальных полостей;

  - зарождение микротрещин;

  - развитие магистральных трещин.

  Электронный блок обработки сигналов имеет критерий на основе откалиброванных значений, согласно которому интегральный коэффициент анализа акустического сигнала не должен выходить за табулированные пределы. В случае достижения заданных пределов комплекс пьезокерамических датчиков сигнализирует оператору об аварийной ситуации.

светильники для подсветки зданий