Мониторинг состояния фасадных систем на базе амплитудных волоконно-оптических датчиковДля создания систем мониторинга фасадных конструкций возможна разработка волоконно-оптических сенсорных систем, конкретно ориентированных на задачи, поставленные инженерами-строителями. В этом случае разумно пользоваться специально созданной системой мониторинга на базе амплитудных волоконно-оптических датчиков, а не применять приборы широкого спектра возможностей. В результате пользователи системы мониторинга фасадных конструкций будут иметь инструмент, контролирующий только заданные параметры с необходимой точностью, обладающий разумной ценой. В качестве варианта рассмотрим фасад, облицованный плиткой (рис. 1). Установка волоконно-оптического датчика перемещений и деформаций возможна как при монтаже фасада, так и на эксплуатируемую конструкцию. Поскольку фасад состоит из определенного количества плиток, то в качестве базового объекта контроля уместно выбрать одну из них. Плитка может иметь два варианта аварийного события: смещение вследствие ослабления кронштейна или деформация самой плитки и, как результат, зарождение или развитие трещины по её поверхности. Естественно, возможен вариант сочетания этих ситуаций (наложение или суперпозиция аварийных событий).

Для отслеживания этих ситуаций достаточно иметь датчик в виде многоканального оптического тестера, световоды которого приклеены к поверхности контролируемой плитки. Выбрав топологию размещения световода на плитке, мы получим датчик деформаций (рис. 2). Для определения относительного смещения нужно приклеить два световода - один в горизонтальном, а другой в вертикальном направлении так, чтобы помимо контрольной плитки, световод был приклеен к ближайшим соседним (рис. 3).Принцип действия датчиков деформаций и перемещений основан на контроле оптической мощности светового излучения, посылаемого источником и пропускаемого через световод. Измеритель оптической мощности позволяет фиксировать выходное напряжение преобразованного оптического сигнала, в зависимости от степени деформации или смещения контролируемой плитки. В итоге датчик, при наличии недопустимого отклонения от проектного положения, сигнализирует об аварийном событии, поскольку имеет место уменьшение выходного напряжения ниже пределов, соответствующих безопасным условиям эксплуатации. Сказанное относится как к датчику перемещений, так и к датчику деформаций, которые могут контролировать любые другие элементы фасадной системы.

Простота и легкость организации системы мониторинга деформаций и перемещений элементов фасада сочетаются с точностью фиксации начала аварийного события. Учитывая тот факт, что оптический световод обладает высокими прочностными качествами и повышенной чувствительностью к изменению своих геометрических размеров и форм (в случае растяжения или сжатия, появления микроизгибов, микротрещин и разрывов), предложенный датчик на базе оптического тестера дает недорогой и качественный инструмент мониторинга. В случае необходимости система контроля может быть модифицирована на любые другие фасады. При этом оптическое волокно приклеено по всей поверхности фасада с максимальным охватом зоны контроля (рис. 4). Подобная методика позволит применять более сложные, но существенно более чувствительные интерферометрические схемы. В этом случае диагностика состояния волоконного световода осуществляется, как правило, с помощью различных типов рефлектометров, позволяющих анализировать разновидности обратно рассеянного в световоде излучения: Релеевского, Рамановского и Бриллюэновского.

Экспериментальные исследованияВ НИиППЛ МГСУ намечена и последовательно проводится программа экспериментальных исследований, ориентированная на исследования волоконно-оптических и пьезокерамических датчиков в качестве элементов системы мониторинга строительных конструкций. В рамках этого этапа цементно-песчаные призмы с заложенными отрезками световодов различных конфигураций и топологии закладки подвергались нагрузкам в прессе. Контроль оптической мощности светового излучения, пропускаемого через световод, позволял фиксировать выходное напряжение преобразованного оптического сигнала, в зависимости от степени нагрузки на испытуемый образец. Проведенные испытания однозначно свидетельствуют о необходимости и возможности построения эффективных систем строительного мониторинга на базе этих измерительных систем. В частности, при исследовании волоконно-оптических датчиков основные вопросы первого цикла испытаний базовой программы были сформулированы следующим образом.1. Определение оптимальных физических и структурных параметров световода как измерительного элемента.2. Определение топологии и способа закладки световода для достижения максимальной чувствительности к нагрузкам.3. Влияние защитной оболочки световода на его чувствительность к нагрузкам.