Российская наука продолжает заявлять о себе на мировой арене смелыми инновациями: коллектив ученых Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) представил уникальный оптоволоконный микронный датчик. Это устройство уже прошло этап экспертной оценки в Роспатенте, получило положительное решение на выдачу патента и может стать новым стандартом в сфере мониторинга технического состояния сложных конструкций.
Оптоволокно — основа современных сенсорных решений
С каждым годом оптоволоконные технологии все глубже проникают в повседневную жизнь. Они обеспечивают молниеносную передачу информации без помех в телекоммуникациях, медицине, энергетике и многих других отраслях. Однако, потенциал оптоволокна не ограничивается только быстрой передачей данных — всё большее значение обретает его применение для создания высокоточных датчиков нового поколения.
Важность интеграции датчиков в критически важные конструкции
Особое значение оптоволоконные датчики приобретают при контроле состояния внутренних слоев таких объектов, как самолеты, мосты, высотные здания, турбины и другие элементы инфраструктуры. В этих конструкциях даже незначительные скрытые повреждения и локальные области повышенного напряжения могут привести к крупным авариям. Применение интегрированных датчиков на этапе производства и эксплуатации позволяет обнаружить технологические несовершенства деталей — поры, разрывы, непроклеи, смятия, а также появление микроповреждений или начальные стадии разрушения материала до возникновения видимых последствий.
Датчик формирует сигнал, когда свет, проходящий по оптоволокну, взаимодействует с изменяющимися микродефектами материала. Современные алгоритмы мгновенно обрабатывают такие сигналы, фиксируя малейшие отклонения в структуре объекта, что дает инженерам и эксплуатационщикам эффективный инструмент ранней диагностики и предотвращения аварийных ситуаций.
Инновационная разработка Андрея Панькова: новая эра мониторинга
Андрей Паньков, профессор кафедры “Механика композиционных материалов и конструкций” ПНИПУ, доктор физико-математических наук, разработал уникальную сенсорную систему, ориентированную прежде всего на диагностику сложных деформаций в композитных материалах. Композиты, состоящие из полимерной матрицы, армированной стеклянными или углеродными волокнами, широко востребованы в современном авиастроении и судостроении благодаря сочетанию малой массы и высокой прочности.
В новом устройстве ПНИПУ использовано сразу шесть оптоволокон, объединённых в один кабель, каждая из которых оснащена чувствительным участком с индивидуальным заводским наклоном отражающей поверхности. Это позволяет не только регистрировать наличие минимальных повреждений или изменений, но и детально анализировать распределение и тип деформаций — растяжение, сжатие, сдвиг — непосредственно в зоне размещения датчика внутри материала.
Преимущества многоканального подхода
В отличие от существующих аналогов на базе одиночного оптоволокна, которые ограничены возможностью выявления только простых и однородных деформаций, разработка Андрея Панькова существенно расширяет спектр диагностируемых повреждений. Благодаря разным ориентациям отражающих элементов каждая из шести волокон позволяет получить более богатую и точную информацию о напряженно-деформированном состоянии конструкции. Этот комплексный анализ особенно актуален для объектов, эксплуатация которых строго подчиняется нормам безопасности и контроля технического состояния.
Компьютерное моделирование и подтверждение эффективности
Для подтверждения работоспособности датчика ученый выполнил компьютерное моделирование и вычислил так называемые «передаточные коэффициенты» — математическое описание взаимосвязи между световыми сигналами датчика и реальными видами деформаций (растяжение, сжатие, сдвиг). Численные расчеты убедительно продемонстрировали высокую чувствительность изобретения: датчик способен детектировать мельчайшие повреждения и зафиксировать даже начальные стадии разрушения материала.
Такой подход открывает новые горизонты для интеллектуального технического надзора, гарантируя безопасность и надежность крупных инфраструктурных объектов: от мостов и небоскребов до турбин, фюзеляжей и критических элементов транспорта.
Потенциал внедрения и будущее развитие
Датчик, созданный в стенах Пермского Политеха, имеет огромный потенциал применения во множестве стратегически важных сфер. Главные ожидаемые эффекты от внедрения — значительное повышение уровня безопасности эксплуатации ключевых объектов и сокращение затрат на ремонт за счёт превентивного обнаружения проблем. Мониторинговые системы на их основе помогут мгновенно реагировать на возникающие аномалии, не допуская развития аварийных ситуаций.
Разработка уже привлекла внимание не только ученых и инженеров, но и представителей крупных промышленных предприятий, готовых внедрять такие сенсорные системы для технического мониторинга своих объектов. Решение, получившее положительное заключение в Роспатенте, способно стать образцом отечественной технологической мысли и примером продуктивного взаимодействия фундаментальной науки и практики.
Прогрессивные идеи, заложенные в инновационном микронном датчике Андрея Панькова, уже сейчас создают предпосылки для динамичного развития интеллектуальных систем диагностики и технического мониторинга в самых ответственных отраслях. Подобные технологии — гарантия устойчивого будущего, в котором сбоев и аварий стало заметно меньше, а человеческая безопасность — на первом месте.
