Неразрушающий контроль нужен не только на предприятиях, большая проблема назревает в дорожной инфраструктуре. Сейчас всё расскажем.
Конец второй мировой войны, инфраструктура многих стран полностью разрушена, последующий послевоенный экономический подъём требует новых артерий и вен, поэтому все начинают строить дороги, мосты, порты и аэропорты. И если с последними больших проблем на данный момент нет, то вот с железными и автомобильными дорогами и мостами есть (Всемирный банк говорит, что дороги сегодня больше других страдают от недополученных денег, и так происходит не только в России).
Война кончилась 70 лет назад, а это значит, что огромному количеству железобетонных изделий в строю уже больше 50 лет и всё это наследие начинает разрушаться. Теряются деньги, гибнут люди, а пустить дефектоскопистов в каждую уязвимую точку — не представляется возможным. Что делать?
Для начала о проблематике SHM (Structural Health Monitoring):
- мало людей, а протяженность инфраструктуры просто огромна;
- мало техники, здесь проблема растёт из того же места, что и с людьми – разместить на каждом узле техника с дефектоскопическим оборудованием просто не возможно, затраты на оборудование будут неподъемными;
- время, которое с имеющимися средствами не позволит обеспечить полноценное изучение всех конструкций.
Исходя из всего этого, можно выделить требования к средствам неразрушающего контроля дорожной инфраструктуры: их должно быть много, они должны быть дешевыми, автоматизированными, а данные получаемые от них – непрерывными. Что делать? Пока что вся надежда на революцию IoT (Интернет вещей) с кучей датчиков и огромным количеством собранных данных.
Путь Японии: акустические датчики везде
К 2033 году в более 100 тысяч мостов и туннелей в Японии отметят пятидесятилетие, катастрофы и разрушения уже начали происходить. Университет Киото разработал новую технологию акустического контроля железобетонных конструкций. Датчики улавливают акустическую эмиссию, возникающую при напряжении и последующем динамическом изменении структуры конструкции. Если говорить самым простым языком, то любое разрушение вызывает звук – как ветка оторвавшеюся от дерева, именно такие звуки и улавливают датчики, а затем передают их на серверы.
Германия: вибродатчики в автомобилях
У немцев, нет такого огромного количества мостов и тоннелей, как в горной Японии, но вот сеть автомобильных дорог (автобанов) просто огромна. Только протяженность автобанов составляет 13 тысяч километров, как следить за всем этим хозяйством, когда объехать его всё – не реально. Инженеры предложили оборудовать автомобили обычных граждан специальными приборами – инерционным датчиком с GPS. Датчик размещается рядом с центром тяжести транспорта. Регистраторы ускорений и угловых скоростей собирать данные в каждой конкретной точке. После обильного дождя дорожное полотно просело? Датчики считают эту информацию и передадут в дата-центр, где по вибрациям и динамике транспортного средства можно будет оценить масштаб проблемы и во время произвести ремонт. Это позволит экономить средства ремонт на инфраструктуры и минимизировать потери времени.
Россия и её вечная проблема
85 тысяч километров железнодорожных путей, которые могут обернуть экватор Земли чуть больше двух раз и третье место в мире после США и Китая по общей протяженности – первая причина, почему вопрос неразрушающего контроля ж/д инфраструктуры в России стоит особенно остро. Вторая – труднодоступные места и конечно же климатические условия, которые нещадно разрушают полотно.
Следить за железными дорогами в нашей стране непросто. Необходимо огромное количество дефектоскопической техники, если говорить точнее, то специализированных железнодорожных составов, которые утыканы многочисленными датчиками. Двигаются такие составы медленно, стоят – дорого, а дать непрерывный поток информации не могут. Ну и про старение тоже не забывайте – к 2020 году износ такой техники достиг 84%.
Что делать? Инженеры российской компании Laser Solutions предлагают вести мониторинг средствами волоконно-оптических сенсоров. В кабель подаётся световой сигнал, скорость света в кабеле известна и временная задержка между приёмом и передачей импульса можно указывать на физические воздействия на кабель, а следовательно и полотно. Деформации, вибрации и акустические колебания будут иметь на кабель воздействие, а следовательно и изменять скорость распространения светового потока. Вместо кабеля опто-волокна мы получаем очень длинный сенсор, который может присматривать за инфраструктурой на всём ей протяжении. Вкопанный в основание железнодорожного полотна кабель может, например следить за подвижками грунта – часть ж/д-инфраструктуры, которая часто подвергается разрушению и рушит за собой уже непосредственно саму дорогу.
Уже сегодня эта технология используется, но пока не так масштабно как хотелось бы. Сейчас около 60 км путей контролируются волоконно-оптическими датчиками. К большей протяженности пока не готовы ни дата центы, ни глубинки нашей большой родины, где закапывать дорогой опто-волоконный кабель – так себе идея.
====
В любом случае каждый из этих вопросов тесно связан с интернетом вещей и с ходом развития новых технологий решение обязательно найдется.