00.00 00.00 00.00
Нажми «Разрешить»
Узнавай только о главных событиях в Петербурге!

Ученый из ЛЭТИ предложил контролировать качество дорог особыми датчиками

21:13 11.03.2021 744
Волоконно-оптические датчики, по мнению петербургского специалиста, позволят удаленно отследить, в каких местах и при каких нагрузках асфальт на дороге стоит класть более плотно. Эксперимент провели на дорогах Латвии совместно с рижскими учеными.
Ученый из ЛЭТИ предложил контролировать качество дорог особыми датчиками

Доцент кафедры фотоники Санкт‑Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» Дмитрий Редька разработал технологию применения волоконно-оптических датчиков, чтобы мониторить состояние дорожного покрытия. В этом ему помогли коллеги из Технического университета Риги, сообщили в пресс-службе городской администрации.

Ученые уже успели провести испытания новой технологии. Волоконно-оптические датчики деформации и температуры собирают данные о том, как меняется структура дорожного полотна в зависимости от нагрузки на него. Эта информация поможет проектировать надежные дороги и планировать их ремонт.

Покрытие любой автомобильной дороги со временем приходит в негодность. Полностью остановить этот процесс нельзя, но можно подбирать более устойчивые материалы, а также исправлять мелкие трещины и колеи, когда они только начинают появляться на дороге. Если исправить дефект на ранней стадии, то не потребуется заменять все покрытие целиком.

Эффективная система мониторинга, как та, которую придумал ученый из ЛЭТИ, позволят не только вовремя заметить появляющиеся дефекты, но и оценить нагрузку на определенный участок дороги. Зная эти данные, при следующем ремонте можно будет учесть, какой силы давление и вибрации создает транспорт, и укрепить покрытие в уязвимых зонах.

Для асфальтированных дорог доцент Дмитрий Редька применил волоконно-оптические датчики. Они высоко чувствительные и не требуют электропитания. Их можно установить в существующую оптоволоконную сеть и получать данные удаленно. В основе сенсора брэгговская волоконная решетка — участок в середине оптического волокна, в котором с помощью ультрафиолета изменен показатель преломления света. Такой участок всегда отражает излучение только в очень небольшой части спектра, а остальной свет пропускает без потерь.

Брэгговскую решетку можно сформировать таким образом, что длина волны отражаемого света будет зависеть от изменения окружающей температуры, давления на оптоволокно или других физических величин. Благодаря этому эффекту и работают волоконно-оптические сенсоры. Например, если это температурный датчик, он будет по-разному отражать посланный на него лазерный сигнал при +20 и при –15° градусах.

Исследователи разместили волоконно-оптические датчики двух типов — для измерения деформаций и температуры — в слое асфальта на одной из латвийских автомобильных дорог во время ее ремонта. Датчики установили на глубину 25–30 миллиметров в двух точках на одной стороне дорожного полотна. Так как незащищенные волоконно-оптические датчики довольно хрупкие, их упаковали в композитные и керамические трубки.

Чтобы убедиться в работоспособности системы, в первых экспериментах датчики испытали с помощью дефлектометра падающего груза, прибора, измеряющего прогиб поверхности под нагрузкой. При этом центр плиты, на которую падает груз, размещали на разном расстоянии от датчиков и прямо над ними. Такая проверка показала, что наиболее точные измерения деформаций возможны, когда нагрузка приходится ровно на место размещения датчиков.

Учитывая это, при реальном мониторинге важно учитывать направление, в котором двигаются автомобили по дороге. Также ученые убедились, что температура играет большую роль при деформации асфальта: осенью все замеренные значения оказались ниже, чем теплым летом. Ключевой частью эксперимента стал мониторинг реального дорожного движения.

Через точку, в которой проводились измерения, за год проехало около 3,15 миллиона автомобилей, свыше 23 % из которых — тяжелые грузовики. Физики определили, какие типы грузовиков воздействуют на дорожное полотно сильнее всего, и подсчитали, что в 33 % случаев проезд грузовика деформирует асфальт на 0,3 миллиметра на каждый метр.

«Наши эксперименты показывают, что волоконно-оптические датчики позволяют достаточно точно измерять деформации дорожного полотна. При этом важно отслеживать температуру, так как в теплую погоду асфальт податливее, и значения деформации повышаются. Используя наш подход при постоянном мониторинге, можно определить момент, когда на выбранном участке будет превышен предел допустимых деформаций, и учесть это при проектировании новых дорог и ремонте существующих», — рассказал доцент Дмитрий Редька.

Результаты исследования опубликованы в Journal of Sensors, уточнили в пресс-службе городской администрации.

Однако в самом Петербурге далеко не везде пока готовы приступать к ремонту дорог. НЕВСКИЕ НОВОСТИ сообщали ранее, что «убитую» набережную Смоленки ремонтировать пока не планируют. Однако заменить асфальт там все-таки обещают, когда на это появятся деньги.

Понравился материал?Подпишись на «Невские новости»
Материалы партнеров: