Nowe systemy monitorowania konstrukcji

Nowe systemy monitorowania konstrukcji

Naukowcy z Laboratory for Intelligent Structural Technology University of Michigan skonstruowali zupełnie nowy system monitorowania stanu konstrukcji. Bazuje on na węglowych nanorurkach i tworzy na konstrukcji coś na kształt ‘skóry’.

Od pewnego czasu głośno mówi się o problemie starzejącej się amerykańskiej infrastruktury drogowej. Około połowa mostów jeszcze przed 2020 rokiem świętować będzie swoje 50 lecie. Temat ten stał się głośny po tym jak w 2007 roku zawalił się most autostradowy na rzece Missisipi. W katastrofie zginęło 15 osób, a 150 zostało rannych.

W Stanach Zjednoczonych inspektorzy badają każdy most co dwa lata, jednakże nie są oni w stanie wychwycić drobnych pęknięć czy uszkodzeń znajdujących się wewnątrz konstrukcji albo w miejscach trudno dostępnych. Z tego powodu, National Institute of Standards and Technology uruchomił Technology Innovation Program, w ramach którego przeznaczono setki milionów dolarów na opracowanie czujników monitorujących konstrukcję mostów.

Zespół z University of Michigan pod kierownictwem Jerome Lynch skonstruował coś w rodzaju ‘skóry’ z polimerów oraz węglowych nanorurek, które pod wpływem deformacji zmieniają swoją rezystancję. Taka aktywna warstwa może zostać naniesiona na most, albo dowolną inną konstrukcję. Naukowcy przygotowują się obecnie do testów, które mają się odbyć na moście nieopodal kampusu Ann Arbor.

Na potrzeby testów, Lynch pokryje część konstrukcji ‘skórą’ i podłączy do niej elektrody. Dwie z nich przesyłać będą sygnał elektryczny, a reszta mierzyć jak zmienia się on przechodząc przez ‘skórę’. Wyniki pozwolą komputerowi stworzyć dwuwymiarowy obraz, który podobnie jak promienie rentgenowskie pokaże szczegóły wnętrza konstrukcji, ujawniając ewentualne uszkodzenia.

Nie jest to jednak jedyny opracowany w ostatnim czasie system. Równolegle powstają inne, spośród których wiele bazuje na czujnikach piezoelektrycznych. Urządzenia te mogą pełnić podwójną rolę. Oprócz generowania niewielkich ilości energii elektrycznej pod wpływem wibracji, co pozwala monitorować te wibracje w konstrukcji, mogą one również aktywnie poszukiwać defektów. Podobnie jak wykorzystywane w medycynie USG wykorzystuje akustyczny sygnał do tworzenia obrazów wnętrza organizmu, aktywne czujniki piezoelektryczne mogą wysyłać sygnały akustyczne do wnętrza konstrukcji. Nasłuchując sygnałów wracających, mogą one wykryć anomalia w postaci pęknięć, albo niepożądanych naprężeń.

Jeszcze inne podejście zastosowali naukowcy z Distributed Sensor Technologies w Santa Clara, Kalifornia. Wykorzystali oni pojedynczy światłowód jako setki dyskretnych czujników. Koncepcja opiera się na rozciągnięciu światłowodów i przymocowaniu ich do konstrukcji mostu. Pęknięcia oraz inne anomalia zmienią wibracje odbierane przez światłowód, a ten z kolei wpłynie na przechodzący przezeń promień lasera. Analiza komputerowa pozwoli zidentyfikować i zlokalizować problem.

(lk)