Czujniki które monitorują kondycję w czasie rzeczywistym

W ostatnich latach do monitorowania kondycji konstrukcyjnej coraz częściej używa się czujników światłowodowych, które pozwalają w czasie rzeczywistym rejestrować dane dotyczące obciążeń i naprężeń w różnorodnych konstrukcjach, w tym budynkach, mostach i rurociągach. Przystosowanie najlepszych spośród tych technologii do zastosowań lotniczych i wymogów certyfikacji przyjęto za cel finansowanego ze środków UE projektu "Fiber optic sensors application for structural health monitoring" (FOSAS).

Naukowcy postanowili wykorzystać czujniki ze światłowodową siatką Bragga (FOBG) do oceny naprężeń jako wskaźnika narażenia na korozję. Korozja zmęczeniowa to złożone zjawisko niszczenia materiałów w wyniku wielokrotnych naprężeń mechanicznych w środowisku podatnym na korozję. Choć poszczególne składowe tego zjawiska zostały już szczegółowo zbadane, mechanizm ich łącznego oddziaływania nie jest dokładnie znany. Naukowcy badali właściwości elektrochemiczne i naprężenia mechaniczne wyciętej próbki metalu poddawanej testom na zmęczenie materiału w agresywnym środowisku. Do monitorowania naprężenia posłużył czujnik FOBG.

Tworzenie ulepszonych metod monitorowania kondycji strukturalnej wymaga odpowiedniej aparatury testowej. W ramach projektu FOSAS stworzono narzędzie wspomagające tworzenie i certyfikowanie nowych technik monitorowania kondycji strukturalnej materiałów i konstrukcji lotniczych. Tradycyjne czujniki tensometryczne zastąpiono w nim czujnikami światłowodowymi. Przeprowadzone prace rozwojowe zaowocowały stworzeniem całej serii czujników światłowodowych do monitorowania kondycji strukturalnej. Jeden czujnik FOBG monitoruje jednocześnie naprężenia pseudostatyczne i sygnały uszkodzeń o wysokiej częstotliwości, a drugi mierzy jednocześnie naprężenia w trzech osiach i temperaturę.

Badacze zajęli się również nowatorskim, rozproszonym systemem wykrywania temperatury z ultrawysoką częstotliwością, wykorzystującym standardowe światłowody w połączeniu z interferometrią zmiennych częstotliwości. Zastosowana technika umożliwia przekształcenie przesunięcia widma w zmianę temperatury. Po przeprowadzeniu analizy rynku w celu zidentyfikowania istniejących technologii o odpowiedniej cenie i potencjale certyfikacji lotniczej opracowano technikę wykrywania rozproszonego. Prototypowy system przeszedł serię testów w warunkach naziemnych i uzyskał certyfikację do użytku laboratoryjnego.

Projekt FOSAS dostosował szereg zaawansowanych technik światłowodowego monitorowania kondycji strukturalnej do potrzeb certyfikacji i użycia w lotnictwie, dostarczając też narzędzia do dalszego rozwoju. Upowszechnienie tych zaawansowanych i tanich technik pozwoli istotnie poprawić bezpieczeństwo w przemyśle lotniczym przy jednoczesnym ograniczaniu kosztów eksploatacji i konserwacji. Zwiększenie konkurencyjności europejskiego przemysłu lotniczego przyniesie wymierne korzyści całej gospodarce europejskiej.