Датчики безопасности

Мы продолжаем знакомить вас с исследованиями и открытиями, сделанными вузами Проекта 5-100, в рамках майской тематики «Новые угрозы и вызовы. Безопасность».

Сегодня в центре нашего внимания – разработки, посвященные датчикам. Эти устройства используются для сбора данных и обеспечения безопасности во всех сферах жизнедеятельности человека. Учитывая важность и обширную область применения этих устройств, многие ученые занимаются улучшением их функционирования.

Разработка Романа Ли, аспиранта кафедры электронных приборов и устройств СПбГЭТУ «ЛЭТИ», позволит повысить надежность передачи данных с датчиков, их энергоэффективность и устойчивость к внешним факторам воздействия. Это достигается благодаря применению технологии пассивной радиочастотной идентификации. «Если говорить об уникальности, – поясняет научный руководитель аспиранта Андрей Александрович Ухов, – то в рамках этой работы было создано устройство детектирования перемещений, работающее без батареи. Планируемые потребители таких устройств – музеи, в которых каждый экспонат оснащается детектором перемещений для предотвращения краж произведений искусства. Отсутствие батареи радикально увеличивает срок использования устройства, что позволяет существенно сократить затраты на обслуживание всего охранного комплекса музея».

Усовершенствованием работы датчиков в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете занимаются также сотрудники кафедры фотоники.  Доцент кафедры Дмитрий Редька предложил контролировать состояние дорожного полотна с помощью волоконно-оптических датчиков деформации и температуры. Такие устройства собирают данные об изменениях в структуре дорожного покрытия в зависимости от нагрузки на него. Полученная в ходе исследований информация поможет проектировать надежные дороги, обеспечивая безопасность передвижения, а также осуществлять их своевременный ремонт.

Исследуемые Дмитрием Редькой высокочувствительные волоконно-оптические датчики тоже не требуют электропитания, что позволяет установить их в уже существующую оптоволоконную сеть и получать данные удаленно. Принципом работы этого беспроводного устройства является использование свойств брэгговской волоконной решетки – области, расположенной в середине оптического волокна, в котором показатель преломления света изменяется с помощью ультрафиолета.  Отражение излучения на таком участке всегда происходит только в очень небольшой части спектра, остальной же свет пропускается без потерь. При этом длина волны отражаемого света будет зависеть от изменения внешних факторов воздействия: давления, температуры окружающей среды и т. д.

Волоконно-оптические датчики измерения деформаций и температуры прошли апробацию на одной из латвийских автомобильных дорог во время ее ремонта. «Наши эксперименты, – рассказывает Дмитрий Редька, – 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». 

Ученые МФТИ решают проблему функционирования датчиков в воздухе. Сотрудники кафедры компьютерного моделирования МФТИ моделируют варианты оптимального размещения нового типа отечественных датчиков системы воздушных сигналов (СВС) в самолетах «Суперджет-100». Такие датчики повышают безопасность полетов в условиях обледенения. Использованные в расчетах алгоритмы были ранее признаны лучшими по быстродействию и экономичности на соревнованиях международной конференции International Workshop on High-Order CFD Methods (Кельн, Германия).

Актуальность изучаемой проблемы обусловлена не только климатическими условиями нашей страны, но и результатами исследований, полученными после катастрофы Airbus А330 в 2009 году. Расшифровка черных ящиков показала, что во время полета все три приемника датчиков полного давления (трубок Пито) замерзли под воздействием низких температур, в результате чего произошла полная потеря информации о скорости движения воздушного судна с последующим отключением автопилота.

В настоящее время SSJ-100 является первым самолетом, успешно прошедшим международную сертификацию Европейского агентства по безопасности в авиации (EASA) для более жестких требований к условиям обледенения датчиков.

Вопросы обеспечения безопасности во всех сферах жизнедеятельности человека сегодня являются одними из самых приоритетных. Над их решением трудятся ученые по всему миру. В следующем обзоре продолжим знакомить вас с разработками российских ученых из университетов – участников Проекта 5-100 по данной проблематике.