Застосування методу вимірювання параметрів деформації за механічної дії на бетонні балки з використанням волокничної решітки Брегга

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.285800

Ключові слова:

волокно, решітка Брегга, моделювання, оптичне волокно для комунікаційних технологій, модуль Юнга

Анотація

З метою вивчення закономірностей деформації та зміни бетонних конструкцій були проведені дослідження волокнистої решітки Брегга у вигляді вимірювального датчика. Волоконно-оптичні датчики мають ряд переваг: малі розміри, стійкість до електромагнітних перешкод, висока чутливість, широкий діапазон, проста конструкція, висока швидкість реакції, стійкість до корозії, геометрична універсальність і стійкість до зовнішніх впливів.

Ця робота пов’язана з розробкою характеристик і поведінки датчиків деформації, що діють на волоконну решітку Брегга, за допомогою комп’ютерного моделювання. Робота зосереджена на аналізі робочих характеристик і поведінки тензодатчиків, що діють на волоконну решітку Брегга. Датчик використовується для вимірювання деформації об'єкта, опір якого змінюється залежно від прикладеної сили. Це показано на прикладі того, як волоконна решітка Брегга може демонструвати датчики деформації. У роботі було проведено моделювання за допомогою комп’ютерної програми для моделювання роботи волоконного датчика деформації решітки Брегга.

При вимірюванні деформації використовувалися розрахунки за формулами модуля Юнга для більш точного розрахунку даних. При вимірюванні довжина хвилі вліво від 1662 нм до 1666 нм, а також постійна температура від 20 °C до 40 °C. Результати показують наступне, значення модуля Юнга становлять 23,25 Па, коефіцієнт Пуассона становить 0,167 бр, модуль пружності при зсуві становить 9,96444 Па. І в цьому відношенні результати цієї роботи показують: перше, що зміни у величині, положенні та формі деформації можна відобразити динамічний еволюційний процес деформації при згині на конструкції. Нижче наведено криву деформації, яка добре відповідає зміні прикладеного тиску, що демонструє програмне моделювання різних типів деформації.

Висновок показує, що технологія моніторингу волоконно-бреггівських сенсорів добре впливає на внутрішню деформацію та контроль механічних напружень під час модельних випробувань; він надає нові методи та засоби моніторингу для тестування моделі

Біографії авторів

Gulim Kadirbayeva, Almaty University of Power Engineering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev

Doctoral Student

Department of Telecommunications and Innovative Technologies

Katipa Chezhimbayeva, Almaty University of Power Engineering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev

PhD Professor

Department of Telecommunications and Innovative Technologies

Mukhabbat Khizirova, Almaty University of Power Engineering and Telecommunications named after Gumarbek Daukeyev

Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Department of Telecommunications and Innovative Technologies

Waldemar Wójcik, Lublin University of Technology

Doctor of Technical Sciences, Professor

Посилання

  1. Jalil, M. A. B. (2021). Simulation of Fiber Bragg Grating Characteristics and Behaviors as Strain and Temperature Sensor. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology, 9 (11), 1154–1161. doi: https://doi.org/10.22214/ijraset.2021.38883
  2. Lee, B. (2003). Review of the present status of optical fiber sensors. Optical Fiber Technology, 9 (2), 57–79. doi: https://doi.org/10.1016/s1068-5200(02)00527-8
  3. Mendez, A., Morse, T. F., Mendez, F. (1990). Applications Of Embedded Optical Fiber Sensors In Reinforced Concrete Buildings And Structures. SPIE Proceedings. doi: https://doi.org/10.1117/12.963084
  4. Yanbiao, L., Libo, Y., Qian, T. (2018). The 40 Years of Optical Fiber Sensors in China. Acta Optica Sinica, 38 (3), 0328001. doi: https://doi.org/10.3788/aos201838.0328001
  5. Kinet, D., Mégret, P., Goossen, K., Qiu, L., Heider, D., Caucheteur, C. (2014). Fiber Bragg Grating Sensors toward Structural Health Monitoring in Composite Materials: Challenges and Solutions. Sensors, 14 (4), 7394–7419. doi: https://doi.org/10.3390/s140407394
  6. Di Sante, R. (2015). Fibre Optic Sensors for Structural Health Monitoring of Aircraft Composite Structures: Recent Advances and Applications. Sensors, 15 (8), 18666–18713. doi: https://doi.org/10.3390/s150818666
  7. Wójcik, W., Kisała, P. (2009). The application of inverse analysis in strain distribution recovery using the fibre bragg grating sensors. Metrology and Measurement Systems. XVI (4), 649–660. Available at: http://www.metrology.pg.gda.pl/full/2009/M&MS_2009_649.pdf
  8. Orazaliyeva, S., Kadirbayeva, G., Chezhimbayeva, K. (2022). Evaluation of the effectiveness of the effect of photosensitization on the spectral characteristics of the fiber Bragg grating. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (5 (117)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259033
  9. Feng, X., Zhou, J., Sun, C., Zhang, X., Ansari, F. (2013). Theoretical and Experimental Investigations into Crack Detection with BOTDR-Distributed Fiber Optic Sensors. Journal of Engineering Mechanics, 139 (12), 1797–1807. doi: https://doi.org/10.1061/(asce)em.1943-7889.0000622
  10. Wang, H., Zhou, Z., Huang, Y., Xiang, P., Ou, J. (2015). Strain transfer mechanism of quadrate-packaged FBG sensors embedded in rectangular structures. Journal of Civil Structural Health Monitoring, 5 (4), 469–480. doi: https://doi.org/10.1007/s13349-015-0131-x
  11. Nurzhaubayeva, G., Chezhimbayeva, K., Haris, N. (2022). Characterization of high impedance of multilayer coplanar waveguide transmission line design for integration with nanodevices. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (5 (118)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263671
  12. Inaudi, D., Casanova, N., Kronenberg, P., Marazzi, S., Vurpillot, S. (1997). Embedded and surface-mounted fiber optic sensors for civil structural monitoring. SPIE Proceedings. doi: https://doi.org/10.1117/12.274668
  13. Haoyang, P., Qiong, L., Qing, Y., Guofeng, X., Haiwen, C., Ronghui, Q., Zujie, F. (2012). Analysis and Experimental Study of Inner Stress for Metallized Fiber Bragg Gratings. Chinese Journal of Lasers, 39 (3), 0305008. doi: https://doi.org/10.3788/cjl201239.0305008
  14. Dandan, P., Qingmei, S., Mingshun, J. et al. (2012). Fiber Bragg grating high-temperature sensing system based on improved support degree matrix model. Journal of Optoelectronics Laser, 23 (11), 2045–2051.
  15. Chunxiao, L., Youlong, Y., Jun, H., Hang, X. (2013). Measurement of the Natural Frequency of Bench Drill Based on Fiber Bragg Grating. Laser & Optoelectronics Progress, 50 (2), 020601. doi: https://doi.org/10.3788/lop50.020601
  16. Yiping, W., Ming, W., Xiaoqin, H. (2011). Transverse Pressure Sensor Based on the Polarization Properties of Fiber Grating. Chinese Journal of Lasers, 38 (4), 0405004. doi: https://doi.org/10.3788/cjl201138.0405004
  17. Qibiao, O., Qingke, Z., Zixiong, Q. et al. (2013). Application of coated long period fiber grating to measure the change of microrefractive index. Journal of Optoelectronics Laser, 24 (2), 323–328.
  18. Yongxing, G., Dongsheng, Z., Zhude, Z., Li, X., Fangdong, Z. (2013). Research Progress in Fiber-Bragg-Grating Accelerometer. Laser & Optoelectronics Progress, 50 (6), 060001. doi: https://doi.org/10.3788/lop50.060001
  19. Varzhel’, S. V. (2015). Volokonnye Breggovskie reshetki [Fiber Bragg Gratings]. Sankt-Peterburg: Universitet ITMO.
  20. Vasil’ev, S. A., Medvedkov, O. I., Korolev, I. G., Bozhkov, A. S., Kurkov, A. S., Dianov, E. M. (2005). Fibre gratings and their applications. Quantum Electronics, 35 (12), 1085–1103. doi: https://doi.org/10.1070/qe2005v035n12abeh013041
  21. Nureev, I. I. (2016). Radiophotonics amplitude-phase interrogation methods of complexed sensors based on fiber Bragg gratings. Engineering Journal of Don, 2. Available at: http://ivdon.ru/en/magazine/archive/n2y2016/3581
  22. Wenwen, Q., Juan, K., Li, Y., Junhui, H. (2016). Young′s Modulus Measurement of Metal Beams Based on Fiber Bragg Grating. Laser & Optoelectronics Progress, 53 (4), 040604. doi: https://doi.org/10.3788/lop53.040604
  23. Bakanov, V. V., Nureyev, I. I., Kuznetsov, A. A., Lipatnikov, K. A. (2021). Fiber-optic current sensor based on the Bragg grid. Engineering Journal of Don, 6. Available at: http://ivdon.ru/en/magazine/archive/N6y21/7052
Застосування методу вимірювання параметрів деформації за механічної дії на бетонні балки з використанням волокничної решітки Брегга

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-08-31

Як цитувати

Kadirbayeva, G., Chezhimbayeva, K., Khizirova, M., & Wójcik, W. (2023). Застосування методу вимірювання параметрів деформації за механічної дії на бетонні балки з використанням волокничної решітки Брегга. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(7 (124), 54–62. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.285800

Номер

Том 4 № 7 (124) (2023): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Gulim Kadirbayeva, Katipa Chezhimbayeva, Mukhabbat Khizirova, Waldemar Wójcik

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.