Визначення можливості високоточних вимірювань деформацій у будівельних конструкціях за допомогою волоконно-оптичних методів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342161Ключові слова:
волоконно-оптичний датчик, вимірювання деформації, будівельна конструкція, брегівська решітка, структурний моніторингАнотація
Об’єктом цього дослідження є процес деформації в залізобетонних конструкційних елементах, оснащених вбудованими волоконно-оптичними датчиками. Розглянута проблема відповідає невирішеним питанням, виявленим у попередніх дослідженнях, а саме, відсутності стандартизованої кількісної оцінки точності та стабільності вимірювання волоконно-оптичної деформації. Незважаючи на високу лабораторну точність, існуючі методи демонструють знижену довгострокову надійність, перехресну чутливість до температури та деформації, а також невідповідність калібрування при застосуванні до реальних конструкцій.
Основні результати показують, що волоконні брегівські решітки (ВБР) та інтерферометричні датчики досягли субмікрометрової роздільної здатності деформації з відхиленнями менше 2–3 με та довготривалим дрейфом менше 0,5%. Вимірювання залишалися стабільними при змінному навантаженні та температурі, що підтверджує високу відтворюваність та електромагнітну стійкість. Ці результати підтверджують гіпотезу про те, що зміщення оптичної довжини хвилі безпосередньо відповідають механічній деформації, забезпечуючи надійне виявлення деформації без повторного калібрування.
Ця ефективність випливає з власного фотопружного зв’язку та чутливості показника заломлення оптичного волокна, які забезпечують нанометричну роздільну здатність, корозійну стійкість та довгострокову експлуатаційну стабільність. Запропонований метод застосовний для довгострокового моніторингу мостів, тунелів та висотних споруд, що піддаються впливу екологічних та циклічних навантажень. Тому дослідження високоточних волоконно-оптичних вимірювань деформації залишаються науково актуальними для підвищення безпеки та довговічності сучасних цивільних конструкцій.
Посилання
- Wu, T., Liu, G., Fu, S., Xing, F. (2020). Recent Progress of Fiber-Optic Sensors for the Structural Health Monitoring of Civil Infrastructure. Sensors, 20 (16), 4517. https://doi.org/10.3390/s20164517
- Lopez-Higuera, J. M., Rodriguez Cobo, L., Quintela Incera, A., Cobo, A. (2011). Fiber Optic Sensors in Structural Health Monitoring. Journal of Lightwave Technology, 29 (4), 587–608. https://doi.org/10.1109/jlt.2011.2106479
- Barrias, A., Casas, J., Villalba, S. (2016). A Review of Distributed Optical Fiber Sensors for Civil Engineering Applications. Sensors, 16 (5), 748. https://doi.org/10.3390/s16050748
- Ye, X. W., Su, Y. H., Han, J. P. (2014). Structural Health Monitoring of Civil Infrastructure Using Optical Fiber Sensing Technology: A Comprehensive Review. The Scientific World Journal, 2014, 1–11. https://doi.org/10.1155/2014/652329
- Guo, H., Xiao, G., Mrad, N., Yao, J. (2011). Fiber Optic Sensors for Structural Health Monitoring of Air Platforms. Sensors, 11 (4), 3687–3705. https://doi.org/10.3390/s110403687
- Bao, X., Chen, L. (2012). Recent Progress in Distributed Fiber Optic Sensors. Sensors, 12 (7), 8601–8639. https://doi.org/10.3390/s120708601
- Motil, A., Bergman, A., Tur, M. (2016). [INVITED] State of the art of Brillouin fiber-optic distributed sensing. Optics & Laser Technology, 78, 81–103. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2015.09.013
- Bado, M. F., Casas, J. R. (2021). A Review of Recent Distributed Optical Fiber Sensors Applications for Civil Engineering Structural Health Monitoring. Sensors, 21 (5), 1818. https://doi.org/10.3390/s21051818
- Guemes, A., Mujica, L. E., del-Río-Velilla, D., Fernandez-Lopez, A. (2025). Structural Health Monitoring by Fiber Optic Sensors. Photonics, 12 (6), 604. https://doi.org/10.3390/photonics12060604
- Smailov, N., Tolemanova, A., Aziskhan, A., Sekenov, B., Sabibolda, A. (2025). Zastosowanie systemów czujników światłowodowych w monitorowaniu stanu technicznego konstrukcji betonowych. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 15 (3), 73–76. https://doi.org/10.35784/iapgos.7606
- Wawrzyk, M. (2022). The spectrum length method in quantitative interpretation of selected optical spectra. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 12 (2), 20–23. https://doi.org/10.35784/iapgos.2931
- Smailov, N., Koshkinbayev, S., Tashtay, Y., Kuttybayeva, A., Abdykadyrkyzy, R., Arseniev, D. et al. (2023). Numerical Simulation and Measurement of Deformation Wave Parameters by Sensors of Various Types. Sensors, 23 (22), 9215. https://doi.org/10.3390/s23229215
- Jati, M. P., Yao, C.-K., Wu, Y.-C., Luthfi, M. I., Yang, S.-H., Dehnaw, A. M., Peng, P.-C. (2025). A Deep Learning Framework for Enhancing High-Frequency Optical Fiber Vibration Sensing from Low-Sampling-Rate FBG Interrogators. Sensors, 25 (13), 4047. https://doi.org/10.3390/s25134047
- Sabibolda, A., Tsyporenko, V., Smailov, N., Tsyporenko, V., Abdykadyrov, A. (2024). Estimation of the Time Efficiency of a Radio Direction Finder Operating on the Basis of a Searchless Spectral Method of Dispersion-Correlation Radio Direction Finding. Advances in Asian Mechanism and Machine Science, 167, 62–70. https://doi.org/10.1007/978-3-031-67569-0_8
- Chen, X., Liu, M., Li, C., Song, H., Zhu, S. (2024). A novel integrated sensing structure based on double quartz tubes stepped fiber grating and its theoretical study on temperature sensing performance. Optics and Lasers in Engineering, 181, 108382. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2024.108382
- Smailov, N., Orynbet, M., Nazarova, A., Torekhan, Z., Koshkinbayev, S., Yssyraiyl, K. et al. (2025). Optymalizacja pracy światłowodowych czujników w warunkach kosmicznych. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 15 (2), 130–134. https://doi.org/10.35784/iapgos.7200
- Macedo, L., Souza, E. A., Frizera, A., Pontes, M. J., Marques, C., Leal-Junior, A. (2023). Static and Dynamic Multiparameter Assessment of Structural Elements Using Chirped Fiber Bragg Gratings. Sensors, 23 (4), 1860. https://doi.org/10.3390/s23041860
- Smailov, N., Zhadiger, T., Tashtay, Y., Abdykadyrov, A., Amir, A. (2024). Fiber laser-based two-wavelength sensors for detecting temperature and strain on concrete structures. International Journal of Innovative Research and Scientific Studies, 7 (4), 1693–1710. https://doi.org/10.53894/ijirss.v7i4.3481
- Huang, L., Zhao, Z., Sun, Y. (2024). Damage Monitoring of Reinforced Concrete Slabs Utilizing Distributed Fiber Sensing Technology. https://doi.org/10.2139/ssrn.4946103
- Smailov, N., Akmardin, S., Ayapbergenova, A., Ayapbergenova, G., Kadyrova, R., Sabibolda, A. (2025). Analiza wydajności VLC w optycznych systemach komunikacji bezprzewodowej do zastosowań wewnętrznych. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 15 (2), 135–138. https://doi.org/10.35784/iapgos.6971
- Alj, I., Quiertant, M., Khadour, A., Grando, Q., Benzarti, K. (2022). Application of Distributed Optical Fiber Sensing Technology to the Detection and Monitoring of Internal Swelling Pathologies in Massive Concrete Blocks. Sensors, 22 (20), 7797. https://doi.org/10.3390/s22207797
- Smailov, N., Tsyporenko, V., Sabibolda, A., Tsyporenko, V., Abdykadyrov, A., Kabdoldina, A. et al. (2024). Streamlining digital correlation-interferometric direction finding with spatial analytical signal. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 14 (3), 43–48. https://doi.org/10.35784/iapgos.6177
- Chethana, K., Nandi, S., Prasad, A. S. G., Asokan, S. (2025). Fiber Bragg Grating based optical sensor for pulse morphology. Journal of Optics. https://doi.org/10.1007/s12596-025-02895-1
- Abdykadyrov, A., Smailov, N., Sabibolda, A., Tolen, G., Dosbayev, Z., Ualiyev, Z., Kadyrova, R. (2024). Optimization of distributed acoustic sensors based on fiber optic technologies. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (131)), 50–59. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313455
- Xue, W., Huang, H., Pang, X., Yan, G. (2025). Fiber Bragg Grating Based Load Monitoring for Carrier-Based Aircraft Main Landing Gear. Sensors, 25 (17), 5559. https://doi.org/10.3390/s25175559
- Yassin, M. H., Farhat, M. H., Nahas, M., Saad, A. S. (2024). Investigation of fiber Bragg grating sensor measurability in concrete beams under static load conditions. Heliyon, 10 (22), e40105. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e40105
- Yang, H., Huang, Y., Zhou, Z., Ou, J. (2022). Long-term performance of packaged fiber Bragg grating sensors for strain monitoring inside creep medium. International Journal of Smart and Nano Materials, 13 (1), 42–63. https://doi.org/10.1080/19475411.2022.2027548
- Zdanowicz, K., Gebauer, D., Koschemann, M., Speck, K., Steinbock, O., Beckmann, B., Marx, S. (2022). Distributed fiber optic sensors for measuring strains of concrete, steel, and textile reinforcement: Possible fields of application. Structural Concrete, 23 (6), 3367–3382. https://doi.org/10.1002/suco.202100689
- Sahota, J. K., Gupta, N., Dhawan, D. (2020). Fiber Bragg grating sensors for monitoring of physical parameters: a comprehensive review. Optical Engineering, 59 (06), 1. https://doi.org/10.1117/1.oe.59.6.060901
- Smailov, N., Tolemanova, A., Ayapbergenova, A., Tashtay, Y., Amir, A. (2025). Modelling and Application of Fibre Optic Sensors for Concrete Structures: A Literature Review. Civil Engineering and Architecture, 13 (3), 1885–1897. https://doi.org/10.13189/cea.2025.130332
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Nurzhigit Smailov, Amandyk Tuleshov, Akezhan Sabibolda, Yersaiyn Mailybayev, Nurzhamal Kashkimbayeva, Ainur Kuttybayeva, Gulbakhar Yussupova, Askhat Batyrgaliyev, Beibarys Sekenov, Aziskhan Amir
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.
