DESIGNING INTRINSICALLY SAFE FIBER-OPTIC SENSORS FOR MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF LARGE STRUCTURES

封面

如何引用文章

全文:

详细

Background. Monitoring the technical condition of responsible and potentially dangerous large civil and special structures, such as nuclear power plants, pipelines, bridges, and many others, in order to determine their operability and safe operation, and to prevent emergencies is an important scientific and technical task. The monitoring system for the technical condition of large facilities is a set of technologies and tools designed for visual and instrumental monitoring of the technical condition of structures in order to prevent negative consequences in a timely manner by identifying changes and predicting strength and the reliability of the elements. The purpose of the work is to prove the intrinsic safety of a fiber-optic monitoring system for the parameters of the stress-strain state and the position of key structural elements during operation. The task is to improve the operational characteristics of these systems under the influence of external aggressive influencing factors, namely an explosive environment. Materials and methods. The main approach to achieve this goal is an energy calculation that proves the intrinsic safety of a fiber-optic system, taking into account the intrinsic safety criteria given in a number of scientific and technical sources. To solve this problem, a fiber-optic monitoring system for the technical condition of large structures is proposed, including sensors for temperature, pressure, tilt angle, etc., providing an operational assessment of the parameters. Results. The intrinsic safety parameters of fiber-optic sensors of various physical quantities included in the monitoring system for the stress-strain state of large structures operating under conditions of possible spark and explosion hazard have been studied. It is proved that to ensure the safe operation of large civil structures, the maximum allowable optical signal level is 10 MW. For this purpose, a unified circuit design of fiber-optic sensors is proposed, in which the optical signal level is lower than this value. Conclusions. The energy calculation of the optical system of fiber-optic sensors with an open optical channel used for monitoring the technical condition of large structures has proved their absolute intrinsic safety, taking into account the intrinsic safety criteria of the measuring medium.

作者简介

Elena Badeeva

Penza State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: badeeva_elena@mail.ru

Doctor of technical sciences, associate professor, professor of the sub-department of radio engineering and radio electronic systems

(40 Krasnaya street, Penza, Russia)

Vladislav Badeev

Penza State University

Email: vladbadeev4464@gmail.com

Research assistant, Nanotechnology of Fiber-Optic Systems Scientific and Technical Center

(40 Krasnaya street, Penza, Russia)

Tatyana Murashkina

Penza State University

Email: timurashkina.pgu@mail.ru

Doctor of technical sciences, professor, professor of the sub-department of instrument making

(40 Krasnaya street, Penza, Russia)

参考

  1. Gorpinchenko V.M., Yegorov M.I. Monitoring of the technical condition of structures of socially significant largespan structures in Moscow. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitelstvo = Industrial and civil engineering. 2006;(8):16–19. (In Russ.)
  2. Platova S.V. New technologies for monitoring NPP equipment. Atomnaya tekhnika za rubezhom = Nuclear technology abroad. 2017;(6):3–14. (In Russ.)
  3. Kalizhanova A.U., Kashaganova G.B., Kozbakova A.Kh. et al. Analysis and research of existing experience in designing and using various modern fiber-optic sensors to monitor the condition of mechanical and building structures. Vestnik KazATK = Bulletin of KazATK. 2021;(3):112–123. (In Russ.)
  4. Berberova M.A., Chuyenko V.V., Zolotarev O.V. et al. Development of a program for monitoring (control) safety of nuclear power plants. Avtomatizatsiya i modelirovaniye v proyektirovanii i upravlenii = Automation and modeling in design and management. 2020;(2):50–56. (In Russ.)
  5. Bursov N.G., Obukhov A.E., Dimitriadi N.P. Monitoring of the stress-strain state of buildings and structures at the construction stage. Problemy sovremennogo betona i zhelezobetona: sb. nauch. tr. = Problems of modern concrete and reinforced concrete : collection of scientific papers. Minsk, 2014;(6):45–58. (In Russ.)
  6. Khidirov S.T. Monitoring of the stress-strain state of the foundations of buildings and structures as a factor in ensuring safe operation. Innovatsii i investitsii = Innovations and investments. 2020;(12):291–294. (In Russ.)
  7. Badeyeva E.A., Badeyev V.A. Fiber-optic sensors for monitoring systems of the stress-strain state of large structures. Fundamentalnyye, poiskovyye, prikladnyye issledovaniya i innovatsionnyye proyekty: sb. tr. III Nats. nauch.-prakt. konf. (g. Moskva, 27–28 maya 2024 g.) = Fundamental, exploratory, applied research and innovative projects : proceedings of the III National Scientific and Practical Conference (Moscow, May 27-28, 2024). Moscow: Assotsiatsiya vypusknikov i sotrudnikov VVIA im. professora N.E. Zhukovskogo sodeystviya sokhraneniyu istori-cheskogo i nauchnogo naslediya VVIA im. professora N.E. Zhukovskogo, 2024:671–673. (In Russ.)
  8. Murashkina T.I., Badeyeva E.A., Badeyev V.A. Constructive and technological solution of a fiber-optic sensor for rapid quality analysis of oil and petroleum products. Nadezhnost i kachestvo slozhnykh sistem = Reliability and quality of complex systems. 2024;(1):108–115. (In Russ.). doi: 10.21685/2307-4205-2024-1-12
  9. Bothe H., Schenk S., Hawksworth S. et al. The safe use of optics in potentially explosive atmospheres. International Conference on Explosion Safety in Hazardous Areas. 1999;(469). doi: 10.1049/cp:19991066
  10. Badeyeva E.A., Murashkina T.I., Badeyev V.A., Kukushkin A.N. Intrinsic safety of fiber-optic sensors. Trudy Mezhdunarodnogo simpoziuma Nadezhnost i kachestvo = Proceedings of the International Symposium Reliability and Quality. 2025;2:288–292. (In Russ.)
  11. Badeyev V.A., Murashkina T.I. Microrefractometric measuring transducer for determining the quality of liquid media. Trudy Mezhdunarodnogo simpoziuma Nadezhnost i kachestvo = Proceedings of the International Symposium Reliability and Quality. 2023;1:474–476. (In Russ.)
  12. Badeyeva E.A., Gorish A.V., Murashkina T.I. et al. Teoreticheskiye osnovy proyektirovaniya amplitudnykh volokonno- opticheskikh datchikov davleniya s otkrytym opticheskim kanalom: monografiya = Theoretical foundations of designing amplitude fiber-optic pressure sensors with an open optical channel : monograph. Moscow: MGUL, 2004:246. (In Russ.)
  13. Zadvornov S.A., Sokolovskiy A.A. On fire safety of fiber-optic hybrid measuring systems. Datchiki i sistemy = Sensors and systems. 2007;(3):11–14. (In Russ.)
  14. Ilyushov N.Ya. Pozharovzryvobezopasnost. Goreniye veshchestv i materialov: ucheb. posobiye = Fire and explosion safety. Gorenje substances and materials : a textbook. Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2017:142. (In Russ.)
  15. Patent na izobreteniye RU 2795841 C1. Fiber-optic temperature sensor. Murashkina T.I., Badeyeva E.A., Serebryakov D.I., Dudorov E.A., Khasanshina N.A., Badeyev V.A. № 2022101971; appl. 28.01.2022; publ. 12.05.2023, Bull. № 14. (In Russ.)
  16. Patent na izobreteniye RU 2786690 C1. Fiber-optic strain sensor. Badeyeva E.A., Badeyev V.A., Murashkina T.I., Serebryakov D.I., Tolova A.A., Kukushkin A.N. № 2022102897; appl. 07.02.2022; publ. 23.12.2022, Bull. № 36. (In Russ.)
  17. Fokina E.A., Trofimov A.A., Ponomarev V.N., Zdobnov S.A. Designing a simulation model of a temperature sensor under the influence of critical temperatures and sinusoidal vibration. Nadezhnost i kachestvo slozhnykh sistem = Reliability and quality of complex systems. 2024;(3):66–72. (In Russ.)
  18. Kubasov I.A., Lekar L.A. Designing an automatic monitoring system for mobile geographically dispersed objects. Nadezhnost i kachestvo slozhnykh sistem = Reliability and quality of complex systems. 2025;(2):5–14. (In Russ.)

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».