Fiber-optic strain sensor suitable for applications in rock environments.

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27120%2F25%3A10257848" target="_blank" >RIV/61989100:27120/25:10257848 - isvavai.cz</a>

Alternative codes found

RIV/61989100:27240/25:10257848

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Optovláknový napěťový senzor vhodný pro aplikace do horninového prostředí

Original language description

Komplexní napěťový senzor pro implementaci do zeminového prostředí sestavený z tlakového čidla na principu FBG umístěného v inovativní sendvičové konstrukci pouzdření.Předložený výsledek představuje komplexní napěťový senzor určený pro měření mechanického napětí v zeminách, zejména v geotechnických konstrukcích. Senzor kombinuje optovláknovou technologii na bázi Braggovských mřížek (FBG) s inovativním mechanickým pouzdřením typu sendvič. Vlastní měřicí část tvoří FBG čidlo integrované do těla vyrobeného 3D tiskem z polymerního materiálu, jehož konstrukce s deformačními členy umožňuje účinný přenos zatížení na optické vlákno. Dvě optovláknové Braggovské mřížky v těle senzoru zajišťují současné měření deformace i kompenzaci teplotních vlivů.Novost výsledku spočívá v unikátním konstrukčním řešení pouzdření, které využívá pružnou vrstvu z elastomeru mezi dvěma nerezovými pláty. Tato sendvičová struktura umožňuje nastavitelné mechanické vlastnosti senzoru přizpůsobené konkrétnímu prostředí díky optimalizaci tloušťky a tuhosti jednotlivých vrstev. Dále byla navržena varianta modifikovaného pouzdření s filtračními otvory pro měření efektivního napětí, které reflektuje pouze silové působení zeminových zrn. Výsledek je určen pro náročné aplikace v oblasti geotechnického monitoringu, včetně sledování zemních konstrukcí, násypů, opěrných zdí a přechodových oblastí mostů.

Czech name

Optovláknový napěťový senzor vhodný pro aplikace do horninového prostředí

Czech description

Komplexní napěťový senzor pro implementaci do zeminového prostředí sestavený z tlakového čidla na principu FBG umístěného v inovativní sendvičové konstrukci pouzdření.Předložený výsledek představuje komplexní napěťový senzor určený pro měření mechanického napětí v zeminách, zejména v geotechnických konstrukcích. Senzor kombinuje optovláknovou technologii na bázi Braggovských mřížek (FBG) s inovativním mechanickým pouzdřením typu sendvič. Vlastní měřicí část tvoří FBG čidlo integrované do těla vyrobeného 3D tiskem z polymerního materiálu, jehož konstrukce s deformačními členy umožňuje účinný přenos zatížení na optické vlákno. Dvě optovláknové Braggovské mřížky v těle senzoru zajišťují současné měření deformace i kompenzaci teplotních vlivů.Novost výsledku spočívá v unikátním konstrukčním řešení pouzdření, které využívá pružnou vrstvu z elastomeru mezi dvěma nerezovými pláty. Tato sendvičová struktura umožňuje nastavitelné mechanické vlastnosti senzoru přizpůsobené konkrétnímu prostředí díky optimalizaci tloušťky a tuhosti jednotlivých vrstev. Dále byla navržena varianta modifikovaného pouzdření s filtračními otvory pro měření efektivního napětí, které reflektuje pouze silové působení zeminových zrn. Výsledek je určen pro náročné aplikace v oblasti geotechnického monitoringu, včetně sledování zemních konstrukcí, násypů, opěrných zdí a přechodových oblastí mostů.

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

20201 - Electrical and electronic engineering

Project

<a href="/en/project/FW10010028" target="_blank" >FW10010028: Smart Innovation of Stress Monitoring in the Progressive Geotechnical Applications Using Fiber Optic System</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2025

Confidentiality

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Internal product ID

024/17-06-2025_F

Numerical identification

024/17-06-2025_F

Technical parameters

FBG čidlo (1) je realizováno tělem vyrobeným technologií 3D tisku z materiálu PC-ABS. Tělo je tvořeno horní (2) a dolní (3) podstavou, které jsou na obou koncích spojeny pružným obloukovitým prvkem (4), jenž umožňuje stlačování těla senzoru při vertikálním mechanickém zatížení. V tomto těle senzoru jsou integrovány deformační členy půlkruhového tvaru o průměru 4 mm (5), které jsou rovnoměrně rozmístěny podél horní a dolní podstavy. Na horní podstavě (2) se nachází 7 členů, na dolní podstavě (3) 6 členů. Jejich uspořádání je navrženo tak, že každý člen dolní podstavy (3) je umístěn přesně mezi dvěma sousedními členy horní podstavy (2). Na horní a spodní podstavě jsou vytvořeny malé kontaktní plochy (6), které zajišťují přenos tlakové síly na střed FBG čidla. Tělem senzoru prochází optické vlákno (7) se dvěma Braggovskými mřížkami, mřížka pro měření deformací FBGS (8) a mřížka pro měření okolní teploty FBGT (9). Optické vlákno vstupuje do těla senzoru skrze bočnici (4), kde je na vstupu fixováno k plošce tomuto určené (10) pomocí kyanoakrylátového lepidla. Následně prochází oblastí s deformačními členy (5), kde je vystaveno mechanické deformaci. Za touto oblastí se nachází FBGS (8), za níž je vlákno opět fixováno k lepicí plošce (11) na dolní podstavě (3). Na konci těla senzoru je vlákno vedeno obloukem zpět (12), kde je v návratovém směru opět fixováno k lepicí ploše (13). Následuje druhá FBGT (9), určená pro kompenzaci teplotního vlivu. Za touto mřížkou je vlákno volně uloženo v dutině (14), která brání přenosu mechanického napětí na tuto část vlákna. Braggovská mřížka FBGS slouží pro měření mechanické deformace – konkrétně prodloužení vlákna mezi deformačními členy při stlačení těla senzoru. Na základě této deformace lze stanovit velikost působícího tlaku. Braggovská mřížka FBGT slouží k měření okolní teploty, což umožňuje kompenzaci teplotních vlivů, které negativně ovlivňují přesnost měření se senzorem FBGS. Pro realizaci senzoru je použito ohybově necitlivé jednovidové křemičité optické vlákno s primární polyimidovou ochranou (7) a zakončeno konektorem SC/APC (15). Přívodní část vlákna vstupujícího do senzoru je opatřena ochrannou trubičkou o průměru 900 µm (16). Vzdálenost mezi zakončením ochranné trubičky a FBGS je 60 mm a vzdálenost mezi FBGS a FBGT je 35 mm. Spektrální vzdálenost mezi Braggovskými mřížkami musí být alespoň 5 nm, a to v libovolném rozsahu vlnových délek od 1510 do 1580 nm. Šířka odrazných spekter Braggovských mřížek může být v intervalu od 50 do 500 pm a odrazivost v rozsahu od 10 do 100 %.

Economical parameters

Jednotlivé položky pro určení ceny celého senzoru - FBG řetízek (7, 8, 9, 15, 16) 5 000,- Kč s DPH - Filament, lepidlo, ochranné trubičky cca 300,- Kč s DPH - Pouzdření (17) 1 700,- Kč s DPH - Pouzdření (18) 100,- Kč s DPH

Application category by cost

—

Owner IČO

—

Owner name

VŠB TU Ostrava

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

—