Optovláknový napěťový senzor vhodný pro aplikace do horninového prostředí

Kód výsledku v 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>

Nalezeny alternativní kódy

RIV/61989100:27240/25:10257848

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Optovláknový napěťový senzor vhodný pro aplikace do horninového prostředí

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

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

Popis výsledku anglicky

Comprehensive strain sensor for implementation in soil environments, composed of an FBG-based pressure sensor embedded in an innovative sandwich-type housing design.The presented result is a comprehensive strain sensor designed for measuring mechanical stress in soils, particularly in geotechnical structures. The sensor combines fiber-optic technology based on Fiber Bragg Gratings (FBG) with an innovative sandwich-type mechanical casing. The measuring element itself consists of an FBG sensor integrated into a polymer 3D-printed body, whose structure with deformation elements enables efficient load transfer to the optical fiber. Two FBGs embedded in the sensor body ensure simultaneous strain measurement and temperature compensation.The novelty of this result lies in the unique structural design of the casing, which incorporates a flexible elastomer layer between two stainless steel plates. This sandwich structure allows for adjustable mechanical properties tailored to specific environments by optimizing the thickness and stiffness of the individual layers. Furthermore, a modified variant of the housing with filtering openings has been developed for measuring effective stress, which reflects only the force interaction of soil grains. This sensor is intended for demanding geotechnical monitoring applications, including the surveillance of earthworks, embankments, retaining walls, and bridge transition zones.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

20201 - Electrical and electronic engineering

Projekt

<a href="/cs/project/FW10010028" target="_blank" >FW10010028: Smart inovace monitoringu napětí v progresivních geotechnických aplikacích fotonickými systémy</a><br>

Návaznosti

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

Rok uplatnění

2025

Kód důvěrnosti údajů

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.

Interní identifikační kód produktu

024/17-06-2025_F

Číselná identifikace

024/17-06-2025_F

Technické parametry

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 %.

Ekonomické parametry

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

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

—

Název vlastníka

VŠB TU Ostrava

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

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

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—