Многофункциональная система мониторинга состояния гидротехнических сооружений

Назначение

   Многофункциональная система мониторинга состояния гидротехнических сооружений (СМГС) предназначена для контроля в автоматизированном режиме состояния плотин, насыпей, инженерных сооружений, конструкций, машин и механизмов, входящих в состав гидротехнических сооружений, как в процессе их строительства, так и в процессе эксплуатации.

СМГС обеспечивает непрерывное проведение измерений и использует в своем составе пространственно-протяженные измерительные датчики на основе оптического волокна, сенсорные сети, отдельно установленные датчики, объединенные в единый измерительный комплекс. СМГС позволяет непрерывно формировать комплексную оценку состояния как отдельных элементов, так и всего гидротехнического сооружения в целом.

   Принципы построения и функционирования СМГС полностью соответствуют:

- ГОСТ 32019-2012. «Мониторинг технического состояния уникальных зданий и сооружений. Правила проектирования и установки Стационарных систем (станций) мониторинга»;

- ГОСТ 24846-2012. Грунты. Методы измерения деформации оснований зданий и сооружений;

- СП-22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83.

Общие принципы

   СМГС основана на комплексном использовании нескольких базовых технологий, разработанных в компании:

• SRPF-технология, использующая пространственно-непрерывные волоконно-оптические сенсоры и позволяющая оценивать напряженно –деформированное состояние и целостность конструкций;
• технология использования сенсорных сетей, включающих дискретные датчики различного назначения, в том числе гибких сборок (массивов) микромеханических инклинометров, и позволяющая контролировать большой набор параметров, характеризующих состояние грунтов, оснований, пространственное положение конструктивных элементов инженерных сооружений и др.

    Пространственно-непрерывные SRPF-сенсоры и сети дискретных датчиков объединены в единую систему мониторинга, функционирующую в автоматизированном режиме, на верхнем уровне которой непрерывно формируется оценка состояния отдельных сооружений и системы в целом.

Технология использования пространственно-разреженных фотонных потоков

    Практически все инженерные объекты, включая гидротехнические сооружения, в процессе эксплуатации испытывают деформации. Непрерывный контроль за изменением их напряженно-деформированного состояния позволяет оценивать риски возникновения аварий.

    Параметры акустического поля таких напряженно-деформированных объектов позволяют наиболее точно и качественно получить информацию о степени напряженности контролируемый конструкций, и, как следствие, получать оценку напряжённо-деформированного состояния и целостности всего исследуемого объекта в реальном масштабе времени. Методы интерпретации результатов измерения акустических полей определены рядом соответствующих ГОСТов.

    В компании ООО «Флагман Гео» разработана технология проведения в реальном масштабе времени измерений параметров виброакустического поля (ВАП) контролируемого объекта. При этом виброакустическое поле может быть как естественного, так и искусственно-наведенного типа.

    В основу технологии положены методы интегральной квантовой фотоники, использующие пространственно-разряженные фотонные потоки (SPRF). Особенностями разработанной технологии являются:

- использование оптоволоконных сенсоров, обладающих определенными параметрическими характеристиками, которые достигаются путем их специальной, дополнительной обработки;

- переход в режим работы c разреженным фотонным потоком, который подразумевает: использование маломощных источников светового излучения и применение дискретных методов анализа, основанных на использовании гейгеровского режима анализа фотонного потока (метод счета единичных фотонов).

    Сочетание этих факторов позволяет обеспечить:

- высокий уровень отношения сигнал/шум;

- возможность применения специальных методов анализа динамики ВАП объекта контроля, позволяющих непрерывно оценивать значение НДС, а также осуществлять дистанционный контроль внешних, вибрационных воздействий на объект;

- пространственное разрешение до 100 мм на расстояние до 30 км

- высокую экономическую эффективность, низкую себестоимость, возможность конфигурирования системы под условия конкретной задачи.

Совместное использование маломощного источника светового излучения для зондирования оптоволоконного сенсора и специальных детекторов, работающих в гейгеровском режиме, мы и называем технологией работы в разреженном фотонном потоке (SPRF).

Основные технически и метрологические характеристики, которые обеспечивает применение технологии SPRF

Технология использования сенсорных сетей для мониторинга грунтов, оснований, пространственного положения конструктивных элементов инженерных сооружений, машин и механизмов

    Технология использования сенсорных сетей дискретных датчиков дополняет SRPF-технологию и служит для контроля состояния грунтов, оснований, пространственного положения конструктивных элементов инженерных сооружений, состояния работающих машин и механизмов, входящих в состав гидротехнического сооружения.

В состав таких сетей в зависимости от требований задачи входят:

- гибкие сборки инклинометров, предназначенные для непрерывного контроля подвижности грунтов, оснований, зданий и сооружений, описание можно посмотреть здесь;

- инклинометры ФЛН-203, ФЛН-204, предназначенные для измерения углов различных элементов конструкций и сооружений относительно горизонтальной плоскости по двум ортогональным осям;

- инклинометр ФЛТ-1001, предназначенный для измерения углов различных элементов работающих механизмов и позволяющий проводить измерения при установке на вибрирующем основании;

- датчики контроля температурного режима, датчики контроля уровня воды в пьезометрических скважинах и открытых водоемах, акустические датчики, датчики измерения собственных частот колебаний и вибраций, магнитометрические и другие типы датчиков.

Схемы инсталляции система мониторинга состояния гидротехнических сооружений

                    Установка системы мониторинга состояния гидротехнических сооружений - 1

                    Установка системы мониторинга состояния гидротехнических сооружений – 2

Основные преимущества многофункциональной системы мониторинга состояния гидротехнических сооружений по сравнению с традиционными методами контроля

    Многофункциональная система мониторинга состояния гидротехнических сооружений, построенная на базе комплексирования нескольких современных технологий, позволяет:

- в автоматизированном режиме осуществлять непрерывный контроль большого количества параметров, описывающих состояние грунтов, оснований, зданий, сооружений, машин и оборудования, входящих в состав гидротехнического сооружения;

- выявлять в непрерывном режиме возникшие разрушения (трещины, смещения) конструкций плотины;

- обеспечивать высокую чувствительность и информативность;

- непрерывно формировать комплексную оценку состояния как отдельных элементов, так и всего сооружения в целом:

- обеспечивать низкое энергопотребление и длительный срок эксплуатации оборудования, входящего в состав системы мониторинга (не менее десяти лет);

- обеспечивать возможность инсталляции как в процессе строительства гидротехнических сооружений, так и в процессе их эксплуатации.