КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-29-00595
НазваниеНаучно-технологические основы создания волоконно-оптических микродатчиков повышенной радиационной стойкости для систем мониторинга напряженно-деформированного состояния крупных сооружений
Руководитель Бадеева Елена Александровна, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" , Пензенская обл
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-603 - Надежность и отказоустойчивость технических систем. Диагностика технического состояния и испытания
Ключевые слова НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ, МИКРОДАТЧИК, ДЕФОРМАЦИЯ, ЛИНЕЙНОЕ И УГЛОВОЕ МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЕ, ДАВЛЕНИЕ, СИЛА, ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЕ, ТЕМПЕРАТУРА, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, МИКРО-ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ИСКРО-ВЗРЫВО-ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ, РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ
Код ГРНТИ59.31.71
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
До настоящего момента на российских крупных сооружениях (например, испытательных газодинамических стендах, куполе АЭС) объектов ракетно-космической, авиационной техники (РК, АТ) и АЭС, используются системы мониторинга напряженно-деформированного состояния на основе датчиков электрического типа, что снижает их надежность в условиях воздействия радиации, искро-взрыво-пожароопасности, электромагнитных помех, перепадов температур, механических факторов. Попытки применения волоконно-оптических систем на основе оптических волокон с брегговскими решетками не обеспечивают требуемую надежность систем мониторинга из-за низкой надежности такого волокна в условиях механических воздействий. Применение волоконно-оптических систем мониторинга, объединяющих высоконадежные волоконно-оптические микродатчики (ВОМД) с оптическими волокнами, не испытывающими изгибы и микродеформации (линейного и углового микроперемещений, давления, силы, деформации, параметров вибрации, температуры) позволит разрешить данную проблему. Для этого необходимо улучшить их метрологические и эксплуатационные характеристики за счет совершенствования и унификации микро-оптико-механических систем (МОМС).
Научная задача - определение физико-технических, оптических, математических и метрологических закономерностей функционирования МОМС волоконно-оптических микродатчиков с дифференциальными оптико-модулирующими элементами в виде аттенюаторов, отражающих элементов, шарообразной или цилиндрической линзы для улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик волоконно-оптических систем мониторинга в условиях воздействия внешних влияющих факторов, характерных изделиям РК, АТ и АЭС.
Научная значимость решения проблемы состоит в разработке теоретических основ создания перспективных помехозащищенных, искро-взрыво-пожаробезопасных ВОМД нового поколения для измерения параметров напряженно-деформированного состояния при воздействии различных внешних влияющих факторов с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1) Проведено патентное исследование; проанализирована научно-техническая литература, нормативно-техническая документация, справочная информация и другие материалы по теме проекта. Обосновано направление исследования и способов решения поставленных задач.
2) Разработаны математические модели, связывающие оптические, геометрические, физические параметры элементов оптической системы двухканальных волоконно-оптических микродатчиков.
3) Определены физические и математические закономерности распределения светового потока в пространстве оптической системы волоконно-оптических микродатчиков систем напряженно-деформированного состояния крупных сооружений.
4) Проведена математическая формализация критериев оптимальности параметров волоконно-оптических микродатчиков для систем напряженно-деформированного состояния крупных сооружений.
5) Разработана методика математического моделирования и выполнен расчет параметров волоконно-оптической системы микродатчиков, учитывающей особенности и связь последовательности математических преобразований с физико-технической оптимизацией параметров ВОМС.
6) Разработаны методика и алгоритм математического моделирования и расчета конструктивных параметров микро-оптико механической системы и волоконно-оптического преобразователя двухканальных волоконно-оптических микродатчиков.
7) Определено рациональное пространственное распределение пучка света в микро-оптико механической системе и волоконно-оптическом преобразователе двухканальных волоконно-оптических микродатчиков с учетом пространственного расположения оптических волокон оптико-модулирующего элемента в виде аттенюаторов, отражающих элементов, шарообразной или цилиндрической линзы.
8) Определены физико-технические и конструктивно-технологические особенности микро-оптико механической системы, волоконно-оптического преобразователя и оптико-модулирующего элемента, обеспечивающие деление светового потока на две независимые части.
9) Определены физико-технические и конструктивно-технологические особенности микро-оптико механической системы, волоконно-оптического преобразователя и оптико-модулирующего элемента, обеспечивающие деление светового потока на две независимые части.
10) Разработаны принципы построения двухканальных волоконно-оптических микродатчиков (линейных и угловых микроперемещений, давления, угла наклона, деформации, параметров вибрации, температуры) параметров напряженно-деформированного состояния сооружений.
11) Выведены функции преобразования двухканальных волоконно-оптических микродатчиков (линейных и угловых микроперемещений, давления, угла наклона, деформации, параметров вибрации, температуры), учитывающие физико-технические и конструктивно-технологические особенности микро-оптико-механических системы, волоконно-оптических измерительных преобразователей и оптико-модулирующих элементов.вибрации, температуры) параметров напряженно-деформированного состояния сооружений.
12) Разработаны структурные схемы волоконно-оптических микродатчиков.
13) Опубликованы 7 научных статей в изданиях, индексируемых в ВАК, РИНЦ, Scopus и в иных зарубежных библиографических базах данных:
в изданиях, индексируемых в Scopus, Web of Science:
- «Fiber optic temperature sensor for rigid deformable media»;
- «A constructive way to reduce additional errors of fiber-optic sensors»;
в изданиях, индексируемых в других зарубежных базах:
- «Волоконно-оптическая система измерения температуры жестких деформируемых сред» (журнал из перечня ВАК);
- «Модернизированная микро-оптико-механическая система волоконно-оптических датчиков параметров вибрации со стержневой линзой»;
- «Конструктивный способ снижения дополнительных погрешностей волоконно-оптических датчиков»;
в других изданиях, индексируемых в РИНЦ:
- «Волоконно-оптические датчики для систем мониторинга напряженно-деформированного состояния крупных сооружений»;
- «Математическая модель волоконно-оптического микродатчика давления».
Принята 1 научная статья к печати в издании, индексируемых в Scopus, Web of Science: «Mathematical modeling of the parameters of a fiber-optic pressure sensor for monitoring systems of the stress-strain state of large structures».
14) Принято участие с докладами и презентациями в 5-и Международных конференциях и выставках:
1. III-я Национальная научно-практическая конференция «Фундаментальные, поисковые, прикладные исследования и инновационные проекты». Секция 3. Перспективные технологии и индустриальное программирование. Стендовый доклад «Волоконно-оптические датчики для систем мониторинга напряженно-деформированного состояния крупных сооружений».
2. XXIX-й Международный научный симпозиум «Надежность и качество». Секция 4. Технологические проблемы повышения надежности и качества изделий. Доклад «Конструктивный способ снижения дополнительных погрешностей волоконно-оптических датчиков». Устное выступление.
3. VIII Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых
«Модели, системы, сети в технике», посвященная 85-летию образования Пензенской области
29 марта 2024 г. Стендовый доклад "Модернизированная микро-оптическая система волоконно-оптических параметров вибрации со стержневой линзой". Заочное участие.
4. XXI-я Международная научно-практическая конференция «Инновационные, информационные и коммуникационные технологии». Секция 1. Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования в науке, технике и технологиях. Доклад «Математическая модель волоконно-оптического микродатчика давления». Устное выступление.
5. Международный семинар по проектированию и технологиям производства электронных средств (SED-2024). Доклад «A constructive way to reduce additional errors of fiber-optic sensors». Устное выступление.
Ссылка на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту: «Ученые ПГУ — участники Международного семинара по проектированию и технологиям производства электронных средств» https://pnzgu.ru/news/2024/10/10/16560709.
Публикации
1. Бадеева Е.А., Бадеев В.А. Волоконно-оптические датчики для систем мониторинга напряженно-деформированного состояния крупных сооружений Фундаментальные, поисковые, прикладные исследования и инновационные проекты: сборник трудов Национальной научно-практической конференции / под. ред. С.У. Увайсова – Москва: Ассоциация выпускников и сотрудников ВВИА им. проф. Жуковского, С. 671-673. (год публикации - 2024)
2.
Мурашкина Т.И., Бадеева Е.А., Дудоров Е.А., Бадеев А.В.
Fiber optic temperature sensor for rigid deformable media
Artificial intelligence algorithm design for systems. Proceedings of 13th Computer Science Online Conference 2024, Volume 3: CSOC 2024, LNNS 1120, pp. 453–463. (год публикации - 2024)
10.1007/978-3-031-70518-2_40
3. Бадеева Е.А., Мурашкина Т.И., Бадеев В.А, Кукушкин А.Н., Васильев Ю.А. Математическая модель волоконно-оптического микродатчика давления Инновационные, информационные и коммуникационные технологии: сборник трудов XXI Международной научно-практической конференции, Москва: Ассоциация выпускников и сотрудников ВВИА им. проф. Жуковского, 420 c. С. 44- 48. (год публикации - 2024)
4.
Мурашкина Т.И., Бадеева Е.А., Базыкин С.Н., Дудоров Е.А., Бадеев В.А.
Волоконно-оптическая система измерения температуры жестких деформируемых сред
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. , № 2. С. 112–126. (год публикации - 2024)
10.21685/2072-3059-2024-2-8
5.
Бадеев В.А., Мурашкина Т.И.
Модернизированная микро-оптико-механическая система волоконно-оптических датчиков параметров вибрации со стержневой линзой
Инжиниринг и технологии, Т. 9 (2). С. 1–5. (год публикации - 2024)
10.21685/2587-7704-2024-9-2-20
6. Бадеева Е.А., Мурашкина Т.И., Бадеев В.А., Дудоров Е.А. Конструктивный способ снижения дополнительных погрешностей волоконно-оптических датчиков Труды международного симпозиума «Надежность и качество», Т. 2. С. 157-159. (год публикации - 2024)
7.
Бадеева Е.А., Мурашкина Т.И., Бадеев В.А., Дудоров Е.А.
A constructive way to reduce additional errors of fiber-optic sensors
2024 International Seminar on Electron Devices Design and Production (SED), IEEE Xplore., 979-8-3315-0502-8/24/$31.00 ©2024 IEEE (год публикации - 2024)
10.1109/SED63331.2024.10741051
8. Бадеева Е.А., Мурашкина Т.И., Бадеев В.А, Шачнева Е.А. Mathematical modeling of the parameters of a fiber-optic pressure sensor for monitoring systems of the stress-strain state of large structures AIP Conference Proceedings. “International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern technologies (FarEastCon2024)” (год публикации - 2024)
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1) Разработан комплекс алгоритмов, программного и информационного обеспечения для расчета и оптимизации параметров двухканальных ВОМД (линейных и угловых микроперемещений, давления, угла наклона, деформации, параметров вибрации, температуры) систем мониторинга напряженно-деформированного состояния крупных сооружений.
2) Определены схемно-технические и конструктивно-технологические условия независимости двух измерительных каналов двухканальных ВОМД систем мониторинга напряженно-деформированного состояния крупных сооружений.
3) Выполнен расчет параметров МОМС и ВОП двухканальных ВОМД (линейных и угловых микроперемещений, давления, угла наклона, деформации, параметров вибрации, температуры) систем мониторинга напряженно-деформированного состояния крупных сооружений.
4) На основании энергетического расчета оптической системы получена доказательная база энергетической безопасности разрабатываемых ВОМД.
5) Определены закономерности влияния микро- и макроизгибов оптических волокон, радиации, механических факторов, перепадов температур на технические (в том числе, метрологические) характеристики МОМС, ВОП двухканальных ВОМД.
6) Разработаны способы снижения влияния микро- и макроизгибов оптических волокон, радиации, механических факторов, перепадов температур на технические (в том числе, метрологические) характеристики МОМС, ВОП двухканальных ВОМД.
7) Разработаны способы снижения составляющих основной и дополнительных погрешностей двухканальных ВОМД.
8) Разработаны способы обеспечения радиационной стойкости и искро-взрыво-пожаробезопасности ВОМД.
9) Разработаны схемы компоновки и позиционирования оптических волокон, оптико-модулирующих элементов в двухканальных ВОМД, обеспечивающие повышение чувствительности преобразования оптических сигналов.
10) Разработаны методики экспериментальных исследований физико-технических, оптических, метрологических и эксплуатационных характеристик МОМС, ВОП, модуля сбора и преобразования информации и двухканальных ВОМД.
11) Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальными исследованиями отдельных узлов лабораторных образцов ВОМД (деформации, линейного и углового микроперемещений, давления, силы, параметров вибрации, температуры) систем мониторинга напряженно-деформированного состояния крупных сооружений.
12) Подготовлены и опубликованы 9 научных статей в изданиях, индексируемых в ВАК, РИНЦ, Scopus или Web of Science, RSCI, в иных зарубежных библиографических базах данных.
Возможность практического использования результатов
Полученные научные результаты можно применить во многих отраслях народного хозяйства, где необходимы высокопрецизионные измерения в жестких условиях применения таких физических величин, как линейное или углового микроперемещение, давление, сила, угол наклона, деформация, параметры вибрации, температура. Особенно это актуально в последнее время в связи с бомбежками ВМС Украины Запорожской АЭС, мостов и других стратегических объектов, когда такие системы являются первоисточниками, сообщающими о возникших деформациях радиационно-опасных объектов. Замена электрических цепей на волоконно-оптические на таких объектах делает волоконно-оптические системы мониторинга невидимыми для электронной разведки противника.