В НИИЭС действует крупнейшая в стране научно-техническая база по изготовлению и поставкам контрольно-измерительной аппаратуры для натурных наблюдений за состоянием крупных гидроэнергетических сооружений. Недавно ученые нашли способ значительно продлить срок службы струнных датчиков.

ПО СВЕТУ И ЗВУКУ
Контролем состояния сооружений люди озаботились примерно тогда же, когда научились строить. Причем некоторые способы диагностики имеют многовековую историю. Так, около 2000 лет назад в Риме при строительстве храма в куполе оставили небольшое отверстие, через которое внутрь помещения мог проникать луч солнца. В пол храма, в том месте, куда падал свет, вмонтировали бронзовую пластину. И ежегодно в фиксированное время наблюдали за положением солнечного луча на пластине – именно так можно было судить о смещении купола относительно основания.

В России первые струнные датчики для контроля крупных сооружений еще в 30-х годах прошлого столетия разработала группа молодых инженеров-физиков Ленинградского физико-технического института под руководством видного ученого Николая Давиденкова. Их принцип работы довольно прост: струну, закрепленную специальными зажимами в корпусе, натягивают до определенной частоты колебаний. Изменение натяжения струны за счет воспринимаемой ею деформации изменяет и частоту. Градуи­руя датчик, получают функциональную зависимость выходного электрического сигнала (частоты колебаний струны) и входной механической величины (деформации).
 
ИЗМЕРИМ ВСЕ!
Научную идею довел до широкого внедрения в практику ученик профессора Давиденкова Всеволод Бомбчинский. В конце 1940‑х годов он возглавил в НИИЭС создание новых струнных датчиков и аппаратуры для них. Именно в лабораториях института были созданы надежные и точные струнные датчики: напряжения грунта, деформаций бетона и грунта, силы в арматуре, динамометры, избыточного гидростатического давления, температуры окружающей среды, местных линейных пере­мещений углов наклона, а также вторичные приборы для измерения параметров выходных сигналов датчиков. 

Около 800 струнных датчиков выпускает ежегодно НИИЭС.

– По сей день институт – единственная организация в России, которая изготавливает такую контрольно-измерительную аппаратуру и осуществляет ее метрологическую аттестацию и поверку, – говорит начальник отделения средств диагностики НИИЭС Александр Пилюзин. – Все плотины, созданные в России и бывшем СССР, оснащены нашей КИА.

Струнные датчики, установленные во время строительства в тело гидроэнергетических сооружений, позволяют контролировать все параметры напряженно-деформированного состояния в течение длительного периода времени. Интересно, что частота колебаний струны при работе датчика изменяется в пределах звучания семи музыкальных нот третьей октавы – от 1000 до 2000 Гц. Можно представить, что все датчики, установленные в плотину (а их число доходит до 3500), звучат дружно, как мощный симфонический оркестр, реагируя на каждое, даже незначительное изменение состояния сооружения.

НЕТ ПРЕДЕЛА СОВЕРШЕНСТВУ
– Одним из важнейших требований, предъявляемых к струнным датчикам, является их надежность, как метрологическая, так и функциональная, – пояснил Александр Пилюзин. – Поэтому в последние годы наши усилия были направлены на то, чтобы повысить соответствующие характеристики. В итоге удалось увеличить средний срок службы струнных датчиков с 14 до 17 лет, что подтверждено государственными испытаниями и включением их в госреестр средств измерений. Кроме того, была уменьшена погрешность за счет введения поправки на изменение температуры окружающей среды. 

На основании многолетних исследований специалисты института выработали концепцию продления срока службы датчиков уже до 30 лет. В ее основу легли выявленные закономерности изменения погрешности датчиков во времени, что дает возможность нормировать значение погрешности после истечения срока службы аппаратуры. Это особенно актуально для той КИА, которая была установлена при строительстве гидросооружений еще в СССР.