Небоскребы строят не только за рубежом, но и в наших городах. Они, как и здания фантастических форм, заставляют строителей и конструкторов решать проблемы, которых еще вчера не существовало.

«Мы вспомнили, что мелкие, не заметные для людей, землетрясения происходят даже в зонах, которые не назовешь сейсмоопасными. Такие периодические встряски оборачиваются обветшанием, трещинами для высотных зданий», — сказал мне сотрудник Научно-исследовательского института общих физических измерений (НИИОФИ) Алексей Пнев.

Чтобы со временем не столкнуться с неожиданными авариями, специалисты разработали новый способ прогнозов состояния зданий. Конечно, в наши дни немало всевозможных систем контроля за состоянием строений.

О некоторых из них мы уже писали (см., например, «ЮТ» № 11 за 2005 г.). Однако большинство из них требуют особого электропитания, линий передачи измерительной информации, дорогой и уязвимой системы обслуживания.

Гораздо проще системы контроля деформаций, работающие на основе волоконной оптики. Как они устроены? Понять это нам поможет аналогия с человеческим организмом.

Как мы с вами узнаем, все ли в порядке в нашем организме? Благодаря сигналам, поступающим в мозг по системе нервов от всевозможных датчиков тепла и холода, боли и температуры, расположенных по всему телу.

Подобная «нервная» система должна появиться и у высотных зданий. Еще во время проектирования и строительства в их стенах и прочих конструкциях предусматриваются специальные каналы для закладки оптоволоконных кабелей. Эти кабели одновременно являются и датчиками, и трансляторами получаемой информации в центральный компьютер.

Схема работы оптоволоконной измерительно-информационной системы такова.

Излучение от источника широким спектром подается на вход оптического волокна. При прохождении сигнала его характер меняется; в частности, меняется длина волны отраженного излучения. Спектроанализатор измеряет отклонения длин волн множества датчиков, и на основе этих измерений специалисты делают выводы о деформации конструкций. При измерении температуры, помимо теплового расширения решеток, изменяется еще показатель преломления световой волны.

«Главная хитрость — в последовательно соединяемых и размещаемых по периметру здания отрезков кабеля с волоконной решеткой, — пояснил Алексей. — Присутствие такой решетки в проводе нельзя зафиксировать глазом или на ощупь, поскольку речь идет о структурах с размерами порядка 500 нм. Однако о самочувствии своего объекта они готовы в любую минуту доложить с предельной объективностью».

Иначе говоря, каждый отрезок волоконного кабеля представляет собой некую структуру, своеобразный кристалл, сквозь который световой импульс проходит, отражаясь особым образом. Причем характер отражения, кроме всего прочего, зависит и от того, насколько данный отрезок кабеля натянут или искривлен, нагрет или охлажден.

Подобные структуры или решетки «прочерчиваются» в волокне во время изготовления оптоволоконного кабеля примерно так же, как изготовляются полупроводниковые структуры при производстве микрочипов. И производство это ничуть не сложнее, оно может быть налажено в помощью такого же оборудования…

Готовые изделия, как уже говорилось, монтируются в стеновые панели и служат потом весь срок существования самого здания. Как только запускается контрольный сигнал — по графику или в произвольно выбранное время, — получаемое из кабеля отражение говорит специалистам, все ли в порядке со зданием.

К преимуществам системы относится ее высокая точность — на датчики не влияют ни электромагнитные поля, ни солнечная радиация. Кроме того, оптоволоконные системы не требуют электропитания, постоянного надзора.

Интересно также, что решетки чувствительны не только к деформации, но и к температуре. А это очень важно. И не только потому, что при нагреве или охлаждении бетон, сталь или иной строительный материал деформируется. Оптоволоконная решетка может послужить и сигнализатором возникновения пожара.

В. ДУВИНСКИЙ , спецкор «ЮТ»