В ПНИПУ разработали цифрового двойника для передачи энергии по оптоволокну
Растущие требования к скорости передачи данных и постоянному доступу к информации со всех уголков планеты приводят к увеличению использования телекоммуникационных сетей и устройств. Но если оборудование расположено на больших расстояниях от источника электропитания, то возникают трудности с его подключением и стабильной работой. Для решения этой проблемы сейчас активно внедряют технологию передачи энергии по оптическому волокну. Она обеспечивает высокую скорость и качество отправляемых и получаемых данных, а также невосприимчива к электромагнитным помехам, обладает высоким уровнем устойчивости к пожарам и ударам молний. Ученые Пермского Политеха разработали цифрового двойника ключевого элемента системы — отправную точку для построения модели всей технологии. Его использование может быть востребовано для мониторинга концентрации легковоспламеняемых газов на взрывоопасных объектах или тока и напряжения ВЛЭП, что улучшит технические характеристики, предотвратит возгорание, сохранит жизни людей и сэкономит деньги предприятиям.
Статья опубликована в Journal of Physics: Conference series. Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России.
Применяемые металлические проводники для передачи электромагнитной энергии более громоздкие и менее безопасные при эксплуатации относительно волоконно-оптических технологий. Обмен данными по волокну для питания удаленных объектов имеет множество преимуществ: снижение риска возгорания, невосприимчивость к электромагнитным полям и молниям, отсутствие излучаемых помех, а также возможность одновременной передачи данных на большие расстояния. В частности, такая технология может способствовать развитию сетей сотовой связи стандарта 5G и выше.
Некоторые из наиболее перспективных направлений применения технологии – это питание электронных устройств, камер для контроля подстанций, судового и бортового оборудования, а также и датчиков мониторинга газов во взрывоопасных зонах. Также ее можно использовать в специальных системах, требующих скрытности (охрана периметра) и медицинской технике.
В упрощенном виде технология устроена так: лазер излучает электромагнитные волны (свет), которые распространяются по оптоволокну, а затем попадают на приемное устройство – фотоэлектрический преобразователь (ФЭП). Этот полупроводниковый прибор трансформирует оптическую энергию в постоянный электрический ток. Основная проблема существующих преобразователей в их низкой эффективности (КПД), из-за чего происходят потери, перегрев конструктивных элементов и значительно снижается рентабельность использования систем на их основе.
Ученые Пермского Политеха разработали цифровой двойник ФЭП, который является частью системы передачи энергии по оптоволокну для электроснабжения удаленных потребителей. Идея заключается в том, что каждый объект может быть представлен как физическая и виртуальная системы, которые взаимно отражают друг друга. Физический объект имеет датчики, собирающие данные о его состоянии в реальном времени, которые отправляются цифровому двойнику. Эти данные помогают улучшить модель и сформировать алгоритмы его работы. С накоплением информации о поведении физического объекта прогнозирование его поведения становится точнее.
«На входе в модель мы задаем сопротивление, изменяющееся в динамическом режиме, а на выходе получаем целый спектр оптимальных настроек системы: электрическую и оптическую мощность, выходное напряжение и ток нагрузки для максимизации КПД преобразователя. В дальнейшем мы собираемся дополнительно контролировать температуру и деградацию основных компонентов системы, и с учетом этого оптимизировать работу всей конструкции», – поделился научный сотрудник кафедры общей физики ПНИПУ Алексей Гаркушин.
«С помощью цифрового двойника мы можем рассчитать рабочие характеристики и срок эксплуатации каждого критически важного элемента системы, оценить его текущий уровень износа и принять своевременное решение о замене. Например, если система используется в помещении, где уровень влажности и температура отличаются от нормальных, то можно будет в динамическом режиме оценить влияние этих факторов на работу системы охлаждения – насколько оно будет эффективно отводить тепло. А затем перенастроить ее для достижения максимально эффективной работы», – объясняет магистрант направления «Материалы и технологии волоконной оптики» ПНИПУ Елизавета Нифонтова.
Использование цифрового двойника технологии передачи энергии по оптоволокну позволяет прогнозировать события, происходящие с оригиналом при различных сценариях. Мониторинг оборудования на производстве обеспечит более точные корректировки в его работе, а качество связи и доступа в Интернет для обычного пользователя станет стабильнее и быстрее. Кроме этого, эксплуатация модели сокращает срок разработки новых технических решений в два и более раз, экономит материальные и человеческие ресурсы (особенно в случае, когда речь идет о сложном и дорогостоящем оборудовании) и ускоряет вывод систем на рынок.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно