Защищенные алюминием сенсоры предскажут аварию в нефтехранилище и дистилляционной башне
Исследователи из Сколтеха и Харбинского института технологий разработали систему оптических сенсоров с алюминиевым покрытием для мониторинга состояния промышленных конструкций. В частности, сенсоры способны выдержать агрессивную среду дистилляционной башни — сооружения, в котором нефть разделяется на фракции: бензин, керосин и так далее. Непрерывно собирая информацию о состоянии объекта, система поможет предотвратить аварию и вовремя выполнить точечную починку вместо масштабных работ по ремонту и очистке всей башни.
Российско-китайское исследование проведено по линии научного сотрудничества БРИКС и опубликовано в журнале Optics Letters. «Мы подходим к той стадии развития информационного общества, когда любой утюг или, скажем, газопровод будет непрерывно сообщать окружающему миру, как он себя чувствует и что делает. Кому-то эта информация будет нужна, кому-то нет, но она будет, и один из перспективных вариантов ее использования — мониторинг целостности конструкций. Мы будем отслеживать в реальном времени износ крыла самолета, пролета моста и так далее, предсказывать поломки и чинить конструкцию точечно и заранее, а значит, экономить время и ресурсы — это принципиально другой подход к ремонту», — рассказывает один из авторов исследования, доцент Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Аркадий Шипулин.
Для реализации такого высокотехнологичного подхода к обслуживанию сооружений и транспорта во все эти конструкции нужно внедрять массу датчиков. В том числе могут использоваться оптические сенсоры, разработкой и связыванием которых в систему занимались авторы статьи в Optics Letters, чтобы решить одну из проблем нефтеперерабатывающей промышленности.
Именно оптические сенсоры лучше всего подходят для систем охраны периметра и для мониторинга протяжённых инфраструктурных объектов, таких как ЛЭП и газопроводы, а также сооружений для хранения и переработки нефти — электроника там неприменима из-за опасности возгорания и взрыва. Оснащённое сенсорной системой, нефтехранилище само заранее «почувствует» начавшееся разрушение и поднимет тревогу, чтобы предотвратить аварию вроде масштабного разлива дизельного топлива в Норильске в 2020 году. Обслуживание станет эффективнее, потому что будет известно, что конкретно сломалось (или вот-вот сломается) на объекте.
«К нам обратилась одна компания, чтобы мы разработали сенсорную систему для мониторинга состояния ректификационной колонны — это такая башня, в которой нефть разделяется на ценные фракции. Грубо говоря, сверху заливают нефть, внизу вытекает бензин, керосин, дизель… И так оно работает. Пока не перестанет. Но никто не знает, что и где там внутри на данный момент стало засоряться или деформироваться — большой черный ящик. И когда происходит поломка, вся работа останавливается, в башне в буквальном смысле выпиливают окошко, запускают туда мужика со шваброй, и он все моет, чистит, смотрит на глаз и выходит — без инноваций», — объясняет Шипулин.
Сенсоры в ректификационную колонну никто прежде не ставил, потому что условия внутри весьма суровые. Группе Шипулина и китайским коллегам удалось разработать концепт оптической сенсорной системы, которая не только способна собирать необходимую информацию, но и будет устойчива к высоким температурам и агрессивной химии. Исследователям нужно было разрешить дилемму: сенсор должен быть в достаточной степени огражден от внешнего воздействия среды, чтобы не разрушиться, и при этом достаточно открыт, чтобы улавливать изменения в этой среде.
«Выходит противоречие: каким материалом покрыть стекловолокно, чтобы его защитить, но не отгородить напрочь от влияния снаружи? — продолжает Шипулин. — Металлические покрытия используются давно, но в первую очередь для того, чтобы как раз исключить внешние воздействия на волновод, который в этом случае, играет роль изолированного канала передачи данных. Как только речь заходит именно о сенсоре, нужен материал с похожим импедансом».
Импеданс некоторого материала — это величина, которая характеризует, как в нем распространяются в данном случае акустические волны. Исследователи рассмотрели, как различия между импедансами стекловолокна и металлического покрытия влияют на то, в какой мере падающие акустические волны отражаются сенсором обратно во внешнюю среду и, соответственно, ускользают от него. В итоге коллективу удалось подобрать материал, с которым можно максимально приблизиться к импедансу стекла с разумной стоимостью покрытия, и этим материалом оказался алюминий.
Таким образом, одна из проблем — защита, но не изоляция оптоволокна от окружающей среды — была в первом приближении решена. Тем не менее, для создания полноценной системы мониторинга с предиктивными возможностями необходимо не только ещё решить ряд подобных частных задач, но и протестировать в лабораторных условиях работу всей системы целиком. Эта работа планируется как в рамках подобных двусторонних контактов (Россия — Китай), так и в рамках приобретающего все более важную роль сотрудничества в рамках стран БРИКС.
Telegram 
Дзен 
VK Если достаточно развитая цивилизация может отправлять к звездам не колонистов, а крошечные автономные зонды с ИИ, роботами и архивами знаний, то молчание Вселенной становится еще более странным. Возможно, развитые цивилизации не строят космические империи и не окружают звезды мегаструктурами, а расселяются по Галактике тихо — с помощью малозаметных автоматических систем.
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.
Современные люди проводят днем неподвижно столько же времени, сколько и охотники-собиратели. Но делают это сидя, а не на корточках, как их предки. Физиология человека не адаптирована к сидению, а физические возможности цивилизованных людей — к длительному пребыванию на корточках. Теперь исследователи рассчитали часть цены, которую мы платим за проблему длительного сидения.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
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