镀铝光纤传感器可监测工业设施的状况以进行高效维修

Skoltech和哈尔滨工业大学的研究人员设计了一种带有铝涂层的光学传感器系统，可以承受蒸馏塔内的恶劣条件——一种将原油分离成汽油、柴油等的工业设施——并监测其结构健康，避免无效的全面维修，并在出现问题的时间和地点及时进行有针对性的干预。这项研究发表在《光学快报》上，是金砖国家科学家之间成功合作的一个例子。

“信息社会正在接近这样一个地步，即每个家用电器和工业设施都将全天候发送有关其正在做什么以及它的‘感觉’如何的报告。”你可能不一定总是需要这些信息，但它会在那里，其中一种有前途的使用方式是结构健康监测，即跟踪桥梁、管道、飞机等组成部分的内部状态该研究的合著者兼该研究所光子学中心的Skoltech副教授ArkadyShipulin评论说：

这种高效的维护方法依赖于嵌入结构和车辆中的复杂传感器系统。光学传感器尤其是Skoltech-Harbin研究的重点，该研究试图解决石油行业面临的挑战。

一般来说，光学传感器是周边控制、监控长距离基础设施(例如电力线或海底天然气管道)以及炼油和储存设施的首选技术，电子设备不适用，因为燃烧和爆炸的危险。其中包括蒸馏塔(用于将石油分离成有用成分(称为馏分)的大型塔)和储油罐，例如因故障导致2020年俄罗斯诺里尔斯克附近柴油泄漏的储罐。

“一家公司找到我们，希望我们开发一种传感器系统来报告蒸馏塔中发生的事情。你看，它就像一个大黑匣子，一直正常工作，直到它不工作。然后你有从字面上切开金属并部署一个里面有拖把的人，他环顾四周，清理整个东西，希望一切都能恢复正常——这不是什么高科技解决方案，真的，”Shipulin说。

没有人将传感器放入蒸馏塔内，因为那里的环境非常恶劣。Shipulin的团队与他的中国同事一起开发了一个光学传感器系统的概念，该系统不仅能够收集必要的数据，而且实际上可以承受塔的高温和腐蚀性化学物质。问题的症结在于，光纤必须与环境隔离以进行保护，并充分暴露在环境中以进行传感。

“这有点矛盾，你看，”Shipulin说。“你在玻璃纤维上涂上什么材料来保护它，而不用完全隔离外面的声波?金属涂层已经使用了很长时间，但主要用于光纤作为与环境隔绝的传输通道的地方以防止劣化。一旦它必须用作传感器，阻抗匹配是关键。”

材料的阻抗表征声波(在这种情况下)如何在其中传播。研究人员考虑了玻璃和金属涂层阻抗之间的不匹配如何影响传入声波反射回环境的程度，从而无法被传感器检测到。然后，该团队寻找一种材料，其阻抗与玻璃的阻抗尽可能接近，而不会增加屋顶涂层的成本：铝。

既然如何保护但不将光纤与环境隔离的问题已经初步解决，研究人员可以在实验室中测试整个传感系统之前继续进行一些类似的特定任务。这项工作计划以双边接触的形式进行，就像在这项俄中研究中一样，并在更广泛的金砖国家合作框架内进行。

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