去年在Nord-Troms縣E6高速公路上受損的Badderen橋。圖片來(lái)源：挪威公共道路局的Frode Lyng Hansen。

船舶、橋梁和風(fēng)力渦輪機(jī)都可以使用直徑僅為幾毫米的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)安全。研究人員從他們的設(shè)備的振動(dòng)吉他弦中借用了該技術(shù)背后的原理。但是，雖然琴弦需要以給定的頻率振動(dòng)才能產(chǎn)生準(zhǔn)確的正確音調(diào)，但傳感器中的振蕩將根據(jù)其所連接結(jié)構(gòu)的行為而變化。這些變體可能會(huì)提供出現(xiàn)問(wèn)題的警告。

通過(guò)這種方式，傳感器可以在發(fā)生重大故障之前識(shí)別結(jié)構(gòu)過(guò)載、材料缺陷和維護(hù)需求。

Guido Sordo是SINTEF Digital的研究員，他正在使用全新的傳感器類型來(lái)幫助保護(hù)我們的大型建筑和建筑物。

Nord-Troms縣的Badderen橋是一個(gè)很好的例子，它本可以從使用這種傳感器中受益。去年夏天，當(dāng)這座橋倒塌時(shí)，交通需要通過(guò)600公里的改道來(lái)引導(dǎo)。顯然，此類故障可能會(huì)導(dǎo)致時(shí)間和經(jīng)濟(jì)的重大成本。

預(yù)測(cè)性維護(hù)

“單個(gè)結(jié)構(gòu)的失敗可能會(huì)變得非常昂貴，”Sordo說(shuō)�！斑@就是為什么監(jiān)控我們的建筑至關(guān)重要的原因。這可以通過(guò)將傳感器連接到橋梁、機(jī)械部件或船舶等結(jié)構(gòu)上來(lái)實(shí)現(xiàn)。然后，這些傳感器可以監(jiān)控各種結(jié)構(gòu)的行為，“他解釋道。

事情完全出錯(cuò)的情況非常罕見(jiàn)。你不會(huì)經(jīng)�？吹綐蛄汉惋L(fēng)力渦輪機(jī)嚴(yán)重受損以至于倒塌。

“我們開發(fā)的傳感器主要用于優(yōu)化維護(hù)程序并降低維護(hù)成本，”Sordo說(shuō)�！皢�(wèn)題在早期階段就被發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)需要做什么以及何時(shí)可以變得更加容易，”他說(shuō)。

這使操作員能夠執(zhí)行所謂的“預(yù)測(cè)性維護(hù)”，即在需要時(shí)準(zhǔn)確執(zhí)行維護(hù)。

一項(xiàng)廉價(jià)的技術(shù)

有各種不同的傳感器可以連接到建筑物和其他結(jié)構(gòu)上以進(jìn)行監(jiān)控。

“市場(chǎng)上有許多便宜的傳感器，但隨著時(shí)間的推移，以犧牲準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性為代價(jià)，很容易以便宜的價(jià)格購(gòu)買，”Sordo說(shuō)�！坝行┍憩F(xiàn)出良好的性能水平，但這些可能非常復(fù)雜且制造成本高昂。我們的目標(biāo)是開發(fā)一種與現(xiàn)有較好傳感器相媲美的傳感器，但成本要低得多，“他說(shuō)。

“我們的要求是機(jī)械應(yīng)力監(jiān)測(cè)，”Sordo說(shuō)。“傳感器的振蕩會(huì)隨著結(jié)構(gòu)的微小運(yùn)動(dòng)而變化，準(zhǔn)確地表明可能發(fā)生的情況，”他說(shuō)。

真空保證精度

傳感器本身很小，包含一根只有一毫米長(zhǎng)的燈絲。該技術(shù)被稱為MEMS，代表“微機(jī)電系統(tǒng)”。

“在我們的案例中，系統(tǒng)是如此'微型'，以至于整個(gè)傳感器尺寸只有三乘三毫米，厚度只有四分之一毫米。

“到目前為止，市場(chǎng)上已經(jīng)有更大的傳感器包含類似的振蕩燈絲，”Sordo說(shuō)。“我們利用SINTEF以前開發(fā)的技術(shù)來(lái)縮小傳感器尺寸并提高其性能。當(dāng)包裝在真空中時(shí)，它會(huì)變得穩(wěn)定、準(zhǔn)確，并且需要很少的能量，“他解釋道。

從研究到產(chǎn)品

傳感器工作的證據(jù)是在去年組裝的，就在Sordo啟動(dòng)該項(xiàng)目一年后，但在投放市場(chǎng)之前仍有大量的測(cè)試和開發(fā)工作要做。

研究人員現(xiàn)在正計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)室外更惡劣的條件下測(cè)試傳感器，有可能是在海洋環(huán)境中。

索爾多目前正在獲得資金并組建一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)。去年6月，他在挪威的“傳感器十年”會(huì)議上介紹了他的工作，在那里他對(duì)傳感器及其可以執(zhí)行的測(cè)量產(chǎn)生了濃厚的興趣。

“會(huì)議有助于在研究和商業(yè)部門之間架起橋梁，”索爾多說(shuō)�！拔覀兡壳罢�在單獨(dú)開展這個(gè)項(xiàng)目，但將來(lái)我們將尋求邀請(qǐng)合作伙伴參與這項(xiàng)研究，”他說(shuō)。