Вибрации поездов дадут энергию для систем мониторинга туннелей

В наши дни на рынке электроники представлено великое множество устройств, предназначенных для выявления нежелательных для конкретного объекта признаков. Примером могут стать такие устройства, как дозиметр, нитратомер, шагомер, тонометр, которые позволяют следить за благополучием людей в индивидуальном порядке. Однако достижения современного мира требуют от его жителей проявления бдительности не только личной, но и общественной, например, в местах большого скопления людей, одним из которых является транспортный туннель.

Транспортные туннели часто строятся в труднодоступных и отдаленных областях, что затрудняет к ним доступ. Теоретически, за структурной целостностью туннелей, обеспечивающей безопасность для проезжающего через них транспорта, можно следить при минимальном участии человека.

При использовании обычной системы мониторинга структурной целостности, в туннеле размещается ряд сенсоров, которые позволяют осуществлять непрерывное наблюдение и обнаруживать признаки любых возникающих там проблем, например, вызванных коррозией повреждений. Для питания таких сенсоров используются батареи, замена которых требует весьма больших финансовых и временных затрат.

Чтобы преодолеть этот недостаток, исследователи занялись разработкой блока питания, который для снабжения энергией беспроводных сенсоров системы мониторинга использует вибрации, производимые проезжающими по туннелям поездами. Такое устройство позволит сократить затраты на техническое обслуживание и повысить эффективность сенсорной сети.

Мартин Вишке и его коллеги из Университета Фрайбурга (Германия) опубликовали свое исследование в новом номере издания Smart Materials and Structures. Их работа является частью проекта AISIS, финансируемого Министерством образования и научных исследований.

По словам исследователей, сейчас в железнодорожных туннелях очень мало устройств, позволяющих следить за структурной целостностью. Разработанную ими новую систему можно легко устанавливать в любой туннель, вне зависимости от того, когда он был построен. Инсталляция сенсорных узлов довольно проста, гибка и выгодна с точки зрения финансовых и временных затрат. Пьезоэлектронное устройство способно собирать энергию в широком диапазоне частот. Полученная энергия накапливается в конденсаторе, а затем при необходимости поступает в систему сенсоров. Для обеспечения безопасности исследователи создали контрольную схему ультрамалой мощности. Она следит за напряжением конденсатора и отсоединяет сенсорную сеть, если энергии недостаточно. Простая конструкция контрольной схемы позволяет ей работать при силе тока всего в 7 нА.