INNOWACYJNA GOSPODARKA UEEFRR L-kolor

 

1. Oś priorytetowa:

Badania i rozwój nowoczesnych technologii

Działanie 1.3:

Wsparcie projektów B+R na rzecz przedsiębiorców realizowanych przez jednostki naukowe

Poddziałanie1.3.2.

Wsparcie ochrony prawnej własności przemysłowej tworzonej w jednostkach naukowych w wyniku prac B+R

Projekt nr POIG.01.03.02-00-033/08

Urządzenie do pomiaru przesunięcia dużych obiektów inżynieryjnych z zastosowaniem optyki dyfrakcyjnej

 

 

Cel projektu

Celem proponowanego projektu jest opracowanie dokumentacji technicznej, przeprowadzenie operacji opatentowania i wypromowania urządzenia realizującego dwa rodzaje pomiarów. Pierwszy dotyczy generacji geodezyjnego kierunku bazowego linii prostej odniesienia, na odcinku do 300m z błędem nie większym niż 2mm w maksymalnym zakresie. Drugi jest związany z pomiarem przesunięć różnego rodzaju kluczowych elementów konstrukcji czy obiektów budowlanych w czasie rzeczywistym. Zakres pomiaru obejmuje przesunięcia od kilkunastu mikrometrów do kilku centymetrów, zależnie od układu optycznego detekcji obrazu. W obu przypadkach pomiarowych istotną rolę spełnia unikalny, opracowany w Instytucie Optyki Stosowanej układ dwóch elementów dyfrakcyjnych w postaci eliptycznych bądź hiperbolicznych płytek strefowych pracujących zarówno w świetle przechodzącym jak i odbitym. Obracając jedną płytkę względem drugiej uzyskuje się zmienną w sposób ciągły długość ogniskową układu co w konsekwencji daje możliwość pracy tego samego urządzenia w różnych zakresach pomiarowych. Urządzenie pomiarowe znajdzie szerokie praktyczne zastosowanie w budownictwie oraz wszędzie tam, gdzie wymagany jest pomiar liniowości czy przemieszczeń (analiza naprężeń). W szczególności, jako urządzenie kontrolne może być wykorzystane do np. pomiaru strzałki ugięcia w konstrukcjach dachowych, analizy odchyleń i naprężeń poszczególnych sekcji w tamach wodnych, kontroli liniowości naciągania przęseł mostów podczas budowy, kontroli ugięcia przęseł mostów w trakcie ich eksploatacji, czy detekcji odchyleń wysokich obiektów budowlanych.

Opis projektu

Optyka dyfrakcyjna nabiera coraz to większego znaczenia w urządzeniach wykorzystywanych w pomiarach inżynieryjnych [1-3]. Korzyści płynące ze stosowania elementów dyfrakcyjnych, w stosunku do klasycznej optyki, wynikają z możliwości względnie łatwego zaprojektowania mikrostruktury realizującej pożądane przekształcenie frontu falowego. Wiodącymi przykładami zastosowania optyki dyfrakcyjnej są liniowy akcelerator cząstek elementarnych w Stanford [4] i zapora trzech przełomów na rzece Jangcy-Ciang w Chinach [5]. W naszym przypadku proponujemy objęcie ochroną patentową i wypromowanie urządzenia pomiarowego do wyznaczania geodezyjnego kierunku bazowego (generacja linii prostej) jak również umożliwiającego przeprowadzanie pomiarów przesunięcia dużych obiektów inżynieryjnych w czasie rzeczywistym. Układ pomiarowy jest zbudowany w oparciu o zasadę trzech punktów. Dwa z nich stanowią układ kolimatora sprzęgnięty z laserowym źródłem fali świetlnej oraz kamera CCD jako punkt odbiorczy sygnału. Trzecim punktem jest zespół dwóch elementów dyfrakcyjnych skupiających padającą falę płaską w obraz w formie krzyża na płaszczyźnie detektora, którego środek jest wyznaczany metodami cyfrowej analizy obrazu. Drobne, nawet mikrometrowe przesunięcie poprzeczne zespołu dyfrakcyjnego względem skolimowanej wiązki świetlnej powoduje przemieszczenie krzyża ogniskowego w płaszczyźnie detekcji umożliwiając w ten sposób wykonanie pomiaru wielkości przesunięcia. W przypadku generacji linii odniesienia proponujemy zastosowanie tego samego zespołu dwóch elementów dyfrakcyjnych umożliwiających w sposób ciągły zmianę płaszczyzny ogniskowej od kilku do 300 metrów. Unikalność proponowanego rozwiązania polega na jego wszechstronności. Przy pomocy tego samego zespołu płytek dyfrakcyjnych można mierzyć przesunięcia poprzeczne różnych konstrukcji inżynieryjnych jak również wyznaczać linie odniesienia w szerokim zakresie długości. W proponowanym do sfinansowania projekcie chcemy skupić się nad przygotowaniem dokumentacji technicznej i przeprowadzeniem operacji opatentowania urządzenia w kraju oraz unii europejskiej. Działania nasze chcemy również rozszerzyć w kierunku promocji oraz przeprowadzenia niezbędnych testów czy pokazów na różnych obiektach inżynieryjnych typu zapory wodne, konstrukcje dachowe, kominy, mosty itp. Wskazane byłoby również szukanie zagranicznego partnera promującego nasze urządzenie w unii europejskiej ze szczególnym uwzględnieniem Hiszpanii, kraju o dużej liczbie zapór wodnych.

Literatura

  1. W.B. Hermannsfeldt, M.J. Lee, J.J. Spranza, and K.R. Trigger, Precision 1. alignment using a system of large rectangular Fresnel lenses, Appl. Opt. 7, 995-1005 (1968).
  2. A. Seryi SLAC tunnel motion and analysis in Proceedings of the 22nd Advanced ICFA Beam Dynamics Workshop on Ground Motion in Future Accelerators, A. Seryi, ed., Stanford, 2000), 281-293.
  3. L.V.Griffith,R.F.Schenz,G.E.Sommargren, Magnetic alignment and the Poisson alignment reference system, Rev.Sci.Instrum.,61 (8), August 1990,2138-2154.R.E.
  4. S. Wang, D. Zhao, X. Jiang, and F. Huang, Laser safety monitoring considerations for the largest dam by means of the generalized three-point method, Opt. Las. Technol. 33, 153-156 (2001).
  5. P.W. Harrison, A laser-based technique for alignment and deflection measurement, Civ.Eng. Public Works Rev. 68, 224-227 (1973).

Uzasadnienie projektu

Metoda trzech punktów z wykorzystaniem elementów dyfrakcyjnych jest uznawana za najdokładniejszą i najbardziej czułą metodę wykonywania pomiarów przesunięć obiektów inżynieryjnych i nuklearnych. Technika dyfrakcyjnej propagacji fali świetlnej stosowana do wyznaczenia kierunku bazowego linii prostej odniesienia jest wykorzystywana do kontroli liniowości akceleratorów cząstek elementarnych. W obecnie istniejących układach optycznych wykorzystujących metodę trzech punktów stosuje się jedynie dyfrakcyjne elementy optyczne o stałej ogniskowej. Urządzenia takie są używane przykładowo przy budowie zapory Trzech Przełomów na rzece Jangcy-Ciang w Chinach i do kontrolowania prostoliniowości liniowego akceleratora cząstek elementarnych w Stanford, USA. W chwili obecnej brak urządzeń wykorzystujących zmiennoogniskowe płytki strefowe w wersji prążków moire, co jest głównym ulepszeniem proponowanym przez nas. Znaczenie i spodziewane efekty projektu są bardzo istotne. Najważniejsze z nich można wymienić w następujących punktach:

  1. Wdrożenie proponowanego projektu może przyczynić się do wzrostu bezpieczeństwa publicznego.
  2. Pomyślna realizacja projektu umożliwi powstanie przedsiębiorstwa innowacyjnego zajmującego się produkcją urządzeń mierzących małe przesunięcia budynków, zapór, mostów i innych wielkich konstrukcji inżynieryjnych.
  3. Efektem trudno wymiernym, ale ważnym powinno być zwiększenie bezpieczeństwa konstrukcji i eksploatacji ww. wielkich konstrukcji inżynieryjnych.
  4. Potencjalnymi odbiorcami mogą być firmy geodezyjne na etapie pomiaru i projektowania ww. wielkich konstrukcji inżynieryjnych, budowlane na etapie ich powstawania oraz nadzoru i monitoringu na etapie ich eksploatacji.
  5. Wdrożenie proponowanego projektu, dzięki zwiększeniu bezpieczeństwa budowy i eksploatacji ww. wielkich konstrukcji inżynieryjnych będzie miało oczywisty dodatni wpływ tak na stan środowiska naturalnego, jak i na stan bezpieczeństwa publicznego.
  6. Planowane przedsięwzięcia promocyjne będą obejmować upowszechnienie wyników badań w formie patentów, publikacji w czasopismach specjalistycznych i wystąpień na konferencjach naukowych.

Osoba do kontaktu:

dr Narcyz Błocki e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie obsługi JavaScript. tel: 22 813 32 85

We use cookies to improve our website and your experience when using it. Cookies used for the essential operation of the site have already been set. To find out more about the cookies we use and how to delete them, see our privacy policy.

I accept cookies from this site.

EU Cookie Directive Module Information