The object of research, development or design (in Russian) : Объектом исследования являются оптоволоконные датчики на основе Брэгговских решёток (FBG), а также железобетонные строительные конструкции, в которых эти датчики используются для измерения деформаций. В рамках проекта исследуются свойства, параметры и чувствительность FBG-датчиков, особенности их работы в условиях реальных строительных нагрузок, а также оптимальные схемы их установки и интеграции в элементы железобетонных конструкций (балки, плиты, арматурные каркасы) для повышения эффективности систем структурного мониторинга.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу Брэгг торларына (FBG) негізделген талшықты-оптикалық сенсорларға және деформацияларды өлшеу үшін осы сенсорлар қолданылатын темірбетон конструкцияларына бағытталған. Жобада FBG сенсорларының қасиеттері, параметрлері және сезімталдығы, олардың нақты құрылыс жүктемелері кезіндегі жұмысы, сондай-ақ құрылымдық бақылау жүйелерінің тиімділігін арттыру үшін темірбетон элементтерін (арқалықтар, плиталар және арматуралық торлар) орнатудың және интеграциялаудың оңтайлы схемалары зерттеледі.

Aim of work (in Russian) : Цель данного проекта — оптимизировать чувствительность оптоволоконных датчиков для мониторинга деформаций строительных конструкций, позволяющих повысить точность и надежность регистрации изменений в структуре объектов и важных для обеспечения безопасности и долговечности.

Aim of work (in Kazakh) : Бұл жобаның мақсаты - ғимарат құрылымдарының деформацияларын бақылау үшін талшықты-оптикалық сенсорлардың сезімталдығын оңтайландыру, осылайша қауіпсіздік пен беріктікті қамтамасыз ету үшін маңызды нысандар құрылымындағы өзгерістерді тіркеудің дәлдігі мен сенімділігін арттыру.

Методы исследования (на русском) : В проекте применялся комплекс взаимодополняющих методов, включающий теоретический анализ, математическое моделирование, лабораторные экспериментальные исследования и методы сравнительно-аналитической оценки чувствительности датчиков. Теоретический этап включал изучение физико-оптических принципов работы оптоволоконных датчиков, факторов влияния на спектральный отклик и анализ существующих подходов к мониторингу деформаций строительных конструкций. Для количественного описания поведения FBG-датчиков использовались методы математического моделирования, включающие расчёт спектрального сдвига, фотоупругого эффекта и температурной зависимости, а также компьютерное моделирование напряжённо-деформированного состояния бетонных элементов в среде ANSYS. Экспериментальные методы включали изготовление образцов железобетонных конструкций, интеграцию FBG-сенсоров в арматурные каркасы, проведение статических и циклических испытаний, регистрацию деформаций и сравнение показаний оптоволоконных и электрических тензодатчиков. Дополнительно применялись методы обработки и фильтрации экспериментальных данных, расчёт метрик чувствительности и погрешности, а также сравнительный анализ различных схем установки датчиков (линейная, диагональная, комбинированная).

Методы исследования (на казахском) : Жобада теориялық талдау, математикалық модельдеу, зертханалық эксперименттік зерттеулер және сенсор сезімталдығын салыстырмалы аналитикалық бағалау сияқты қосымша әдістердің үйлесімі қолданылды. Теориялық кезең талшықты-оптикалық сенсорлардың физикалық және оптикалық принциптерін, олардың спектрлік реакциясына әсер ететін факторларды және құрылымдық деформацияларды бақылаудың қолданыстағы тәсілдерін талдауды қамтыды. FBG сенсорларының мінез-құлқын сандық түрде сипаттау үшін спектрлік ығысуды, фотосерпімді әсерді және температураға тәуелділікті есептеуді, сондай-ақ ANSYS жүйесіндегі бетон элементтерінің кернеу-деформация күйін компьютерлік модельдеуді қоса алғанда, математикалық модельдеу әдістері қолданылды. Эксперименттік әдістерге темірбетон үлгілерін жасау, FBG сенсорларын арматуралық торларға біріктіру, статикалық және циклдік сынақтар жүргізу, деформацияларды жазу және талшықты-оптикалық және электрлік деформация өлшегіштерінің көрсеткіштерін салыстыру кірді. Сонымен қатар, эксперименттік деректерді өңдеу және сүзу әдістері, сезімталдық пен қателік метрикасын есептеу және әртүрлі сенсорларды орнату схемаларын (сызықтық, диагональды, аралас) салыстырмалы талдау қолданылды.

Obtained results and novelty (in Russian) : В результате исследований 2025 года разработана математическая модель чувствительности FBG-датчиков и выполнено численное моделирование напряжённо-деформированного состояния железобетонных элементов, позволяющее определить оптимальные точки установки сенсоров. Экспериментальные испытания подтвердили влияние способа и схемы размещения датчиков на точность измерений и показали, что комбинированная схема снижает ошибку на 30–35% и уменьшает потребность в датчиках без потери информативности. Получены данные о ранней регистрации микротрещин и подтверждена высокая согласованность экспериментальных измерений с моделированием. Научная новизна заключается в предложении комплексного подхода к оптимизации FBG-датчиков и разработке улучшенной схемы их интеграции в строительные конструкции для повышения точности мониторинга деформаций.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : 2025 жылы жүргізілген зерттеулер нәтижесінде ТБГ сенсорларының сезімталдығының математикалық моделі және темірбетон элементтерінің кернеу-деформация күйінің сандық модельдеуі жасалды, бұл сенсорды орнатудың оңтайлы орындарын анықтауға мүмкіндік берді. Тәжірибелік сынақтар сенсорды орналастыру әдісі мен орналасуының өлшеу дәлдігіне әсерін растады және біріктірілген тәсіл қателікті 30-35%-ға азайтатынын және ақпарат мазмұнына нұқсан келтірмей сенсорларға деген қажеттілікті азайтатынын көрсетті. Микрожарықшақтарды ерте анықтау туралы деректер алынды және тәжірибелік өлшеулер мен модельдеу арасындағы жоғары сәйкестік расталды. Ғылыми жаңалық ТБГ сенсорларын оңтайландыруға кешенді тәсілді ұсынуда және деформацияны бақылаудың дәлдігін арттыру үшін оларды ғимарат құрылымдарына біріктірудің жетілдірілген схемасын әзірлеуде жатыр.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : - Разработана оптимизированная схема размещения оптоволоконных FBG-датчиков в железобетонных элементах, обеспечивающая повышение точности измерений деформаций и устойчивость к внешним воздействиям (температура, вибрации). - Определены конструктивные параметры образцов (балки 150×150×150 мм, плиты 1000×500×100 мм), обеспечивающие корректную интеграцию датчиков в арматурный каркас и надёжную передачу деформаций на оптическое волокно. - Подтверждено, что применение комбинированной схемы расположения сенсоров позволяет снизить измерительную ошибку на 30–35% и уменьшить число датчиков на 16–37%, что напрямую снижает стоимость мониторинговой системы. - Использование FBG-датчиков сократило потребность в электроизмерительной аппаратуре и обеспечивает многоточечный контроль по одному волокну, что уменьшает эксплуатационные затраты и увеличивает надёжность системы.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : - Темірбетон элементтерінде талшықты-оптикалық FBG сенсорын орналастырудың оңтайландырылған схемасы жасалды, бұл деформацияны өлшеу дәлдігін және сыртқы әсерлерге (температура, діріл) төзімділікті арттыруды қамтамасыз етеді. - Үлгілердің жобалау параметрлері (150x150x150 мм арқалықтар, 1000x500x100 мм плиталар) арматуралық торға сенсордың дұрыс интеграциялануын және оптикалық талшыққа деформацияның сенімді берілуін қамтамасыз ету үшін анықталды. - Біріктірілген сенсорды орналастыру схемасын қолдану өлшеу қателігін 30-35%-ға және сенсорлар санын 16-37%-ға азайтатыны, бұл бақылау жүйесінің құнын тікелей төмендететіні расталды. - FBG сенсорларын пайдалану электрлік өлшеу жабдықтарына қажеттілікті азайтты және бір талшық арқылы көп нүктелі бақылауды қамтамасыз етеді, пайдалану шығындарын азайтады және жүйенің сенімділігін арттырады.

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : Енгізілмеген

Efficiency (in Russian) : Применение оптимизированных оптоволоконных FBG-датчиков обеспечивает существенное повышение эффективности систем мониторинга строительных конструкций. Предложенная схема размещения датчиков позволяет снизить погрешность измерений на 30–35%, уменьшить количество сенсоров на 16–37% и одновременно повысить устойчивость системы к температурным и вибрационным воздействиям, что снижает как капитальные, так и эксплуатационные затраты. Полученные результаты показывают высокую согласованность между моделированием и экспериментами, что повышает надёжность диагностики и позволяет фиксировать микротрещины на ранних стадиях. За счёт точного и своевременного выявления дефектов повышается безопасность эксплуатации сооружений и продлевается срок их службы, что делает технологию экономически целесообразной при мониторинге мостов, инженерных сооружений и объектов критической инфраструктуры.

Efficiency (in Kazakh) : Оңтайландырылған талшықты-оптикалық FBG сенсорларын пайдалану ғимарат құрылымын бақылау жүйелерінің тиімділігін айтарлықтай жақсартады. Ұсынылған сенсорды орналастыру схемасы өлшеу қателігін 30-35%-ға азайтады, сенсорлар санын 16-37%-ға азайтады және сонымен бірге жүйенің температура мен дірілге төзімділігін жақсартады, осылайша капиталдық және пайдалану шығындарын азайтады. Нәтижелер модельдеу мен эксперименттер арасындағы жоғары сәйкестікті көрсетеді, диагностикалық сенімділікті арттырады және микрожарықтарды ерте анықтауға мүмкіндік береді. Ақауларды дәл және уақтылы анықтау пайдалану қауіпсіздігін жақсартады және құрылымдардың қызмет ету мерзімін ұзартады, бұл технологияны көпірлерді, инженерлік құрылымдарды және маңызды инфрақұрылымды бақылау үшін тиімді етеді.

Field of application (in Russian) : Разработанные решения и полученные результаты могут применяться в системах структурного мониторинга (SHM) для контроля состояния железобетонных и стальных строительных конструкций, включая мосты, тоннели, эстакады, высотные здания, гидротехнические сооружения и промышленную инфраструктуру. Оптимизированные FBG-датчики могут использоваться для раннего обнаружения деформаций, трещин, вибрационных нагрузок и эксплуатационных повреждений, обеспечивая повышение безопасности сооружений. Технология применима при строительстве новых объектов и при модернизации существующих конструкций, а также в инженерно-диагностических работах, мониторинге протяжённых объектов (трубопроводов, линий электропередачи) и в системах мониторинга в сложных условиях — при высокой влажности, сильных помехах и вибрациях.

Field of application (in Kazakh) : Әзірленген шешімдер мен алынған нәтижелер көпірлерді, туннельдерді, жол өткелдерін, биік ғимараттарды, гидравликалық құрылыстарды және өнеркәсіптік инфрақұрылымды қоса алғанда, темірбетон және болат конструкцияларының жағдайын бақылауға арналған құрылымдық мониторинг (ҚБМ) жүйелерінде қолданылуы мүмкін. Оңтайландырылған ҚБМ сенсорларын деформацияларды, жарықшақтарды, діріл жүктемелерін және пайдалану зақымдарын ерте анықтау, құрылымдардың қауіпсіздігін арттыру үшін пайдалануға болады. Бұл технология жаңа құрылыстарда және қолданыстағы құрылымдарды жаңғыртуда, сондай-ақ инженерлік және диагностикалық жұмыстарда, кеңейтілген нысандарды (құбырлар, электр желілері) бақылауда және қиын жағдайларда - жоғары ылғалдылықта, күшті кедергілерде және дірілде жұмыс істейтін бақылау жүйелерінде қолданылады.