Прототип устройства измеряет ускорение, действующее на объекты, используя поверхностные акустические волны. По совокупности параметров надежности, точности и дешевизны конструкция датчика не имеет аналогов в России.
Прототипы датчиков
Акселерометр – это датчик, при помощи которого можно измерять ускорения любого объекта. Поэтому данный тип устройств находит огромное количество применений в современной технике. Например, с помощью акселерометра смартфоны и планшеты “понимают”, как синхронизировать экран с пользователем при поворотах, беспилотный транспорт ориентируется на дорогах, а самолеты и ракеты – в воздухе.
Однако технический прогресс сопровождается уменьшением размеров техники, а также повышением предельных значений ее работы. Из-за этого перед разработчиками возникает задача разработки принципиально новых классов акселерометров, которые были бы компактными и могли точно и надежно фиксировать перемещение объектов даже при высоких ускорениях и перегрузках.
«Используемые сегодня микроакселерометры довольно дешевы и точны. Однако они имеют два серьезных недостатка: физический предел, после которого не могут фиксировать высокие ускорения, а также низкую прочность, вследствие которой они могут выйти из строя при серьезных перегрузках. Мы разработали прототип датчика нового типа, который благодаря особенностям конструкции может измерять высокие ускорения. Это делает его потенциально перспективным во многих важных отраслях, например, в работе систем безопасности для пассажиров автомобиля при авариях на большой скорости», – рассказывает аспирант и ассистент кафедры лазерных измерительных и навигационных систем СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Денис Михайленко.
В основе механизма работы датчика лежит так называемый встречно-штыревой преобразователь (ВШП) — это устройство, расположенное на пьезоэлектрическом материале, способно преобразовывать электромагнитные волны в поверхностные акустические, благодаря которым с высокой точностью можно фиксировать действующее ускорение на объект. При этом ВШП обладает гораздо более надежной конструкцией по сравнению с другими типами акселерометров, использующих подвижные пружинные механизмы. Именно за счет этого он способен выдерживать сильнейшие перегрузки.
Разработке устройства предшествовала работа по математическому и компьютерному моделированию процессов, возникающих в устройстве, с учетом параметров материала и условий, в которых будет работать микроакселерометр. На основе полученных результатов ученые ЛЭТИ создали несколько прототипов микроакселерометров, они были выполнены на подложке из ниабата лития толщиной 350 микрометров и диаметром не более 6 тыс. микрометров (6 мм).
Аспирант и ассистент кафедры лазерных измерительных и навигационных систем СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Денис Михайленко
«Испытания прототипа показали, что он может работать при ускорениях, которые в 65 тыс. раз превосходят ускорение свободного падения. Это значит его можно использовать в любой технике, работающей при очень сильных перегрузках. Однако пока мы не добились высокой точности измерений при использовании нашего устройства при сверхнизких ускорениях и в будущем будем работать в этом направлении», – пояснил Денис Михайленко.
Исследование опубликовано в научном журнале Sensors (https://www.mdpi.com/1424-8220/22/3/1172). Проект ученых ЛЭТИ был поддержан грантом РНФ (№20-19-00460 (https://www.rscf.ru/project/20-19-00460/)).
Источник информации и фото: Центр научных коммуникаций СПбГЭТУ "ЛЭТИ"
