Российские ученые разработали прототип навигационного датчика, предназначенного для работы в условиях высоких физических нагрузок. Он способен выдерживать высокие нагрузки, сохраняя компактный размер, точность работы и малый вес. Устройство подойдет для использования в космических аппаратах, а также в промышленном оборудовании и технике различного назначения.
Разработку представили специалисты Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета ЛЭТИ. Устройство призвано дополнить или заменить традиционные МЭМС-датчики микроэлектромеханических систем там, где их хрупкость становится критическим недостатком.
Гироскопы и акселерометры - это датчики, которые повсеместно используются для навигации в смартфонах, беспилотниках, самолетах, автомобилях, роботах и в другой технике. Сегодня для нужд электроники серийно выпускаются и активно применяются датчики МЭМС. Они дешевые, компактные, легкие по весу, потребляют мало энергии и точно измеряют навигационные параметры.
Однако их основной недостаток - в хрупкости. Из-за этого они становятся уязвимыми для сильных вибраций, ударов и других физических нагрузок, что ограничивает применение в космической технике, строительстве и промышленности.
В ЛЭТИ нашли решение, разработав новый класс датчиков. В конструкции устройства заложены отличные от МЭМС-датчиков принципы, что позволяет устройствам выдерживать гораздо большие нагрузки при сохранении компактных размеров, точности работы и малого веса.
Новый датчик использует поверхностные акустические волны — механические колебания на поверхности пьезоэлектрической пластины. Электрический ток подается на пластину, в результате чего ее поверхность становится чувствительной к внешним воздействиям, включая изменения температуры, давления, ускорения, угловой скорости и другие параметры.
Характеристики колебаний меняются, и когда происходит обратное преобразование акустических волн в электричество, параметры тока отличаются от первоначального сигнала. Именно эти изменения фиксирует устройство. Данные позволяют с высокой точностью определить ориентацию любого движущегося объекта, который снабжен датчиком.
Конструкция не содержит подвижных частей, а пьезоэлектрические материалы отличаются прочностью и относительно невысокой стоимостью. Ученые работают над оснащением датчика миниатюрной антенной, которая позволит обеспечить одновременно беспроводную передачу данных и энергоснабжение. В перспективе такие датчики могут стать новым типом компактных навигационных устройств для широкого круга технических систем, работающих в экстремальных условиях.
#космос #космический_полет #космический_корабль #навигационный_датчик #мэмс_датчики #гироскопические_датчики #акселерометрические_датчики #пьезоэлектрическе_материалы #ЛЭТИ #санкт_петербургский_государственный_электротехнический_университет