#датчики

Для безопасности, экономии ресурсов и улучшения производительности необходим постоянный мониторинг состояния зданий, мостов и рабочих механизмов конструкций. Для этого используют различные датчики, а в последнее время активно развивается направление, в котором оптоволокно применяют в качестве линии передачи данных и чувствительного элемента — части датчика, которая преобразует информацию извне в электрические сигналы. Ученые Пермского Политеха выяснили, как сделать более тонкое покрытие оптоволокна, чтобы минимизировать габариты изделий и при этом сохранить качественную защиту от внешних агрессивных условий.

В современном мире среди навигационных систем все популярнее становятся системы на основе инерциальных датчиков для автономного определения положения и ориентации объекта в пространстве. Их плюс в том, что они не зависят от внешних источников информации, а обеспечивают точное позиционирование, получая данные о положении объекта в трехосевой системе координат. Они активно используются в авиации, космонавтике, на кораблях и подводных лодках, а также БПЛА. Однако точность позиционирования устройств в пространстве во многом зависит от стабильности внутренних параметров. Скачки характеристик приводят к погрешностям, а значит, к некорректному определению местоположения объекта. Ученые ПНИПУ разработали алгоритмы для стабилизации параметров системы, которые потенциально позволят в несколько раз повысить точность навигационных систем. Управление транспортом под водой, в небе и космосе станет надежнее и безопаснее.

Специалисты Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали методику изготовления подложек для SERS-датчиков на основе наночастиц и поверхностных наноостровковых пленок серебра. Разработанные подложки могут использоваться как платформа для обнаружения химических, биологических и токсичных примесей в системах безопасности, экологического мониторинга, фармакологии, биологии и химии, например, для обнаружения пестицидов в пищевых продуктах.

Волоконно-оптические датчики активно используют в мире для определения деформаций на поверхности конструкций, например, при мониторинге зданий, ангаров и мостов. Благодаря научному сообществу скоро будет возможно и внутри изделий контролировать дефектообразование с помощью оптоволокна. Сейчас изучается возможность их внедрения в композиционные материалы. Однако здесь важно учитывать специфику изготовления деталей из композитов и характеристики самих приборов. Сегодня на производстве не оценивают технологические деформации изделий таким способом. Ученые ПНИПУ предлагают внедрять волоконно-оптические датчики внутрь полимерной композиционной конструкции и получать данные о нарушениях, сохраняя при этом все эксплуатационные свойства. Такой способ позволит предсказывать возможное разрушение детали в процессе ее создания.

Сегодня большая доля нефти добывается с помощью установок электроцентробежных насосов. Во всем мире для их стабильной работы и управления в реальном времени используют телеметрические системы, которые измеряют все параметры процессов добычи (давление, температуру, вибрации, работу оборудования). Это дорогостоящие комплексы и при повреждении хотя бы одного датчика измерения потребуются время на ремонт и большие финансовые затраты. Поэтому важно свести к минимуму использование измерительных приборов. Ученые Пермского Политеха разработали систему бездатчикового управления и наблюдения за параметрами работы насосов. До того в мире такая технология не применялась, она повышает надежность и энергоэффективность добычи нефтепродуктов.

Синхронные двигатели широко применяются в машиностроении, энергетике, строительстве и металлургии благодаря своей эффективности, мощности и надежности. Однако регуляторы, которые обычно управляют параметрами работы таких двигателей, например, скоростью, не всегда обеспечивают высокое качество контроля. В результате эффективность двигателя снижается, растет потребление электроэнергии и износ деталей. Ученые ПНИПУ предложили решение этой проблемы: нечеткий регулятор, основанный на знаниях эксперта-человека, позволит более точно и стабильно управлять работой двигателя.

Почти половина действующих нефтедобывающих скважин России и стран СНГ эксплуатируется штанговыми насосными установками. Широкое применение такого оборудования связано с высокой надежностью, простотой обслуживания и возможностью ремонта в промысловых условиях. Однако двигатель такого оборудования потребляет большое количество электричества, что приводит к высоким финансовым затратам, а, значит, к повышению себестоимости нефти. Для решения проблемы исследователи Пермского Политеха разработали комплекс бездатчикового управления процессом добычи нефти на основе цифровой модели насосной установки.

Оптоволокно продолжает набирать популярность из-за способности мгновенно передавать данные на большие расстояния без потерь и с высокой скоростью. Малые габариты, низкое энергопотребление, устойчивость к перепаду температур и агрессивным средам позволяют использовать стеклянные волокна для оптических датчиков, лазеров, гироскопов, сбора информации в нефтяных скважинах и даже в космосе. В связи с этим требования к материалу по прочности, радиационной стойкости, температуре эксплуатации и иным свойствам постоянно возрастают. Для повышения надежности оптического волокна все чаще используют полимерное покрытие. Ученые Пермского Политеха рассмотрели процесс нанесения укрепляющего состава на волокно и разработали модель, которая позволит рассчитать необходимую толщину покрытия.

Сегодня технология квантового распределения ключей (КРК) на расстояниях свыше одной тысячи километров реализуется исключительно с помощью систем оптической связи через искусственные спутники. Для приема и передачи оптического излучения с Земли на спутник применяются широкоапертурные оптические системы. С целью повышения эффективности передачи и приема информационных сигналов в атмосферных трассах применяют адаптивную оптику, ключевым элементом которой является датчик волнового фронта. В МТУСИ разработали уникальный экспериментальный стенд с конфигурируемым датчиком волнового фронта, на котором отрабатываются математические алгоритмы анализа изображения в видимой и инфракрасной области спектра для построения поверхности волнового фронта с высоким пространственным разрешением и быстрым действием.

Автоматические системы управления находят свое применение в самых разных областях — от высокотехнологичного производства до бытовой техники. Например, система «умный дом» может самостоятельно разогреть ужин до приезда человека или наполнить ванну, а многие автомобили умеют анализировать ситуацию вокруг и парковаться без участия водителя. Использование таких систем также позволяет повысить характеристики управляющего объекта с точки зрения быстродействия и эффективности. Постоянное развитие и модернизация техники приводит к усложнению автоматических систем управления, которым необходимо получать больше информации о состоянии устройств. Ученые Пермского Политеха создали устройство, которое поможет быстрее проводить измерения в автоматических системах управления, а еще повысит их надежность.

Инженеры, работающие в сфере робототехники и измерительной техники, постоянно совершенствуют сенсорные покрытия, чтобы повысить их чувствительность. Они позволяют отслеживать температуру, внешние воздействия и удары, а также определять форму и размер, контактирующих с ними тел. Ученые Пермского Политеха разработали электромеханическую модель тактильного полимерного покрытия со встроенным оптоволоконным датчиком. На его поверхности расположен слой специальных ворсинок – «вибрисс», которые позволяют «ощущать» окружающие предметы. Разработку можно использовать при создании отечественных человекоподобных роботов, бионических протезов и искусственных органов.

Новый метод измерения искажений, которые претерпевает свет в оптических системах с использованием голограмм, разработан в Лаборатории фотоники и оптической обработки информации НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из МГТУ имени Баумана и ФИАН имени Лебедева.

Американские ученые предложили отслеживать растяжение мышц с помощью магнитных датчиков, вживленных внутрь тела. В своем исследовании они показали, что система позволяет рассчитать длину мышцы менее чем за миллисекунды, а сами датчики биосовместимы и безопасны. В будущем технология позволит улучшить существующие системы управления протезами конечностей.

Американские разработчики продемонстрировали прототип устройства, позволяющего регистрировать механические деформации. Живущий в нем планктон люминесцирует в ответ на возникшее напряжение, а на свету подзаряжается сам.

Твердая стеклокерамика остается прозрачной, но начинает люминесцировать под действием механического стресса.

Сегодня в нефтяной отрасли остро стоит вопрос энергоэффективности. До 60 процентов электричества, потребляемого нефтедобывающими насосными установками, приходится на двигатель, что приводит к высоким финансовым затратам, а следовательно, к повышению себестоимости нефти. Для решения проблемы исследователи Пермского Политеха разработали комплекс бездатчикового управления процессом добычи нефти на основе цифровой модели насосной установки.

По данным «Автостата», рынок электромобилей в России за 2021 год вырос более чем в 1,5 раза и по прогнозам будет ежегодно удваиваться. Однако на сегодняшний день в большинстве бортовых систем бюджетных электрокаров отсутствует возможность удаленного мониторинга состояния транспортного средства, в том числе нет управления системой климат-контроля при эксплуатации автомобиля зимой. Исследователи из Пермского Политеха разработали новый подход к оптимизации системы мониторинга состояния электромобилей. Технология позволит в режиме реального времени принимать решения по оптимальной скорости передвижения, уровню рекуперации электроэнергии с учетом наличия зарядной инфраструктуры, рельефа местности и природно-климатических условий на маршруте следования.

Сотрудники Института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного федерального университета исследовали влияние материалов на частоту мембран, что позволило выявить новые закономерности, которые могут усовершенствовать приборы для ультразвуковой диагностики.

Исследователи из Пермского Политеха разработали уникальную технологию, которая позволяет мгновенно отслеживать разрушение ответственных конструкций. Это можно будет сделать с помощью Smart-слоев – оптоволоконных «нитей», которые внедряются внутрь изделий из композитных материалов, а также их можно крепить на поверхность готовых конструкций. Разработка, у которой пока нет аналогов в мире, поможет проводить мониторинг состояния изделий в режиме реального времени без остановки рабочего процесса производства.

Некоторые сведения о животных можно получить только с помощью полевых наблюдений. Разумеется, это не самая простая задача: вмешиваться в происходящее ни в коем случае нельзя, а некоторые виды заметно проворнее человека, обитают в труднодоступной местности, слышат движение за несколько километров и умело прячутся от любопытных глаз. В таких случаях на выручку науке приходят технологические уловки.