#датчики

Синхронные двигатели с постоянными магнитами широко используются в робототехнике, промышленных приводах, электрогенераторах, насосах для перекачки нефти и воды и других системах, где важны точность и динамика. Традиционные методы управления требуют наличия датчиков положения и скорости, однако их применение ограничено условиями эксплуатации: они могут быть слишком чувствительны к вибрации и ударам, подвергаться воздействию электромагнитных помех, не работать при высоких температурах, возникающих в двигателе. Это приводит к неточным показаниям или поломкам. Ученые Пермского Политеха предложили новый метод бездатчикового управления синхронным двигателем, который поддерживает широкий диапазон скоростей и нагрузок, при этом требуя меньше вычислительных ресурсов. Статистические ошибки этой системы составляют менее одного процента.

В РТУ МИРЭА проанализировали магнитные наноструктуры, используя магниторефрактивный эффект. Этот метод позволяет исследовать свойства материалов, не разрушая их, что особенно важно для микроэлектроники и нанотехнологий. При этом новый метод позволяет не только анализировать уже созданные материалы, но и заранее проектировать новые — с нужными свойствами.

Синхронные двигатели применяют там, где нужна большая мощность для привода в движение различных механизмов и устройств – компрессоров, насосов, мельниц. Это важно для энергетической, промышленной и авиационной отраслей. Для упрощения работы используют систему автоматического бездатчикового управления, которая позволяет в режиме реального времени косвенно получить информацию о положении ротора и скорости вращения двигателя. В известных системах при изменении условий эксплуатации эффективность работы снижается, теряется стабильный контроль над механизмом. Ученые Пермского Политеха разработали новый подход к адаптации наблюдателя синхронного двигателя, который повышает надежность и точность системы управления.

В строительстве зданий, дорог, дамб, мостов и тоннелей широко используют геотекстиль — синтетический материал, который укрепляет грунтовое основание и увеличивает его несущую способность. Сейчас активно изучается идея «умного геотекстиля», когда в сам материал внедряют специальные датчики для удаленного контроля состояния грунта. Это позволит значительно повысить безопасность объекта, заранее предупреждая о необходимости ремонта или о возникновении аварийной ситуации. Ученые ПНИПУ разработали волоконно-оптическую систему для непрерывного мониторинга геотекстиля. Она надежно фиксирует его смещение до 0,5 миллиметров и по стоимости гораздо дешевле волоконных датчиков, которые пока применяются для контроля за состоянием зданий и сооружений.

Ученые НИТУ МИСИС представили новые ультратонкие аморфные микропровода для биомедицинских бесконтактных датчиков и встраиваемых в имплантаты сенсорных элементов. Это открывает новые перспективы для изготовления высокочувствительных диагностических приборов и «умных» имплантатов, которые смогут отследить зарождение деградационных процессов, а также выявить причины отторжения или ослабления имплантатов. В отличии от аналогов, представленные микропровода тоньше и рентабельнее в производстве.

Среди используемых сегодня методов измерения магнитного поля весьма перспективен — магнитометрия на основе так называемых NV-центров в алмазе. В НИЯУ МИФИ разработали метод преодоления искажений в работе магнитных сенсоров этого типа и тем самым повышения их точности.

В аэрокосмической сфере применяют сенсорную технику для оценки внешних силовых воздействий на аэродинамическую поверхность. Это могут быть удары града, бетонной крошки из-под переднего колеса при взлете самолета, частицы космического мусора и так далее. Научное сообщество стремится усовершенствовать индикаторные и тактильные полимерные покрытия. Ученые Пермского Политеха исследовали закономерности реакции тактильной поверхности сенсорной техники на внешнее воздействие. Это позволит улучшить систему мониторинга и снизить риски возникновения аварийных ситуаций из-за нестабильной работы датчиков.

Исследователи из МФТИ и Пекинского технологического института сделали значительный шаг вперед в области сегнетоэлектрических материалов. Они разработали новый метод создания ультратонких пленок с исключительными свойствами. Эта работа прокладывает путь к разработке миниатюрных электронных устройств нового поколения.

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.