В Томском политесе создали гибкие датчики для дистанционного мониторинга деформаций и температуры
В Томском политехническом университете разрабатывают гибкие беспроводные сенсоры, изготовленные методом лазерной обработки. Ученые уже получили лабораторные образцы датчиков. В перспективе они могут быть использованы для мониторинга состояния конструкционных материалов, контроля деформаций и температуры. Одной из наиболее интересных областей для применения является мониторинг состояния силовых конструкций, емкостей, труб.
Проект реализуется при поддержке федеральной программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети» и при экспертной поддержке OOO «ЭВС».
«Интерес к разработке подобных датчиков проявляют представители автопромышленности, энергетики, производители логистического и медицинского оборудования. Мы видим большую перспективу применения данной разработки в системах накопления и генерации энергии», – говорит директор ООО «ЭВС» Александр Матвеев.
Датчик работает по принципу RLC-резонатора – колебательного контура, состоящего из резистора, элемента индуктивности и емкостного элемента, соединенных последовательно или параллельно. Одной из основных особенностей подобных контуров является их резонансная частота (частота переменного тока), при которой резонатор демонстрирует максимальный отклик на определенную частоту. Фиксируя изменения резонанса – сдвиг частоты, добротность, интенсивность – можно сделать вывод о деформации, нагреве поверхности или произошедшем смещении деталей.
Устройство состоит из полимерной подложки и токопроводящих элементов, структурированных с помощью лазерной обработки. Ученые уже получили лабораторные образцы RLC-резонаторов. В лабораторных условиях были проведены эксперименты, позволяющие зафиксировать изменения температуры, геометрии, проверить реакцию на изгиб резонатора.
«Ключевой особенностью резонатора является возможность его беспроводного считывания с помощью индуктивной связи. Датчик демонстрирует высокую чувствительность к механическим деформациям и изменениям температуры. Под воздействием этих факторов электрические параметры устройства изменяются, что приводит к изменению его резонансной частоты. Кроме того, было обнаружено важное различие в отклике датчика: температура, в основном, влияет на интенсивность резонанса, в то время как деформация сдвигает его частоту. Это может стать ключом к разработке многофункциональных датчиков на основе этой технологии», – поясняет ключевой специалист проекта, инженер-исследователь Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Илья Петров.
В настоящее время коллектив продолжает работы по оптимизации дизайна устройства, созданию алгоритма для раздельного анализа эффектов и компенсации влияния расстояния между датчиком и считывателем на результаты измерений.
Экспериментальные образцы гибких RLC-резонаторов, разработанные коллективом научной группы ТERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, были представлены на одной из самых крупных отраслевых площадок – 28-й международной выставке химической промышленности и науки «Химия-2025» в Москве.
Источник фото: пресс-служба Томского политехнического университета