Инженеры Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» разработали прототип навигационного датчика на поверхностных акустических волнах. В отличие от распространенных микроэлектромеханических систем, новая разработка лишена подвижных частей и способна выдерживать высокие физические перегрузки, сохраняя при этом точность и компактность.
Гироскопы и акселерометры используются для навигации любых объектов — от смартфонов до космической техники. Они измеряют скорость, ускорение и положение в пространстве. Наиболее распространенные сегодня МЭМС-датчики отличаются дешевизной и компактностью, однако из-за конструкционных особенностей они недостаточно надежны для работы в условиях больших физических перегрузок. Это ограничивает их применение, например, в системах высокоточной забивки свай или промышленном оборудовании.
Ученые ЛЭТИ предложили решение, основанное на иных принципах. Разработанный ими датчик использует поверхностные акустические волны — механические колебания на поверхности кристаллической пластинки из пьезоэлектрического материала. Этот материал преобразует электрический сигнал в колебания и обратно.
Принцип действия следующий: электрический ток подается на пластину, ее поверхность начинает колебаться и становится чувствительной к внешним воздействиям — изменениям температуры, давления, ускорения или угловой скорости. Характеристики колебаний меняются, и при обратном преобразовании волн в электричество параметры тока отличаются от первоначальных. Эти изменения фиксируются датчиком, что позволяет с высокой точностью определять ориентацию объекта.
Пьезоэлектрические материалы относительно недороги и обладают высокой прочностью, а в самой конструкции отсутствуют подвижные части. Благодаря этому датчик может работать в условиях высоких перегрузок.
В настоящее время исследователи работают над оснащением устройства миниатюрной антенной для беспроводной связи и энергоснабжения. В перспективе такие датчики могут стать новым типом компактных навигационных устройств для технических систем, функционирующих в условиях больших физических нагрузок.
Читайте также: «В «Роскосмосе» назвали сроки сведения МКС с орбиты и запуска РОС».