Датчик, разработанный студентами Политехнического института НовГУ, способен измерять ток по создаваемому им магнитному полю. Это позволяет использовать прибор, не «врезая» его в электрическую цепь и не нарушая ее целостность.
В Новгороде разработали высокочувствительный датчик для роботов и спутников
В Новгородском университете разработали высокочувствительный магнитоэлектрический датчик. Он может не только измерять силу тока в радиоэлектронных модулях, но и спасать от выхода из строя спутники, промышленное оборудование, автомобильные системы, робототехнику и другие устройства.
Пресс-служба НовГУ им. Я. Мудрого
Датчик можно использовать без включения в электрическую цепь.
В чем ноу-хау разработки?
Уникальность разработки — в чувствительном элементе, который измеряет силу тока и заложен в ее основу. Этот элемент представляет собой многослойный магнитострикционно-пьезоэлектрический композит, состоящий из пьезокерамической пластины ЦТС (Цирконат-Титанат-Свинца) и приклеенных к ее боковым поверхностям тонких пластин магнитострикционного сплава (аморфный металл) - Метгласа.
Принцип работы элемента основан на магнитoэлектрическом эффекте. Переменное магнитное поле, создаваемое измеряемым током, вызывает механическую деформацию магнитострикционного слоя. Он, в свою очередь, воздействует на пьезоэлектрик, который преобразует полученную деформацию в электрический сигнал. Этот сигнал пропорционален величине тока — по формуле можно рассчитать значение.
Чувствительный элемент обладает компактностью, малым весом и может работать как в нерезонансном, так и в резонансном режимах. Это делает его универсальным, а значит применимым в измерительных и транспортных системах, в сфере безопасности, космическом оборудовании и робототехнике.
В чем разница между контактным и бесконтактным датчиком?
При контактном типе датчик необходимо включать в разрыв цепи, где и надо измерять величину тока. Такой вариант хорошо подходит при проектировании новых устройств и не нуждается в калибровке.
Бесконтактный датчик можно использовать в уже существующих системах без нарушения их целостности. Правда, с калибровкой при монтаже.
«Представьте такую ситуацию: при запуске новых спутниковых аппаратов не предусмотрели системы контроля. И во время полета по орбите произошли магнитные бури, — объясняет Виктор Леонтьев, директор Научно-исследовательского центра полупроводникового материаловедения НовГУ, куратор проекта. — Безусловно, при таких перегрузках начнут происходить сбои в системах, которые могут привести к серьезным последствиям как в космосе, так и на Земле. А при наличии отечественных систем, вроде магнитоэлектрического датчика тока контактного типа, произойдет временное отключение конкретного узла, который снова заработает после стабилизации аппарата (либо его можно будет заменить при поломке). Таким образом, датчик будет не только выполнять свою прямую функцию по измерению величины тока, но и будет служить неким предохранителем в системе».
Преимущества разработки
- Высокая чувствительность к магнитному полю:устройство способно фиксировать даже микротоки.
- Высокая точность измерения.
- Радиационная стойкость, за счет добавления в состав неорганических материалов.
- Быстродействие: связано с работой на частотах вплоть до сотен килогерц и отсутствием медленных промежуточных преобразований сигнала.
Дорога в будущее
Датчик сможет заменить зарубежные аналоги, так как уже сейчас на 90% состоит из материалов и элементов отечественного производства. Первые устройства были выпущены на мощностях новгородского химического предприятия ПАО «Акрон».
«С развитием технологий возникает потребность в более современных и энергоэффективных устройствах. То есть чтобы датчики потребляли мало энергии. Нашей разработке достаточно "есть" около 2,5 мА (против 9–19 мА у аналогов). Это достигается за счет прямого преобразования магнитного поля в электрический сигнал без сложных электронных схем усиления», — добавляет Виктор Леонтьев.
В планах разработчиков — уменьшение размеров устройства. Это позволит интегрировать датчик в компактные электронные носители и робототехнические модули, где критичны масса и объем.
Сейчас устройство находится на уровне технологической готовности (УТГ-7) и уже прошло ряд испытаний. В ближайшее время будет запущено серийное производство.