Прототип датчика нового типа, измеряющий высокие ускорения, который может быть использован для повышения надежности систем безопасности водителя и пассажиров автомобиля при авариях на большой скорости, разработали на кафедре лазерных измерительных и навигационных систем Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (СпбГЭТУ) «ЛЭТИ», 23 сентября сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу ЛЭТИ.

Работа устройства основана на измерении ускорения, действующего на объекты, с помощью поверхностных акустических волн. Надежность, точность и дешевизна элементов конструкции датчика делает его уникальным для России.

Датчик, при помощи которого можно измерять ускорения любого объекта, называется акселерометром. Такие устройства широко применяются в современной технике. Например, акселерометры смартфонов и планшетов «подсказывают», в какую строну нужно повернуться изображению на экране при повороте гаджета.

Они помогают беспилотному транспорту ориентироваться на дорогах, а самолетам и ракетам — в воздухе.

Современные требования по уменьшению размеров техники и увеличению предельных значений параметров ее работы требуют создания принципиально новых классов акселерометров — компактных и надежно фиксирующих перемещение объектов при высоких ускорениях и перегрузках.

Аспирант и ассистент кафедры лазерных измерительных и навигационных систем ЛЭТИ Денис Михайленко пояснил:

«Используемые сегодня микроакселерометры довольно дешевы и точны. Однако они имеют два серьезных недостатка: физический предел, после которого не могут фиксировать высокие ускорения, а также низкую прочность, вследствие которой они могут выйти из строя при серьезных перегрузках».

Механизм датчика, разработанного в ЛЭТИ, основан на встречно-штыревом преобразователе (ВШП). Это устройство, расположенное на пьезоэлектрическом материале, преобразовывает электромагнитные волны в поверхностные акустические, измеряя которые можно с высокой точностью фиксировать ускорение, действующее на объект.

В сравнении с другими типами акселерометров, в которых используются подвижные пружинные механизмы, конструкция ВШП гораздо более надежна. Это позволяет ей выдерживать сильнейшие перегрузки.

До разработки конструкции ученые выполнили математическое и компьютерное моделирование процессов, возникающих в устройстве, которое учитывало параметры материала устройства и условий, в которых будет работать создаваемый микроакселерометр.

Полученные результаты легли в основу создания учеными нескольких прототипов микроакселерометров. В качестве подложки для них была выбрана пластинка ниобата лития (LiNbO₃) толщиной 350 мкм и диаметром не более 6 мм.

«Испытания прототипа показали, что он может работать при ускорениях, которые в 65 тыс. раз превосходят ускорение свободного падения. Это значит, его можно использовать в любой технике, работающей при очень сильных перегрузках. Однако пока мы не добились высокой точности измерений при использовании нашего устройства при сверхнизких ускорениях и в будущем будем работать в этом направлении», — пояснил Денис Михайленко.

Результаты исследования разработчики представили в статье «Топологическая оптимизация круговых резонаторов на ПАВ: преодоление эффектов дискретности», опубликованной в журнале Sensors.