Маленький, да удаленький

Датчик деформации, разработанный сибирскими учеными, по многим параметрам превосходит отечественные и зарубежные аналоги

О внедрении научных разработок сегодня говорят на всех уровнях, но, увы, на этом пути немало преград — от админи­стративных барьеров до нежелания производственников что-либо менять и вкладываться в инновации. Тем не менее ученым Новосибирского филиала Института физики полупроводников СО РАН это удалось.

Зачем измерять деформацию
Датчики деформации, о которых идет речь, широко применяются в технике. Дело в том, что измерение уровня деформации — это основной способ контроля состояния силовых механизмов. Простой пример — обычный бытовой лифт. Если в него заходит слишком много людей и нагрузка превышает допустимую, загорается лампочка, двери лифта не закрываются, пока лишние пассажиры не выйдут. За то, чтобы не произошло перегрузки (и, как следствие, аварии), как раз и отвечают датчики деформации.

Сегодня их, как правило, изготавливают из тонких металлических пленок, нанесенных на пленку из полимера. Но, к сожалению, тонкие пленки, и особенно полимеры, довольно быстро выходят из строя, и параметры датчика начинают «плыть». А это означает, что из соображений безопасности датчики надо регулярно поверять и настраивать — не реже двух раз в год — и менять не реже чем раз в три-четыре года. Хлопотно и дорого.

— В последние годы быстро растут требования к чувствительности и сроку службы датчиков деформации, и металлические датчики не могут соответствовать этим требованиям. Сегодня в мире идет поиск новых технических решений для создания датчиков нового поколения, — рассказывает ученый секретарь филиала Андрей Паулиш. — Для регистрации деформации мы решили использовать другой физический принцип и другой чувствительный к деформации материал — кварцевое стекло. Если кристаллы под действием нагрузки раскалываются, а металлы и полимеры деформируются, то кварцевое стекло остается целым при довольно больших нагрузках.

Фото Светланы ЖУКОВСКОЙ

По словам Андрея Паулиша, попытки создать подобные устройства были и раньше, но из-за проблем технологического плана датчик получался слишком дорогим: дороже аналогов из металлических пленок раз в десять. Но благодаря совместным усилиям ученых института и инженеров московской частной компании «Фирма Подий» эту проблему удалось решить. В итоге получился датчик с гораздо лучшими характеристиками, практически сопоставимый по цене с теми, что сегодня используются повсеместно. Когда датчики нового типа пойдут в серийное производство, они будут еще дешевле, ведь и сотовый телефон поначалу стоил как автомобиль, а теперь его может позволить себе каждый.

Лифт XXI века
Стоит отметить, что сегодня к лифтам выдвигаются более жесткие требования, не такие как, скажем, двадцать лет назад. Например, он должен чувствовать нагрузку от пятнадцати — двадцати килограммов, чтобы подъемником мог воспользоваться ребенок. Датчик деформации с чувствительным элементом из кварцевого стекла легко справляется с задачей, при этом достаточно одного датчика, установленного в нужном месте. Еще один нюанс: современные лебедки подъемников умеют дозировать усилие в зависимости от нагрузки. Но для этого нужно, чтобы датчик точно эту нагрузку определил. Нагрузка меньше — усилие меньше, а это и экономия электроэнергии, и сохранение ресурса механизма (лифт прослужит дольше).

— Сегодня внедряются международные стандарты безопасности и удобства поездки на лифте, — отмечает Андрей Паулиш. — Поясню, о чем идет речь. Например, режим ускорения и торможения должен быть комфортным для пассажира, в идеале пассажир и вовсе не должен замечать, что лифт движется. Плавность хода тоже имеет значение. Не должно быть рывков, вибрации и лишнего шума. Трение при движении кабины по направляющим не должно превышать норму, иначе лифт со временем попросту застрянет. В обычных лифтах эти параметры не контролируют — нечем. А разработанный нами датчик вполне способен с этим справиться.

Если же говорить в целом, то датчик деформации, созданный сибирскими учеными, обладает рядом существенных преимуществ. Во-первых, долговечность. Как уверяют авторы, он легко проработает 25 лет, причем для его обслуживания не надо выводить подъемник из эксплуатации. Во-вторых, чувствительность. Она на два-три порядка выше, чем у аналогов. Еще одно важное достоинство датчика — миниатюрность. Благодаря использованию современных электронных и оптических компонентов удалось «упаковать» датчик в малый объем. Он не больше обычной «пальчиковой» батарейки.

Союз науки и производства
В итоге получился компактный универсальный прибор, который легко можно поместить куда угодно, даже в стороне от зоны измеряемых деформаций, на расстоянии нескольких метров от нее — из-за высокой чувствительности он все равно сработает. Андрей Паулиш описывает такой случай. На одной из выставок его коллеги прикрепили датчик на корпус линии по производству пластиковой посуды, изготовленной в Японии. Он четко показал необходимые параметры. Японцы, которые славятся своими достижениями в микроэлектронике, не поверили, что такое может быть: они используют устройство с шестью датчиками деформации, расположенное внутри конструкции, а не снаружи.

Где может пригодиться эта разработка? В первую очередь в любых подъемных механизмах: эскалаторах, транспортерах, подъемных кранах, подвижных тротуарах и так далее. А еще датчики нового типа можно использовать в контроле мостов, в горнодобывающей промышленности, медицине, космосе… Словом, везде, где необходимо точно контролировать деформации.

— Да, к сожалению, сегодня непросто довести научную идею до готового изделия, и тому много причин. Это и несовершенство законодательной базы, особенно в отношении технических регламентов, которые не меняются годами, и, как следствие, отсутствие у предпринимателей желания внедрять инновации в производство. Ни для кого не секрет, что сегодня во главу угла ставят деньги, а новое всегда по определению дороже старого. Но благодаря настойчивости генерального директора ООО «Фирма Подий» Александра Владимировича Пояркова нам все же удалось это сделать. Именно он приложил немало усилий, чтобы продвинуть нашу разработку на рынок. Без его упорства мы просто не смогли бы двигаться дальше, и такой подход вселяет надежду, — подчеркивает руководитель филиала Виктор Федоринин. — Александр Владимирович организовал тестирование нашего датчика в калибровочной лаборатории в Детройте (США), где его сравнили с высокоточным датчиком, который из-за дороговизны используется только для калибровки тест-машин. Оказалось, что наш датчик по чувствительности превосходит калибровочный датчик более чем в десять раз, при этом дешевле более чем на порядок.

КОММЕНТАРИЙ
Александр ПОЯРКОВ, генеральный директор ООО «Фирма Подий» (Москва):
— Датчик деформации нового типа, который нам предложили ученые из Новосибирска, нуждался в доработке. Совместными усилиями нам удалось значительно усовершенствовать его конструкцию и, что немаловажно, существенно снизить себестоимость.
Был создан пилотный образец датчика, который мы использовали в конструкции лифта. Этот датчик установили на лифте в одном из высотных зданий Москвы. И я хочу отметить, что нареканий к лифту со стороны эксплуатирующей компании стало меньше в разы. Нас даже поблагодарили за полученную возможность с помощью нашего датчика настроить направляющие лифта.
Теперь уже можно с уверенностью сказать, что использование датчиков нового типа дает ряд выгод. Во-первых, это безопасность. Во-вторых, экономичность. Любой специалист, эксплуатирующий лифты, подтвердит, что проводить профилактические мероприятия всегда дешевле и проще, чем ремонтировать, особенно в аварийном порядке. Аварий в идеале вообще быть не должно. Теперь перед нами стоит задача убедить лифтовиков, чтобы они не экономили на безопасности и оснащали лифты системами мониторинга безопасной работы с использованием возможностей нашего датчика.
Вообще, полагаю, что у них очень широкая сфера применения. В первую очередь это различные системы безопасности, а также всевозможные виды мониторинга мостовых конструкций, весовой контроль автомобилей и железнодорожных вагонов, контроль потока жидкостей и газов. Думаю, что датчики можно использовать для измерения сейсмической активности, во многих других областях.