Студенты Политехнического института Новгородского университета разработали датчик для измерения постоянного и переменного тока контактного и бесконтактного типов. Он измеряет ток по создаваемому им магнитному полю, что позволяет не нарушать целостность электрической цепи.
Основой датчика является многослойный магнитострикционно-пьезоэлектрический композит: пьезокерамическая пластина ЦТС и тонкие пластины магнитострикционного сплава метглас. Толщина пластины ЦТС – 0,38 мм, длина – 10 мм, ширина – 1 мм; толщина слоя метгласа - 0,02 мм, клеевого слоя – не более 2 мкм.
Принцип работы основан на магнитоэлектрическом эффекте: переменное магнитное поле вызывает деформацию магнитострикционного слоя, который воздействует на пьезоэлектрик, преобразуя деформацию в электрический сигнал, пропорциональный величине тока.
Чувствительный элемент компактен, легок, высокочувствителен и работает в нерезонансном и резонансном режимах, что делает его универсальным для измерительных, транспортных систем, систем безопасности, космической и робототехники.
Контактные датчики включают в разрыв цепи для измерения тока и не требуют калибровки, что удобно при разработке новых устройств. Бесконтактные датчики интегрируются в существующие системы без их нарушения, но нуждаются в калибровке.
Преимущества разработки включают высокую чувствительность к магнитному полю в резонансном режиме, что позволяет фиксировать микротоки. Высокая точность измерений (нелинейность менее 0,5%) достигается за счет работы в линейном участке зависимости магнитострикции и точной настройки смещающего поля.
Радиационная стойкость обеспечивается использованием неорганических материалов, что делает датчики пригодными для космических приложений. Быстродействие до сотен килогерц позволяет фиксировать быстрые изменения тока без промежуточных преобразований сигнала. В условиях импортозамещения датчик заменяет зарубежные аналоги, так как на 90% состоит из отечественных материалов, и разработчики стремятся довести эту долю до 100%.
Первые партии устройства выпущены на новгородском предприятии ПАО «Акрон». Виктор Леонтьев, куратор проекта, директор Научно-исследовательского центра полупроводникового материаловедения НовГУ, отметил, что существующие аналоги потребляют больше энергии (9-19 мА против 2,5 мА у нового датчика), так как используют сложные электронные схемы усиления. Устройство находится на уровне технологической готовности (УТГ-7) и прошло испытания. Разработчики готовят документацию для серийного производства. Планируется модернизация и уменьшение размеров (30 × 20 × 10 мм) для интеграции в компактные устройства и робототехнику.
Исследования в Лаборатории микро- и нанотехнологий продолжаются для улучшения характеристик датчика, включая чувствительность, диапазон токов, снижение шумов и работоспособность при различных температурах. Разработка велась при грантовой поддержке РНФ, РФФИ и Фонда содействия инновациям.
Источник: elec.ru
распечатать статью
