Инженеры Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» разработали прототип навигационного датчика, использующего поверхностные акустические волны. Устройство предназначено для определения положения и ускорения объектов в условиях высоких физических перегрузок.
Современные микроэлектромеханические системы (МЭМС) — наиболее распространенный тип гироскопов и акселерометров — применяются в навигации от смартфонов до космической техники. Они измеряют скорость, ускорение и ориентацию в пространстве. Основные преимущества МЭМС — компактность и низкая стоимость. Однако наличие подвижных элементов ограничивает их надежность в условиях интенсивных механических воздействий. Это затрудняет использование таких датчиков в промышленном оборудовании, системах высокоточной забивки свай и других технических решениях, где возникают значительные перегрузки.
Разработка ЛЭТИ основана на ином принципе. Датчик работает за счет поверхностных акустических волн — механических колебаний на поверхности кристаллической пластины из пьезоэлектрического материала. Этот материал способен преобразовывать электрический сигнал в механические колебания и наоборот.
Устройство функционирует следующим образом: на пластину подается электрический ток, поверхность материала начинает колебаться и становится чувствительной к внешним факторам — температуре, давлению, ускорению или изменениям угловой скорости. Под воздействием этих параметров характеристики колебаний изменяются. При обратном преобразовании акустических волн в электрический сигнал параметры тока отличаются от исходных. Датчик фиксирует эти изменения, что позволяет с высокой точностью определять ориентацию объекта.
Пьезоэлектрические материалы отличаются относительной доступностью и высокой механической прочностью. В конструкции датчика отсутствуют подвижные части, что делает его устойчивым к высоким перегрузкам и повышает общую надежность.
В настоящее время исследователи работают над оснащением устройства миниатюрной антенной для беспроводной связи и энергоснабжения. В перспективе такие датчики могут стать основой для компактных навигационных систем, применяемых в технических решениях, функционирующих при больших физических нагрузках.