Специалисты НИТУ «МИСИС» представили инновационный тип датчиков вибрации, предназначенных для диагностики конструкций от зданий и мостов до космических аппаратов. Ключевой особенностью разработки стало применение кристаллов ниобата лития, полностью исключающих использование токсичного свинца.
Новый уровень экологичности
Кристаллы ниобата лития демонстрируют превосходную стабильность по сравнению с традиционной свинецсодержащей ЦТС-керамикой. Переход на этот материал открывает производителям путь к соответствию строгим экологическим стандартам, таким как директива RoHS Евросоюза, требующей отказа от вредных веществ.
Широта практического применения
Датчики нового поколения критически важны для своевременного выявления опасных вибраций при мониторинге состояния инфраструктурных объектов, обеспечивая безопасность населения. Они также найдут применение в космической технике и системах охраны периметров стратегических объектов.
Принцип действия
Работа устройств базируется на пьезоэлектрическом эффекте: чувствительный элемент деформируется под воздействием вибрации и генерирует соответствующий электрический сигнал.
Преодоление технологических барьеров
Использование ЦТС-керамики ранее создавало проблемы из-за токсичности и резкого падения чувствительности при колебаниях температуры. Ниобат лития (LiNbO3), благодаря монокристаллической структуре без мелких зерен, не только безопасен, но и сохраняет свои свойства в экстремально широком температурном диапазоне.
Ниобат лития, известный с середины XX века в лазерной оптике, ранее редко использовался в вибросенсорах из-за слабых пьезосвойств. Ученым НИТУ «МИСИС» удалось значительно повысить его чувствительность к вибрациям, сформировав уникальную «бидоменную структуру» в кристалле посредством специальных термообработок. Эта технология обеспечивает зеркальное отражение доменов внутри пластины, что приводит к сложению их сигналов и многократному усилению отклика датчика.
Разработка монокристаллических пьезопреобразователей на базе ниобата лития открывает перспективы для создания датчиков вибрации с рекордной чувствительностью до 10-6 g и существенно расширенными рабочими температурами.
