Двоє інженерів з Університету штату Північна Кароліна сконструювали простий і недорогий тензодатчик, самостійно відновлюється після ушкодження.

Датчики, призначені для вимірювання ступеня деформації, часто встановлюють на важкодоступних ділянках, а іноді вбудовують в елементи конструкції (скажімо, крила літака або будівлі), за якою необхідно стежити. Якщо замінити або відремонтувати пристрої, що вийшли з ладу, буде неможливо, проектувальники зазвичай збільшують число використовуваних датчиків, вводячи резервні. Це, зрозуміло, підвищує надійність, але деякі проблеми залишаються: якесь сильний вплив може, приміром, вивести з ладу всі датчики, розташовані в одній області, при цьому конструкція витримає удар, і найцінніші дані про те, як вона вела себе після впливу , пропадуть.

У новому варіанті пристрою чутливим елементом служить полімерний хвилевід, що знаходиться між двома відрізками оптоволокна. Така схема вже використовувалася раніше, і результати експериментів були цілком переконливими; автори змінили лише спосіб створення полімерного хвилеводу, який тепер «викреслюється» ультрафіолетовим випромінюванням лазерного діода. Це випромінювання, що підводиться по оптоволокну, направляється на рідкий фотополімер Norland Optical Adhesive 61, який твердне під дією ультрафіолету, трохи змінюючи свій показник заломлення. Ствердлий ділянку зі збільшеним показником поступово зростає, з часом досягаючи кінчика друге оптоволокна, розташованого в кількох сотнях мікрометрів від першого. В результаті відрізки волокна з'єднуються звичайним тонким полімерним хвилеводом.

Схема створення хвилеводу (тут і далі ілюстрації з журналу Smart Materials And Structures).

Хвилевід, який «Викреслити» УФ-випромінювання, що продається по багатомодовому оптоволокну.

При цьому затверділі виявляється далеко не весь обсяг полімеру, що і дозволяє датчику відновлювати працездатність. Якщо хвилевід розривається, рідина заповнює пролом, а ультрафіолет завершує процес «ремонту».

Для зняття показань з датчика по оптоволокну, на додаток до ультрафіолету, передається інфрачервоне лазерне випромінювання на довжині хвилі в 1 550 нм. На виході пристрою варто фотоприймач, який видає сигнал напруги; коли хвилевід деформується, деяка частина ІЧ-випромінювання втрачається, що і виявляє детектор.

В експериментах датчик встановлювався на тонкому алюмінієвому стрижні, закріпленому з одного кінця. На інший його кінець вчені ставили 12-грамові важки, постепенно збільшуючи загальну масу і спостерігаючи за тим, як буде змінюватися вихідний сигнал.

Результати вимірювань свідчать про те, що датчик дійсно відчуває ступінь деформації і відновлюється після пошкодження, але до застосування на практиці він поки не готовий. По-перше, вихідний сигнал має складний і погано передбачуваний вид. По-друге, пристрій не надто надійно: після розриву хвилеводу кінчики відрізків оптоволокна можуть зміщуватися, і відновлений датчик починає працювати не зовсім так, як новий.

Сигнал напруги з датчика, встановленого на алюмінієвому стержні, який спочатку згинався під тиском грузиков, що додаються кожні 30 секунд, а потім повертався в ненавантаженому стані, після чого процедура повторювалася. Довжина хвилеводу тут дорівнює 500 мкм.

За матеріалами: ScienceNOW

Tweet