3D-natisnjeni senzorji s samodejnim prilagajanjem na temperaturne spremembe brez dodatnih zaznaval
UL FS
Datum objave:
Raziskovalci Fakultete za strojništvo so razvili revolucionarno metodo, ki 3D-natisnjenim senzorjem omogoča samodejno prilagajanje temperaturnim spremembam brez potrebe po dodatnih temperaturnih senzorjih. Odkritje odpira vrata za široko uporabo pametnih struktur v spremenljivih okoljih, od letala do infrastrukturnih objektov, kjer dosedanje rešitve niso bile dovolj zanesljive ali so bile preveč kompleksne.
3D-natisnjeni piezouporovni senzorji omogočajo zaznavanje deformacije, pospeška in sil neposredno v pametnih strukturah. Vendar spremembe temperature povzročijo do 90 % spremembo občutljivosti senzorja, kar onemogoča zanesljive meritve. Ta ovira je do sedaj preprečevala širšo uporabo tehnologije 3D-natisnjenih senzorjev.
Piezoupornostni senzor je senzor, ki mehansko obremenitev meri tako, da spremembo sile ali tlaka pretvori v spremembo električnega upora, pri čemer temelji na piezoupornostnem principu, kjer se upor materiala spremeni, ko se ta mehansko deformira.
Konvencionalni pristopi zahtevajo dodatne temperaturne senzorje, kompleksne kalibracije ali posebne materiale. Takšne rešitve povečujejo kompleksnost sistema, zmanjšujejo zanesljivost in integracijo večjega števila senzornih elementov.
Raziskava odkriva, da je sprememba električne upornosti piezouporovnega senzorja direktno sorazmerna spremembam njegove občutljivosti. To omogoča natančno napoved občutljivosti senzorja le na podlagi meritev upornosti med normalnim delovanjem.
Ekipa raziskovalcev iz Fakultete za strojništvo, Univerza v Ljubljani in Department of Engineering, University of Perugia, Italija je testirala 24 3D-natisnjenih pospeškomerov v temperaturnem območju 5-35 °C in treh nivojih vlažnosti. Napovedi občutljivosti v testiranem temperaturnem območju dosegajo natančnost pod 5 % pri normalnih in 12 % pri ekstremno vlažnih pogojih. Metoda ne potrebuje dodatne opreme in senzorjev, saj temelji na fizikalni lastnosti senzorja, ki se že sedaj spremljajo med obratovanjem. "Ta pristop je pomemben korak naprej," poudarja Gašper Krivic iz Laboratorija za dinamiko strojev in konstrukcij (LADISK). "Namesto dodajanja kompleksnosti izkoriščamo to, kar senzor že ima."
Metoda omogoča vgradnjo več piezouporovnih senzorjev v material ali konstrukcijo. Gre za majhna tipala, ki spreminjajo svojo električno upornost ob mehanski obremenitvi, kot so pritisk, upogib ali vibracije. Tako lahko sama struktura sproti zaznava deformacije, tresljaje ali obremenitve. Metoda je primerna tudi za zahtevnejša okolja, odvisno od uporabljene senzorike, ter najde uporabo v metamaterialih, letalskih sistemih in spremljanju stanja konstrukcij.
Raziskava je bila objavljena v reviji International Journal of Mechanical Sciences.
