Научный коллектив Центра инжиниринга промышленных технологий НИТУ «МИСиС» под руководством Сергея Гудошникова разработал новый тип датчика контроля механических напряжений. Набор таких датчиков, объединенных в измерительный комплекс, позволит осуществлять постоянный мониторинг состояния атомных электростанций, трубопроводов и других промышленных объектов. МЧС России планирует применять изобретение уже в 2017 году.

Аморфный ферромагнитный датчик

Аморфный ферромагнитный датчик

Для экономики и экологии в региональном масштабе непрерывное наблюдение за состоянием ряда промышленных объектов имеет критическое значение. Даже частичное разрушение таких объектов, как атомные электростанции, химические комбинаты, хранилища со сжиженным газом и трубопроводы может вызвать экологическую катастрофу. Необходим постоянный контроль состояния механизмов и конструкций, которые подвергаются особо сильным механическим, тепловым или радиационным нагрузкам. Сегодня особенно востребованы методы неразрушающего контроля, позволяющие определить функциональное состояние машины или конструкции без остановки процесса, в котором они используются.

Ученые НИТУ «МИСиС» создали новый тип датчиков механических напряжений, в которых чувствительным элементом является аморфный ферромагнитный микропровод. Подобные микропровода покрыты тонкой стеклянной оболочкой и имеют полный диаметр от 20 до 80 мкм. Они изготавливаются из железо-кобальтовых сплавов по специальной технологии и обладают уникальным сочетанием магнитных и прочностных характеристик.

По оценкам специалистов, аморфный ферромагнитный датчик (АМФ-датчик) будет на 20-30% дешевле используемых в настоящее время тензорезисторных устройств, стоимость которых составляет от 20 до 50 тысяч рублей.В настоящее время опытный образец датчика проходит необходимые испытания и процедуры патентования, которые планируется завершить к ноябрю 2016 года. Датчик разработан по заказу Министерства чрезвычайных ситуаций РФ.

В лаборатории магнитных измерений НИТУ «МИСиС» уже отлажена технология получения ферромагнитных микропроводов с требуемыми пластичными и магнитными свойствами.

По словам руководителя проекта, заведующего лабораторией магнитных измерений НИТУ «МИСиС» Сергея Гудошникова, «в таких микропроводах с диаметрами менее человеческого волоса, действие внешних растягивающих напряжений приводит к значительным изменениям кривой намагничивания. Эти изменения могут быть зарегистрированы с помощью специализированной электронной схемы. Созданный на основе данного эффекта датчик позволяет, в зависимости от диаметра микропровода, определять приложенные механические напряжения в диапазоне от единиц до тысяч МегаПаскалей и регистрировать изменение длины от тысячных до десятых долей миллиметра. В отличие от широко распространенных тензорезистивных датчиков механических напряжений, новый датчик характеризуется более высокими значениями предельных деформаций и потенциальной возможностью бесконтактного (электромагнитного) считывания сигналов».

Устройство аморфного ферромагнитного датчика

Устройство аморфного ферромагнитного датчика

Как и тензорезисторы, предложенный АФМ-датчик может использоваться для контроля состояния мостов и высотных зданий, нефте- и газопроводов. В судостроении устройство позволит непрерывно контролировать состояние и деформации крупных морских судов и танкеров, а в энергетике — контролировать статические характеристики гидроэлектростанций и объектов ядерной энергетики. МЧС России планирует использовать новый датчик в том числе для мониторинга состояния и уровня разрушений пожарно-технического вооружения и объектов различного назначения до и после пожаротушения.