Основные  направления  развития  технологии    создания  перспективных  датчиков

   В области исследования перспективных принципов построения датчиков давления и ускорения ведутся работы по дальнейшему развитию тонкопленочных датчиков с использованием тензо- и пьезорезистивного и емкостного принципов. Основной путь улучшения стабильности метрологических характеристик (МХ) выпускаемых датчиков давления - подбор тензорезисторных тонкопленочных материалов с взаимосогласованными температурными коэффициентами: стабильность МХ может быть доведена до 0,1% в год, а по датчикам абсолютного давления тензорезистивного действия – 0,05% в год.
   Сообщалось о создании интегрального тензорезистивного датчика ускорения до 100000. МПО «Измеритель» создало опытный образец датчика силы для диапазона 0,1...1000 кгс, сравнимый по МХ с аналогами за рубежом. Интерес представляет разработка НИИ «Теплоприбор» датчиков сверхвысоких давлений (до 1000 МПа) серии «Сапфир-22М» с металлическими тензорезисторами на структуре «кремний-на-сапфире». Эта же организация достигла уровня температурной погрешности 0,05% на 10°С, что превосходит лучшие зарубежные аналоги. Полученные результаты позволили сделать вывод о возможности значительного расширения температурного диапазона работы тонкопленочных тензопреобразвателей, выдерживающих перегрузки до 200% без существенных изменений параметров. Следует отметить, что в МЭД кроме резистивного принципа преобразования (реализуемого, в основном, в виде моста Уитстона) также широко применяются и другие традиционные типы - емкостный и индуктивный. Применение технологии изготовления интегральных схем (групповой метод) при изготовлении МЭД позволило объединить в одном корпусе и даже на одном кристалле как датчики различных физических величин (комбинированные датчики), так и чувствительные элементы с микропроцессором. Последние производят непосредственное, на месте съема измерительной информации, вычисление измеряемого параметра с коррекцией на измерение условий эксплуатации, имеют цифровую форму выходного сигнала, проводят самодиагностику, работают в режиме диалога. Благодаря хранящимся в памяти данным о передаточной функции, структурирование и параметрирование датчика может производиться с центрального управляющего устройства по определенной программе в реальном масштабе времени. ПО «Электронмаш» разработал специализированный микропроцессорный комплект для «интеллектуального» датчика - С30 (С31) - организованного по принципу взаимодействия функциональных блоков в асинхронном режиме. Дистанционная установка «нуля» и диапазона выходного сигнала датчика и дистанционный контроль исправности обеспечивается при всех значениях рабочей температуры и напряженности окружающего электрического поля до 400 А/м; погрешность измерений составляет менее 0,1%.
   Вторым большим классом быстроразвивающихся перспективных датчиков являются волоконно-оптические датчики (ВОД). Этот класс датчиков сочетает в себе электрическую пассивность, температурную стабильность и коррозионную стойкость, устойчивость к электромагнитным помехам и радиационным воздействиям, разнообразие геометрических форм и размеров, высокую чувствительность, широкий динамический диапазон. Применение ВОД очень перспективно, поскольку они электро-, и пожаробезопасны, помехоустойчивы, имеют малую массу, просто сопрягаются с волоконными линями связями. Очевидно, что они незаменимы при контроле параметров взрыво- и огнеопасных сред.
   Внедрение ВОД в аппаратуру сопряжено пока с существенными техническими трудностями. Однако как класс изделий ВОД имеют преимущества, поскольку уже сегодня обладают высокими техническими характеристиками.
   Например, ВОД давления разрывного типа обладают чувствительностью 80 дБ/мкПа. Чувствительность интерферометрического ВОД температуры составляет 10 с на 1 см измерительного плеча. В датчике давления, построенном по тому же принципу, достигнута чувствительность 10 мкПа.
   Создана серия ВОД перемещения, расхода газа, перепада давления, уровня прозрачных жидкостей, основанных на поверхностно-нерегулярных световодах. Так ВОД линейных перемещений имеет диапазон 50...200 мм, погрешность 0,4% и разрешающую способность около 1 мкм.
   Также широко распространены датчики на основе физических эффектов, связанных с магнитным полем. Такие датчики незаменимы там, где нежелательно или невозможно применение МЭ, основанных на электрической связи с измеряемой величиной. В качестве примера можно привести разработанный в Тюменском индустриальном институте магнитоупругий датчик давления и силы, ЧЭ которого изготовлен из прозрачных магнитных сплавов, обладающих магнитоупругим гистерезисом. Ленинградский ВНИИЭП применяет пленарные катушки обратной связи в едином технологическом цикле изготовления магниточувствительного элемента любого типа - элементов Холла, магнитотранзисторов, металлопленочных магниторезисторов и др.

  А.В. Сафонов