РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ ПРОТОТИПА ДАТЧИКА ДЕФОРМАЦИЙ НА ОСНОВЕ МИКРОПРОВОДОВ

Объектом исследования являются аморфные микропровода состава Fe73,8Cu1Nb3,1B9,1Si13. В рамках выполнения НИР спроектирована и изготовлена экспериментальная установка для одновременного проведения усталостных испытаний трех аморфных микропроводов. Экспериментально получены кривые усталости аморфных микропроводов. Экспериментально измерены геометрические размеры микропроводов, получены изображения поверхности до и после усталостных испытаний. Показано, что микропровода состава Fe73,8Cu1Nb3,1B9,1Si13 и диаметра металлической части 7 мкм и 16 мкм выдерживают ~ 1000 циклов нагружения при предельной нагрузке 2100±200 МПа. По полученным изображениям со сканирующей микроскопии было установлено, что диаметр металлической части исследованных микропроводов, а также толщина их стеклянной оболочки могут колебаться в пределах 0,5 мкм. Поверхность до испытаний гладкая, без особенностей и неоднородностей. Поверхность после испытаний в большинстве случаев гладкая. Во всех случаях наблюдается скол стеклянной оболочки в центральной части провода и разрыв металлической части. В ряде случаев разрыв сопровождается скручиванием микропровода на участке от края размером 1,5-2 см. На больших нагрузках может происходить частичное отслаивание стекла, что вероятно обусловлено наличием промежуточного слоя между стеклянной и металлической частями микропровода. Установлено, что устойчивой к разрушению областью растяжения провода можно считать интервал напряжений от 100 до 700 МПа. Проведена термообработка (релаксационный отжиг) микропроводов без стеклянной оболочки. Установлено, что снятие исходного уровня напряжений приводит к увеличению скорости роста коэрцитивной силы при приложении осевой растягивающей нагрузки. Данная закономерность может быть использована для повышения чувствительности микропроводов осевой деформации. Разработана установка по измерению магнитострикции микропроводов методом тензометрии. Измерена величина магнитострикции микропроводов методом тензометрии и SAMR (малоуглового вращения вектора намагниченности). Установлено, что величина магнитострикции насыщения всех изученных микропроводов колеблется в пределах (30-35)*10-6. Разработана механическая схема устройства датчика деформации. Построены чертежи функциональных элементов, разработан и описан принцип работы датчика. Зарегистрирован патент на полезную модель. Разработаны электронная и монтажная схемы датчика, осуществлено 3d-моделирование электронной части устройства. Изготовлен прототип датчика деформации, разработана система регистрации и преобразования сигнала с дифференциальных измерительных катушек, разработаны программный код микроконтроллера датчика и программа передачи данных с датчика на компьютер. Проведена доработка конструкции датчика, осуществлена его калибровка. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что наибольшей чувствительностью к осевой деформации обладают микропровода наименьшего диаметра металлической части, покрытые наиболее толстым слоем стеклянной оболочки. Кроме того, высокой чувствительностью, обладают аналогичные микропровода после релаксационного отжига. Таким образом, варьирование диаметра и времени релаксационного отжига позволяет получать микропровода с необходимой чувствительностью по деформации. Разработанное устройство датчика деформации удовлетворяет следующим количественным параметрам: 1) чувствительность - 0,05-100 мкм/м; 2) рабочий диапазон температур - от -50 до 50 °С (возможно расширение диапазона температур); 3) диапазон измерения деформации - ±4000 мкм/м; 4) количество циклов растяжения/сжатия - более 100 тысяч; 5) размеры - менее 10 см; 6) количество осей измерения деформации - 2.