СЕНСОРПЛЮС · Прототип

Чувствует форму.
Не слышит помех.

Гибкий активный датчик на нанокомпозите из углеродных нанотрубок и графена. Для конструкций, которые меняют форму.

Как это работает Характеристики

Схема датчика: гибкая восьмиугольная подложка 21×21 мм, чувствительная зона и четыре контакта.

до 5,7
расчётная тензо­чувствительность Kgauge
21×21 мм
габарит датчика при малой массе
менее 10 %
разброс сопротивления между образцами партии
1 МГц
верхняя частота импедансной спектроскопии

Три идеи. Один датчик.

Металлические тензорезисторы ограничены усталостью фольги и требуют защиты от электромагнитных помех. Датчик СЕНСОРПЛЮС устроен иначе.

Нанокомпозит, который проводит ток.

Чувствительный слой — гибкий полимер с проводящей сетью из углеродных нанотрубок и графена. Деформация меняет сопротивление сети, а вместе с ним и импеданс датчика.

Импеданс вместо сопротивления.

Сигнал снимается методом импедансной спектроскопии в диапазоне от 100 Гц до 1 МГц. Спектр показывает не только деформацию, но и состояние самого чувствительного слоя.

Решётка, которая усиливает сигнал.

Армирующая решётка гибкой подложки спроектирована так, чтобы усиливать отклик датчика на деформацию и задавать его направленность.

Гибкая подложка

Напечатана, а не вырезана.

Восьмиугольная подложка 21×21 мм печатается на 3D-принтере из отечественного полилактида (PLA). Лёгкая решётчатая структура, надёжное сцепление с чувствительным слоем и заданное распределение деформации.

3D-печать партии подложек датчика
Подложки печатаются партиями на 3D-принтере.

Четыре контакта.

Четыре медных контакта на подложке. Четырёхэлектродная схема подключения исключает сопротивление проводов и контактов из результата измерения.

Гибкая и лёгкая.

Решётчатая полимерная основа изгибается вместе с конструкцией и практически не добавляет массы. Датчик можно разместить прямо в критическом узле.

Отечественные материалы.

Подложка печатается из российского PLA. Разработка и производство датчика — в России.

Проверено более чем на 20 образцах.

Импедансная спектроскопия более 20 образцов в диапазоне 100 Гц – 1 МГц подтвердила воспроизводимость характеристик прототипа.

Разброс менее 10 %.

Коэффициент вариации сопротивления между образцами одной партии при штатной четырёхэлектродной схеме измерения. Две партии, изготовленные с интервалом в две недели, дали одинаковые характеристики.

Без индуктивной составляющей.

В измеренных спектрах до 1 МГц индуктивная составляющая отсутствует: датчик ведёт себя как резистивно-ёмкостная цепь.

Контроль состояния слоя.

Дефект проводящего слоя проявляется в форме импедансного спектра. На образцах прототипа такой дефект был обнаружен именно по спектру.

Для конструкций, которые меняют форму.

Трансформируемые и развёртываемые несущие элементы, где датчик должен изгибаться вместе с конструкцией и работать в условиях электромагнитных помех. Область применения — машиностроение.

Трансформируемые конструкции

Мониторинг деформации и изгиба узлов, которые раскрываются, складываются или меняют геометрию в работе.

Развёртываемые несущие элементы

Контроль состояния каркасов, ферм и панелей после развёртывания и в течение всего срока службы.

Ответственные узлы машин

Отслеживание напряжений и деформаций там, где нужен гибкий датчик, повторяющий форму детали.

Сравнение с аналогами.

Три класса импортных датчиков деформации и то, чем от них отличается СЕНСОРПЛЮС.

КритерийСЕНСОРПЛЮСФольговые тензорезисторы1Полупроводниковые тензорезисторы2Гибкие датчики изгиба3
Работа на гибких и трансформируемых конструкциях Гибкая подложка изгибается вместе с узлом Тонкая основа, но жёсткое приклеивание и малые деформации Хрупкий кремний, малые деформации Измеряют угол изгиба, а не деформацию материала
Считывание сигнала и помехи Переменный ток на заданной частоте: помехи вне частоты измерения отфильтровываются Мостовая схема, нужны экранирование и температурная компенсация Мостовая схема, сильная температурная зависимость Резистивный делитель, дрейф показаний
Большие деформации и многократный изгиб Гибкая решётчатая подложка и эластичный чувствительный слой; ресурсные испытания — в программе следующего этапа Ограничены усталостью металлической фольги Ограничены хрупкостью кремния Гистерезис при многократном изгибе
Коэффициент тензочувствительности до 5,7 по расчёту армирующей решётки; экспериментальная калибровка запланирована ≈ 2, линейный Высокий, но нелинейный и сильно зависит от температуры Не нормируется, оценочный отклик
Контроль состояния чувствительного слоя Дефект проводящего слоя виден в форме импедансного спектра Только проверка целостности цепи Только проверка целостности цепи Только проверка целостности цепи
Технология изготовления 3D-печать подложки и нанесение чувствительного слоя, без литографии и вакуумных процессов Фотолитография металлической фольги Кремниевая микроэлектронная технология Печать проводящего слоя на плёнке
Поставка Разработка и производство в России Зарубежные производители, поставка через дистрибьюторов Зарубежные производители, поставка через дистрибьюторов Зарубежные производители, поставка через дистрибьюторов

1 Например, HBK (HBM), Kyowa, Micro-Measurements. 2 Например, Kyowa KSP, Micron Instruments. 3 Например, Spectra Symbol Flex Sensor, Bend Labs. Названия брендов приведены для примера и принадлежат их владельцам. Характеристики аналогов даны как обобщённая характеристика класса датчиков по открытым источникам и могут отличаться у конкретных моделей. Коэффициент тензочувствительности датчика СЕНСОРПЛЮС — расчётное значение для прототипа.

Характеристики

Тип датчика
гибкий активный датчик деформации
Габарит подложки
21×21 мм, восьмиугольник
Рабочая зона
10,4×10,4 мм
Метод считывания
импедансная спектроскопия
Частотный диапазон
100 Гц – 1 МГц
Контрольная частота
100 кГц
Схема подключения
четырёхэлектродная, медные контакты
Чувствительный слой
нанокомпозит с углеродными нанотрубками и графеном
Материал подложки
полилактид (PLA), 3D-печать
Тензочувствительность Kgauge
до 5,7 (расчёт)
Номинальное сопротивление
≈ 35 кОм
Повторяемость в партии
разброс менее 10 %
Индуктивная составляющая
отсутствует до 1 МГц
Назначение
мониторинг трансформируемых конструкций
Область применения
машиностроение
Стадия
прототип, отработка технологии

Данные испытаний прототипа: более 20 образцов, три серии измерений. Это прототип — характеристики могут уточняться. Ресурсные и температурные испытания запланированы на следующем этапе.

Поддержка проекта

Грантовая поддержка

Проект реализуется при грантовой поддержке Фонда содействия инновациям в рамках программы «Студенческий стартап» мероприятия «Платформа университетского технологического предпринимательства» федерального проекта «Технологии».

Договор № 688ГССС27/108730 от 13.10.2025. Тема: «Создание прототипа гибкого активного датчика для мониторинга состояния конструкций». Грантополучатель — Семенуха Оксана Викторовна, ООО «СЕНСОРПЛЮС».