Сенсоры в виде поверхностного покрытия известны уже достаточно давно. Например, покрытия, изменяющие цвет под действием внешнего воздействия. Обычно такие покрытия и аналогичные им ткани не позволяют получить точной количественной информации. Однако часто требуется лишь качественная информация о достижении контролируемым параметром порогового значения, а в некоторых случаях соответствующий анализ качественных характеристик может дать количественный результат. В инженерном смысле пленки и нити являются плохими датчиками, но именно так биологические системы получают всю информацию, кроме визуальной и акустической.
Возможно, самый известный пример таких систем - это трикотажная рубашка, которая становится красной, когда ее температура приближается к температуре тела. Этот случай стал объектом многих, не всегда вежливых, комментариев. В технических изделиях специальные краски и покрытия используют для обнаружения места поверхностного воздействия ("синяков") и выявления достижения некоторого порога температуры. Большинство так называемых интеллектуальных красок используют химические реакции в полимерах, в результате которых появляются пигменты, изменяющие цвет поверхности после теплового или механического воздействия.
Углеродные волокна изменяют сопротивление под действием деформации, что характерно для пьезорезисторов. Это свойство используют для контроля уровня деформации в углепластиках. Использование волокон для контроля уровня напряжения имеет очевидные преимущества несмотря на то, что их нельзя назвать "хорошими" инженерными датчиками в связи с разбросом характеристик. Тем не менее они дают очень полезную качественную информацию, анализ которой характеризует состояние структуры.
Резистивные полимерные нити дают аналогичную информацию о состоянии гибких и жестких конструкций. Полимерные нити вводят в ткани и с помощью множества электродов на концах волокон получают сенсорную систему, которую можно приклеивать к структурам любой формы. Чувствительные полимерные волокна можно вводить и в волокнистые композиты типа углепластиков. Однако в этом случае температура отверждения полимерной матрицы должна быть не слишком высокой, чтобы не испортилось чувствительное полимерное волокно.
Диапазон применения сенсорных волокон и покрытий огромен. В перспективе они будут использоваться в медицине. Например, при медицинском осмотре вместо системы накладываемых электродов можно одевать интеллектуальный трикотажный костюм или повязку. Аналогично, для лечения поврежденного сустава или конечности в интеллектуальный протез может быть встроена система преобразователей. Это направление исследований имеет большой потенциал (рис.2. 19 и 2. 20).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Прежде всего, интеллектуальная структура должна получить информацию. В данной курсовой я попытался описать сенсоры, дающие исходные данные. Возможно, дальнейшее развитие сенсорных систем будет ориентировано не на использование компьютеров, а на копирование принципов действия биологических объектов.
Сейчас трудно или даже невозможно определить, какое направление развития будет преобладать. Однако, независимо от особенностей конкретной контролируемой структуры, датчики желательно рассматривать как ее составную часть, а не дополнение к ней. Комплексный подход важен при проектировании любой структуры, будь то интеллектуальный трикотажный костюм или подвесной мост. При этом считывание информации, принятие решения и действия должны подчиняться некоторому набору простых эксплуатационных критериев.
В этой курсовой я попытался представить краткий обзор методов получения информации при помощи сенсорных систем и дал представление о важности процедуры обработки сигнала. Кроме того, я обсудил перспективы развития сенсорных технологий. И можно надеяться, что в этой области нас ожидают новые открытия и интересные разработки.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. К. Уорден, Б. Калшоу, У. А Бахо, Дж. Хэйвуд. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применения.