Сенсорный интеллект
Ученые Национального университета «Львовская политехника» разработали и подготовили к выпуску уникальный микроэлектронный датчик для нефтегазовых скважин.
Вместе с семью другими ведущими университетами и научными учреждениями НАН Украины, занимающимися исследованиями в сфере разработки микроэлектронных датчиков для интеллектуальных систем, эту работу выдвинули на соискание Государственной премии Украины в области науки и техники.
Лаборатория сенсорной электроники научно-исследовательского центра «Кристалл» при кафедре полупроводниковой электроники Национального университета «Львовская политехника» — единственное в Украине учреждение, где разработана технология выращивания полупроводниковых нитевидных кристаллов (НК) и структур «кремний-на-изоляторе». На их основе здесь ведутся работы по созданию сенсорных измерителей физических величин. Как утверждают львовские ученые, НК кремния, германия и их твердых растворов являются идеальной элементной базой для изготовления высокочувствительных и быстродействующих приборов измерения давления, деформаций, ускорений, усилий, перемещений, разницы температур, влажности, параметров атмосферы. Им присущи уникальные механические характеристики, они способны работать в различных амплитудно-частотных и температурных интервалах.
Изобретенные в НИЦ «Кристалл» микроэлектронные датчики стали основными элементами, определяющими экономические, эксплуатационные и метрологические характеристики информационно-измерительных интеллектуальных систем. Часть из них уже внедрена в серийное производство, некоторые применяются также в технологиях военного назначения. Последняя разработка львовской лаборатории сенсорной электроники — первичный преобразователь давления и температуры для геологоразведочных и буровых работ, предназначенный для комплектации глубинного прибора диагностирования обсадных колонн в нефтегазовых скважинах. Электронная схема, являющаяся составной частью датчика, выполняет функции температурного корректора входящего и исходящего сигналов преобразователей давления и температуры.
— Принцип действия сенсора давления базируется на использовании пьезорезистивного эффекта в полупроводниках, в нашем случае — в кремнии, — рассказывает автор разработки, профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой полупроводниковой электроники НУ «Львовская политехника» Анатолий Дружинин. — В датчиках используются тензорезисторы с высоким коэффициентом тензочувствительности, что делает прибор намного эффективнее по сравнению с датчиками с фольговыми или пленочными тензорезисторами. Разработанная в нашей лаборатории конструкция с применением специальных материалов расширяет диапазон рабочих температур до +300°С.
Микроэлектронный сенсор львовских ученых действительно миниатюрный — всего 42х93 мм. Питается датчик от напряжения 5 В, может работать при температуре от 0 до +125°С и измерять давление в диапазоне 0—100 МПа. Полевые испытания прибора, проведенные НИЦ «Кристалл» совместно с отделением Государственного геологоразведочного института на нефтегазоносных полях Полтавщины, показали его высокую точность и способность измерять как статические, так и динамические давления в широком амплитудно-частотном диапазоне.
Достижения последних лет специалистов «Львовской политехники» в области сенсорной электроники обобщены в фундаментальной научно-прикладной работе «Создание микроэлектронных датчиков нового поколения для интеллектуальных систем». Она обобщает материалы более 400 публикаций, в том числе и в ведущих международных изданиях с высоким импакт-фактором. Эта работа, отдельные части которой поддержаны международными грантами по программам INTAS, INCO-COPERNICUS, Седьмой рамочной программы ЕС, и выдвинута на соискание Государственной премии Украины Одесским национальным университетом им. И.Мечникова.
Из порядка 50 других разработок новых типов датчиков, выдвигаемых на Государственную премию, есть, например, портативная интеллектуальная система «Флоротест», изготовленная в Институте кибернетики им. В. Глушкова НАН Украины. Она может контролировать влажность почв виноградников одним только прикосновением сенсора к лозе. Себестоимость зарубежного аналога этого прибора — 24 тыс. евро, а «Флоротеста», значительно меньшего по размеру, — всего $200.
Или еще одна разработка — так называемый «искусственный нос» для определения свежести продуктов. Этот интеллектуальный продукт Института физики полупроводников им. В.Лашкарева НАН Украины способен зафиксировать одну молекулу сероводорода среди миллиона других.
