3. Сенсори деформації

3.1. Сенсор деформації на основі стрічкового кристала n-GaAs

Найбільшого розповсюдження набули тензорезистивні давачі з ниткоподібних кристалів Si. Арсенід-галієвим давачам з масивного або плівкового матеріалу присвячено мало праць.

Проведені нами дослідження показали перспективність застосування стрічкових кристалів (CK) GaAs n-типу як ЧЕ тензорезисторів. Матеріал є сильнолегованим і компенсованим. Повздовжній коефіцієнт тензочутливості (K = -ΔR/Ro є) для ρ ~ 0,1 Ом*см перевищує 100. Товщина ЧЕ невелика - 10-30 мкм, що сприяє кращій передачі деформації від об'єкту. Ще одна їх перевага - низький TKO, що спрощує методику їх застосування в широкому температурному інтервалі і вигідно відрізняє від давачів з масивного GaAs.

Важливою особливістю давачів с можливість вимірювання деформації об'ємного стиску. З відомих матеріалів тільки манганін може використовуватися в такій якості, маючи невисоку чутливість. До тисків 2*10⁸ Па зміна ΔR/R₀ лінійна, понад ці тиски - надлінійна. Значення коефіцієнта гідростатичного тиску KTT (S = ΔR/R₀ ΔР) досягає величини 46 10^-10 Па^-1, що на порядок вище від значень для давачів з плівкового GaAs , або в 1,5 рази перевищує KTT для відомих давачів з GaAsP.

За величиною температурного коефіцієнта KTT ΔS/ΔT (<0,1 %/К) давачі не поступаються відомим давачам з варізонного AlGaAs.

Підвищену чутливість CK до деформації ми пов'язуємо зі зміною концентрації, вільних носіїв за рахунок зміни потенціального рельєфу CJIKH при деформації. Підтверджується це приведеною на рис. 9.1 залежністю коефіцієнтів п'єзоопору від 1/Т, отриманої з експериментів при дії гідростатичного тиску, і залежністю, отриманою з експериментів по одновісному розтягу. Зміна нахилу констан зі зміною тиску підтверджує дане припущення.

п = п₀ +тс_п, (6)

де перша враховує «малі» ефекти - зміну ефективної маси і т.п., а друга - зміну концентрації носіїв.

Рис.9. Температурна залежність коефіцієнтів п'єзоопору CK n-GaAs, одержана при дії гідростатичного тиску (1) та одновісного розтягу (2).

2.2. Метод вимірювання деформації (фототензорезистор)

При вимірюванні деформації на рухомих об'єктах застосовують контактні струмознімачі, або безконтактні пристрої, що містять блок формування синхронізуючих імпульсів на давачі, телеметричну систему передачі і обробки сигналів і т.д., що ускладнює процес вимірів.

Запропоновано більш простий спосіб вимірювання деформації рухомих об'єктів (деталей, які обертаються) з «користанням тензорезистора (TP) з фоточутливого матеріалу, по має довготривалу релаксацію фотопровідності фототензорезистор). У цьому випадку одночасно з дією деформації проводять освітлення TP фіксованим світловим потоком, вимірюють час t, що відраховується відносно моменту припинення дії деформації і освітлення, за який опір TP досягає фіксованого значення R_t, а потім - з емпірично встановленої формули:

(7)

Рис.10. Градуювалыга характеристика давача при різних рівнях деформації ε(а): 1 - 0; 2 –3*1000 відн. од. та залежність його початкового опору від деформації (б).