Учёные Университета МИСИС с помощью алгоритмов усовершенствовали работу датчиков на основе эффекта гигантского магнитного импеданса (ГМИ) для поиска микротрещин и дефектов в зданиях. Новая математическая модель автоматически устраняет возникающие погрешности, благодаря чему точность измерений увеличивается более чем в 80 раз. Сотрудники МЧС РФ успешно протестировали опытный образец, анализируя состояния аварийных домов.
ГМИ-датчики применяются в различных отраслях: в промышленности для измерения положения, скорости, деформаций и температуры; в геофизике для поиска полезных ископаемых и аномалий магнитного поля; в биомедицине для детекции магнитных меток и наночастиц; в системах неразрушающего контроля для поиска микротрещин и дефектов в конструкциях и металлах.
Специалисты Университета МИСИС, НИЯУ МИФИ и Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН увеличили рабочий температурный диапазон образца с помощью программной обработки регистрируемых данных. Для этого рядом с магнитным сенсором размещается миниатюрный датчик температуры. Специальный алгоритм анализирует температуру и автоматически пересчитывает результат измерения, устраняя влияние нагрева или охлаждения. Предложенная математическая модель автоматически устраняет возникающие погрешности, благодаря чему точность измерений сохраняется в широком «индустриальном» диапазоне температур от −50 С до +80 °C.
«В основе предложенного решения лежит использование дополнительной информации об изменении окружающей температуры и данных об изменении показаний ГМИ-датчика при нагреве или охлаждении. Сначала для каждого устройства проводят калибровку — определяют, как именно температура влияет на его работу. Затем во время измерений предложенный алгоритм автоматически учитывает эти изменения и корректирует результат. Благодаря этому удается значительно снизить влияние температурной погрешности на результат измерений», — отметил к.ф.-м.н. Сергей Гудошников, доцент кафедры цветных металлов и золота НИТУ МИСИС.
Без алгоритмической коррекции изменение температуры существенно влияло на результаты измерений. После применения разработанной математической модели температурная погрешность уменьшилась более чем в 80 раз, а показания оставались практически неизменными даже при значительном нагреве. Подробности исследования опубликованы в научном журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials (Q2).
«Предложенный алгоритм не требует больших вычислительных ресурсов и может работать даже на компактных микроконтроллерах. Это облегчает его использование в существующих измерительных системах и делает перспективным для технических применений, где особенно важны малые размеры и вес устройства», — сказал д.т.н. Вадим Тарасов, заведующий кафедрой цветных металлов и золота, директор Центра инжиниринга промышленных технологий НИТУ МИСИС.
В дальнейшем исследователи планируют увеличить температурный диапазон калибровки. После соответствующей настройки метод сможет обеспечивать высокую точность измерений в диапазоне от −50 до +100 °C, что значительно расширит возможности использования таких датчиков в реальных условиях эксплуатации.
Работа выполнена в рамках программы развития инженерного технологического центра НИТУ МИСИС по приоритетным направлениям научно-технологического развития (соглашение № 075-15-2025-570) и программы Минобрнауки России «Приоритет-2030».
