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Une meilleure sensibilité des capteurs de déformation grâce à des fissures régulières

capteurs de déformation sans fil

Le contrôle de la structure des électrodes fragmentées composées de nanotubes de carbone pourrait permettre une meilleure surveillance sans fil de la déformation des matériaux dans un large éventail d’applications. « Ces capteurs de déformation sans fil ouvrent des possibilités infinies pour toutes les situations qui nécessitent une surveillance sans fil précise des structures », déclare Gilles Lubineau, professeur de génie mécanique à KAUST.

Lubineau a développé cette technologie avec le post-doc Hussein Nesser. Selon Nesser, « notre capteur peut être utilisé directement pour évaluer, in situ et avec une grande précision, la contrainte exercée sur les matériaux. »

La surveillance des contraintes imposées aux matériaux est cruciale pour contrôler la sécurité de tous les éléments. Elle peut aussi aider à contrôler la sécurité des bâtiments et des ponts aux navires et aux avions. Les capteurs de déformation sont également des sous-dispositifs importants pour la surveillance de certains aspects de la santé. Des dispositifs également utiles pour surveiller des performances sportives ou encore la robotique. Les structures naturelles, manufacturées et vivantes font toutes faces à des contraintes et des déformations qui peuvent compromettre leur intégrité.

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Détecter les contraintes subies par les matériaux dans des endroits difficiles d’accès

La plupart des capteurs de contraintes se compose de matériau capable de convertir une déformation physique en changements de résistance électrique ou de capacité. Les signaux électriques qui en résultent vont traditionnellement s’acheminer vers les dispositifs de détection par des fils. Mais, depuis peu, la technologie sans fil offre les avantages évidents de la télédétection. Cette technologie est particulièrement utile pour détecter les contraintes subies par les matériaux dans des endroits difficiles d’accès. Des endroits comme notamment les structures intégrées, les véhicules ou l’intérieur du corps.

Les systèmes sans fil existants sont toutefois confrontés à des problèmes de faible sensibilité. Les chercheurs de KAUST se sont attaqués à ces problèmes en introduisant un motif spécial de fissures dans les électrodes fragmentées. Ils ont fait en sorte d’augmenter considérablement la sensibilité des réponses électriques. L’équipe travaillait déjà sur un tel concept dans le passé pour des capteurs résistifs. Toutefois, c’est la première fois qu’il est appliqué à des capteurs capacitifs qui conviennent mieux aux applications passives sans fil.

Capteurs de déformation sans fil : intégration dans des systèmes faciles à déployer

Il s’agit notamment d’un condensateur électrique avec des électrodes soigneusement fragmentées en papier contenant des nanotubes de carbone. Les changements électriques provoqués par différents niveaux de contrainte génèrent des signaux. Des signaux qu’il est possible de capter sans fil par couplage électromagnétique.

« Notre innovation apporte un facteur de jauge élevé au monde de la détection sans fil des contraintes », explique M. Lubineau. Le facteur de jauge décrit le rapport entre le signal électrique généré et le niveau de déformation.

Après avoir démontré le principe de leur concept, les chercheurs prévoient maintenant de l’intégrer dans des systèmes faciles à déployer. Des systèmes adaptés à la commercialisation. Ils étudieront également la possibilité de l’utiliser pour détecter d’autres propriétés physiques des matériaux en plus de la déformation.

« Notre objectif ultime est de créer une nouvelle génération de capteurs sans fil, sans batterie et à très faible coût », explique M. Nesser.

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