Ученики СУНЦ НГУ нашли способ отслеживать движение деталей на конвейере без использования дополнительных датчиков

В промышленном производстве есть высокая потребность отслеживать положение, движение и скорость у различных деталей. Например, при конвейерном производстве необходимо, чтобы каждая деталь вставала на свое место в нужное время и в нужном положении. Контроль за этими параметрами помогает уменьшить количество брака, предотвратить поломку оборудования и обеспечить безопасность сотрудников. Сегодня для фиксирования положения, движения и скорости в промышленности используют лазеры и механические датчики. Однако из-за сложных условий производства, например, грязи, вибрации, экстремальных температур или полной герметичности, лазеры «слепнут», а механические датчики быстро приходят в негодность. 

Ученики 10-1 класса СУНЦ НГУ Анастасия Вараксина и Александр Денисов под руководством кандидата физико-математических наук, доцента кафедры физики СУНЦ НГУ и кафедры общей физики Физического факультета НГУ, научного сотрудника Института ядерной физики СО РАН Ивана Иванова предложили новый способ решения этой проблемы.

В качестве высокоточного сенсора ребята решили использовать силовую катушку — это моток медного провода с железным сердечником, который при подаче тока превращается в магнит, толкает или тянет металлические предметы. Силовая катушка находится внутри каждого механизма на производстве.

— Мы хотели научиться «видеть» движение объекта там, где обычные датчики бессильны. Нашей целью было создать математический алгоритм и собрать установку, которая по одним только изменениям тока и напряжения в катушке может в реальном времени восстановить траекторию скрытого внутри нее предмета, — рассказывает Александр Денисов. — В ходе проекта мы научились работать с измерительным оборудованием — осциллографами — и анализировать сложные осциллограммы.

Теоретической основой исследования стал закон электродинамики — Фарадея и Кирхгофа — совместно с законами механики. Юные физики составили уравнение, где мостиком между током и скоростью стал особый коэффициент альфа. Затем они собрали электрическую цепь и с помощью осциллографа (прим. — измерительный прибор, предназначенный для визуального наблюдения, анализа и записи электрических сигналов) определили параметры катушки в разных положениях. Далее записали сигнал реального движения (удара) сердечника. В результате из общего сигнала ребята математически вычли нагрев и инерцию, оставив только чистую информацию о движении, которую затем превратили в график скорости и траектории.

В ходе исследования ребята доказали, что электрический отклик цепи действительно содержит в себе всю информацию о том, как движется объект. Такой метод позволил вычислить перемещение сердечника с точностью до долей миллиметра. Система работает стабильно при разном напряжении, фиксирует физику процесса, а не случайные помехи.

— Потенциал для развития этого исследования огромный. Эту технологию можно внедрять в  гидроцилиндры, системы активной подвески автомобилей или в приводы роботов для работы под водой и в космосе, где надежность превыше всего, — считает Александр Денисов.

Результаты исследования Анастасия Вараксина и Александр Денисов представили на 64-й Международной научной студенческой конференции в НГУ и были удостоены дипломом 1 степени в подсекции «Турнир юных физиков и общая физика».