ПЕРМЬ, 17 апреля. /ТАСС/. Оптоволоконный датчик для обнаружения акустических волн в жидкости, необходимый в микробиологических исследованиях, медицине, экомониторинге, а также при создании перспективных беспилотных авиационных систем (БАС) создали ученые Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева — КАИ (КНИТУ-КАИ) и молодежной лаборатории интегральной фотоники Пермского государственного национального исследовательского университета (ПГНИУ). Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ.
«Данное направление нас привлекло тем, что оно позволяет заметно улучшить характеристики наших систем, а именно, значительно уменьшить габариты сенсора. Это актуально, например, для биосенсоров, с помощью которых проводят измерения физических параметров на клеточном уровне. Такие измерения позволят более точно понять механизмы, происходящие на межклеточном уровне, включая вопросы передачи информации между отдельными клетками», — рассказал заведующий кафедрой радиофотоники и микроволновых технологий КНИТУ-КАИ Артем Кузнецов.
По словам ученых, оптический волоконный гидравлический датчик разработан на основе интерферометра Фабри-Перо с открытым полостным резонатором. По сравнению с другими типами волоконно-оптических интерферометров, датчики на основе интерферометра Фабри-Перо (ИФП) более компактные и просты по своей конструкции.
Как создается и работает датчик.
Исследователи выявляли возможность использования открытой каплевидной полости на конце оптического волокна в качестве безмембранного акустического датчика, который улавливает звуковые колебания, распространяющиеся в жидкой среде, и работает в качестве первичного сенсорного элемента. В итоге, ученые предложили альтернативный подход к изготовлению резонатора ИФП с использованием эффекта катастрофического разрушения (плавления) одномодового волокна мощным лазерным источником. При таком воздействии в сердцевине волокна образуются множественные пустоты с периодом в несколько микрометров. Для получения резонатора такое волокно скалывается в области пустоты, в результате чего образуется каплевидная полость длиной около сотни микрометров, образующая интерферометр Фабри-Перо. Такая полость, скалываемая на сужающемся конце, может служить безмембранным датчиком давления. Граница раздела жидкости и газа в этом случае выполняет роль внешнего отражателя.
Погружение конца оптического волокна в жидкую среду приводит к образованию внутри полости замкнутого газового пузырька, границы которого выступают в качестве зеркал интерферометра. Оптическое излучение, пройдя через такую структуру, преобразуется в гребенчатый спектр, период и контраст которого зависят от показателей преломления сердцевины оптического волокна, газовой полости и внешней жидкости, а также длины интерферометра.
Как отметили в Минобрнауки РФ, созданная конструкция — плод сотрудничества исследователей из Перми, разработавших технологию формирования самих сенсоров, и казанских ученых, реализовавших программно-аппаратную платформу регистрации сигналов. По словам самих ученых, «достойных аналогов таких систем с приемлемой стоимостью нет». Разработкой уже заинтересовалось одно из предприятий, занимающихся производством медицинского оборудования. Кроме того, авторы проекта сотрудничают в этом направлении с институтом биохимии и биофизики КазНЦ РАН.
Для чего нужен сенсор.
Как отмечают ученые, подобные сенсоры нужны для лабораторных исследований, прежде всего, в области микробиологии и медицины. «На базе этих датчиков могут быть разработаны новые виды лабораторного оборудования для микробиологических исследований, что позволит поднять подобные исследования на качественно новый уровень», — добавили в Минобрнауки РФ.
Разработанный в Казани и Перми сенсор универсален. По словам ученых, после некоторой доработки он может быть использован для измерения других величин, например, концентраций жидких и газообразных веществ, что позволит реализовать на его основе мультисенсорную бортовую систему для БАС нового поколения для решения широкого спектра мониторинговых задач, в том числе экологического контроля. Исследование ученых выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ) и Министерства науки и высшего образования РФ.
