«Интеллектуальные материалы» Содержание

Введение……………………………………………………………………………. 3

1«Интеллектуальные» материалы и конструкции…………………...................... 5

1.1 Структура «интеллектуальных» систем………………………………….... 5

1.2 Классификация «интеллектуальных» систем……………………………… 7

1.3 Области применения сенсоров, актюаторов……………………………….. 11

2 Сенсоры ИВПКМ………………………………………………………………… 13

2.1 Пьезоэлектрические датчики………………………………………………… 14

2.2 Датчики с магнитными элементами…………………………………………. 17

2.3 Оптико-волоконные датчики………………………………………………… 18

3 Актюаторы ИВПКМ……………………………………………………………... 23

4 Микро- и нанопроцессоры ИВПКМ……………………………………………. 27

4.1 Микропроцессоры…………………………………………………………….. 27

4.2 Нанопроцессоры………………………………………………………………. 27

5 Оптоволоконная система связи и управления………………………………….. 33

Список использованных источников……………………………………………… 37

Введение

Интеллектуальными называются материалы, которые могут контролируемым образом изменять свои свойства в ответ на изменения окружающей среды. Основной особенностью ИМ является их способность преобразовывать один вид энергии в другой. Это дает возможность использовать их для выполнения сложных функций датчиков и исполнительных устройств. Датчик преобразует действие в сигнал, а исполнительное устройство сигнал в действие.

Структура ВПКМ при использовании современного расчетного аппарата оптимизируется по отношению к характеру внешних воздействий и конструируется с требуемым уровнем анизотропии свойств. При оптимизации структуры ВПКМ им придается определенный уровень адекватной, хотя и пассивной, но эффективной реакции на внешние воздействия («разумности», интеллектуальности). «Интеллектуальность», адекватность условиям эксплуатации ВПКМ обеспечивается оптимальной структурой, рассчитанной и реализованной интеллектом материаловеда, конструктора, технолога.

Следующим шагом стала разработка на основе достижений наукоемких технологий ВПКМ, способных активно противодействовать внешним воздействиям и адаптироваться (приспосабливаться) к ним после оценки характера внешних воздействий и собственного состояния, ВПКМ, способных анализировать и управлять своими эксплуатационными характеристиками, т.е. интеллектуальных ВПКМ (ИВПКМ).

Основой конструкционных и специальных ИВПКМ являются ВПКМ с планируемой анизотропией свойств, с оптимальным армированием. Конструкционные ВПКМ с оптимальным армированием адекватно реагируют определенное время (определяющее их долговечность, ресурс) на стабильные во времени внешние воздействия. Введение в структуру ВПКМ компонентов, обеспечивающих более высокий уровень «интеллекта», определяет специфичность интеллектуальных ВПКМ (ИВПКМ). ИВПКМ способны адекватно реагировать на изменяющиеся внешние воздействия и корректировать в определенных пределах свою структуру и свойства до уровня, адекватному изменяющимся внешним воздействиям.

Интеллектуализация конструкционных ВПКМ, ВПКМ специального назначения (например, радиопоглощающих) направлена на обеспечение стабильности свойств в течение периода их эксплуатации за счет модификации ВПКМ компонентами, использующими достижения микро- и нанотехнологий, введенными в структуру ВПКМ (конформные компоненты). К конформным компонентам ИВПКМ предъявляются достаточно жесткие размерные требования, которые определяют возможность их размещения в объеме ИВПКМ. ИВПКМ чаще всего используются в качестве оболочек конструкций силового и специального назначения, в которых за счет введения датчиков (конформные датчики, микросенсоры), исполнительных механизмов (актюаторы, материалы и процессы микромеханики), систем связи, обработки информации, управления (оптические волокна, микроэлектроника, микропроцессорная техника) реализуются возможности самодиагностики (самоинформирующиеся, самодиагностирующиеся ИВПКМ) и адаптирования (самореагирующие, «приспосабливающиеся», адаптирующиеся ИВПКМ).

Конструкции из ИВПКМ, содержащие встроенные датчики, актюаторы и микропроцессоры, используют для изготовления, функционирования, повышения надежности и долговечности, обслуживания систем различного назначения. Они способны демпфировать колебания, опасные вибрации, обнаруживать нарушение структурной целостности, обеспечивать снижение радиолокационной заметности.

ИВПКМ прежде всего нашли применение в качестве конструкционных и специальных (радиопоглощающих) материалов для авиакосмических конструкций. Они перспективны во всех областях (судостроение, автомобилестроение, строительство), где требуется повышение надежности и прогнозирование работоспособности конструкций.

Основными типами ИВПКМ являются самодиагностирующиеся (пассивные конструкции) и адаптирующиеся ИМ (активные конструкции с исполнительными устройствами – актюаторами). Совершенствование ИМ предполагает оптимизацию их свойств путем «обучения» для достижения наилучшей реакции на изменяющиеся условия (интеллектуальные конструкции, ИК). Разработка ИК предполагает и использование принципов, реализуемых в робототехнике, достижений молекулярной электроники, нанотехнологии, биотехнологии.

Самодиагностирующиеся ИВПКМ осуществляют самоконтроль своего состояния по схеме: получения сигнала от конформного датчика о возникших в материале изменениях, идентификация сигнала, анализ сигнала, принятие решения человеком.

Адаптирующиеся ИВПКМ используют конформные компоненты из материалов, которые не только обеспечивают диагнозирование, но и способны изменять свойства (параметры деформации) или геометрию конструкции из ИВПКМ контролируемым образом. Разработка ИМ и ИК связана с использованием чувствительных и активных материалов, обеспечивающих миниатюрность (использование нанотехнологий для предельной миниатюризации компонентов – наносенсорика, наномеханика, наноэлектроника), многофункциональность, легкую встраиваемость в конструкцию из ИВПКМ сенсоров, микропроцессоров, актюаторов, их соединений.

Целью курсовой работы является изучение свойств и возможностей для применения интеллектуальных материалов в различных областях человеческой деятельности.