เครื่องบินรบ

อุปกรณ์เหล่านี้เป็นตัวอย่างของเทคโนโลยีใหม่ที่เรียกว่า "ระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค" หรือ MEMS ซึ่งเป็นเครื่องจักรที่รวมชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องกลในระดับจุลภาค Farshid Sadeghi ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลกล่าวว่า "เทคโนโลยี MEMS มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากต้องมีขนาดเล็กพอที่จะไม่รบกวนการทำงานของตลับลูกปืน" "และอีกประเด็นคือต้องทนความร้อนสูงได้" ลูกปืนของเครื่องยนต์ต้องทำงานท่ามกลางอุณหภูมิประมาณ 300 องศาเซลเซียส หรือ 572 องศาฟาเรนไฮต์ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าเซ็นเซอร์ใหม่สามารถตรวจจับความล้มเหลวของตลับลูกปืนที่เกิดจากอุณหภูมิที่ใกล้จะเกิดขึ้นได้เร็วกว่าเซ็นเซอร์ทั่วไป Dimitrios Peroulis ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์กล่าวว่า "การเตือนล่วงหน้าประเภทนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพื่อที่คุณจะได้ดับเครื่องยนต์ก่อนที่มันจะล้มเหลว" ผลการวิจัยจะมีรายละเอียดในรายงานการวิจัยที่จะนำเสนอในวันอังคาร (30 ต.ค.) ระหว่างการประชุม IEEE Sensors 2007 ในแอตแลนตา ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากสถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ บทความนี้เขียนโดยนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ Andrew Kovacs, Peroulis และ Sadeghi เซ็นเซอร์อาจถูกใช้งานในอีกไม่กี่ปีในเครื่องบินทหาร เช่น เครื่องบินรบและเฮลิคอปเตอร์ เทคโนโลยีนี้ยังมีศักยภาพในการใช้งานในผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ รวมถึง เครื่องบิน และรถยนต์ Peroulis กล่าวว่า "สิ่งใดก็ตามที่มีเครื่องยนต์จะได้รับประโยชน์จากเซ็นเซอร์ MEMS โดยการติดตามตลับลูกปืนที่สำคัญ "นี่จะเป็นครั้งแรกที่ส่วนประกอบ MEMS จะถูกสร้างให้ทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นนี้ อุณหภูมิสูง ยุ่งเหยิง มีน้ำมันอยู่ทุกที่ และคุณมีความเร็วในการหมุนสูง ซึ่งทำให้ฮาร์ดแวร์ต้องรับภาระหนัก" งานนี้เป็นการต่อยอดจากงานวิจัยก่อนหน้านี้ของ Sadeghi ที่มุ่งพัฒนาเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อวัดอุณหภูมิภายในตลับลูกปืนวิกฤตในดาวเทียมสื่อสาร "นี่เป็นปัญหาหลักสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ รวมถึงตลับลูกปืนในวงล้อควบคุมทัศนคติของดาวเทียมเพื่อให้ดาวเทียมอยู่ในตำแหน่ง" Sadeghi กล่าว ล้อรองรับด้วยตลับลูกปืนสองตัว หากผู้ควบคุมภารกิจรู้ว่าตลับลูกปืนกำลังมีปัญหาในหน่วยใดหน่วยหนึ่ง พวกเขาสามารถปิดและเปลี่ยนไปใช้หน่วยสำรองได้ “อย่างไรก็ตาม สิ่งที่เกิดขึ้นคือคุณไม่ได้รับสิ่งบ่งชี้ใด ๆ เกี่ยวกับความล้มเหลวของตลับลูกปืนที่ใกล้จะเกิดขึ้น และทันใดนั้นไจโรก็หยุดลง ทำให้ดาวเทียมพุ่งออกจากวงโคจร” Sadeghi กล่าว "อาจต้องใช้ความพยายามและเชื้อเพลิงอย่างมากในการพยายามนำมันกลับสู่วงโคจรที่เหมาะสม และหลายครั้งที่ความพยายามเหล่านี้ล้มเหลว" นักวิจัยของ Purdue ได้รับทุนจากกองทัพอากาศสหรัฐในปี 2549 เพื่อขยายงานสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงในเครื่องยนต์ไอพ่น “เทคโนโลยีเซนเซอร์ปัจจุบันสามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงถึงประมาณ 210 องศาเซลเซียส และกองทัพต้องการขยายอุณหภูมิดังกล่าวให้สูงถึงประมาณ 300 องศาเซลเซียส” Sadeghi กล่าว "ในขณะเดียวกัน เราจะต้องย่อขนาดให้เล็กลงอีก" เซ็นเซอร์ MEMS ใหม่ช่วยให้สามารถตรวจจับความล้มเหลวที่กำลังจะเกิดขึ้นได้ตั้งแต่เนิ่นๆ โดยการตรวจสอบอุณหภูมิของตลับลูกปืนเครื่องยนต์โดยตรง ในขณะที่เซ็นเซอร์แบบเดิมจะทำงานทางอ้อมโดยการตรวจสอบอุณหภูมิของน้ำมันเครื่อง ทำให้ได้ข้อมูลที่เฉพาะเจาะจงน้อยลง อุปกรณ์ MEMS จะไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ และจะส่งข้อมูลอุณหภูมิแบบไร้สาย Peroulis กล่าวว่า "ระบบประเภทนี้ใช้วิธีการที่เราเรียกว่า telemetry เนื่องจากอุปกรณ์ส่งสัญญาณโดยไม่ต้องใช้สายไฟ และเราจ่ายไฟให้กับวงจรจากระยะไกล ทำให้ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ซึ่งทำงานได้ไม่ดีในอุณหภูมิสูง" Peroulis กล่าว พลังงานจะถูกจ่ายโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าการมีเพศสัมพันธ์แบบอุปนัย ซึ่งใช้ขดลวดเพื่อสร้างกระแส "นวัตกรรมที่สำคัญคือการย่อส่วนและการออกแบบอุปกรณ์ MEMS ทำให้เราสามารถติดตั้งได้โดยไม่รบกวนตลับลูกปืน" Peroulis กล่าว ข้อมูลจากอุปกรณ์ออนบอร์ดจะไม่เพียงแต่บ่งชี้ว่าตลับลูกปืนกำลังจะพังหรือไม่ แต่ยังรวมถึงระยะเวลาที่ตลับลูกปืนจะใช้งานได้ก่อนที่มันจะพังอีกด้วย Peroulis กล่าว งานวิจัยนี้ตั้งอยู่ที่ศูนย์นาโนเทคโนโลยี Birck ใน Purdue's Discovery Park และที่ห้องปฏิบัติการวิศวกรรมเครื่องกลของ Sadeghi