迄今為止，行業內還沒有能夠承受極高溫度和壓力的堅固感測器。作為“eHarsh”牽頭專案的一部分，八個弗勞恩霍夫研究所開發出用於構建此類感測器系統的技術平臺。它們甚至可以對渦輪機內部和深鑽孔的地熱能進行監測。
在一些工業領域的極端惡劣環境中，傳統感測器會在短時間內被摧毀。例如發電廠渦輪機或飛機發動機的內部，存在高溫和高壓的地下鑽孔，包括腐蝕性氣體和液體或灰塵也會影響感測器的效能。為此，八家德國弗勞恩霍夫研究所在“eHarsh 專案” 中聯合起來，首次為極端環境開發特別堅固的感測器。“每個研究所在他們擅長的領域發揮著重要的作用。例如我們熟悉耐熱陶瓷，可以測試材料特性並製造堅固的微電子電路。但是我們沒有人能夠單獨製造這樣的感測器。只有透過許多單獨技術的互動和組合才能成功地做到這一點。” 來自弗勞恩霍夫微電子電路和系統 IMS 研究所的 eHarsh 協調員 Holger Kappert 說。
帶有耐高溫積體電路的陶瓷電路板。圖：Fraunhofer IZM
剛開始，該團隊專注於高溫和高壓的應用場景，如渦輪機和鑽孔。研發的目標不僅是將堅固的感測器帶入渦輪機和鑽孔中，還包括用於處理測量值的電子裝置。“現場安裝這些電子裝置和在感測器內進行訊號處理的優勢在於感測器訊號的質量會更高，”Holger Kappert 說。“此外，感測器在未來可以更好地聯網，並節省昂貴的佈線。” 這對飛機發動機尤其重要，因為它可以減輕重量。這種發動機很複雜，必須根據飛行機動精確調節氣流、電壓和功率。
感測器外殼由金屬製成，感測器元件由陶瓷製成，可承受高達 500 攝氏度的溫度。電子內部工作可以承受大約 300 攝氏度。這其中的一項挑戰是將各種元件相互連線，因為各種元件的材料膨脹和收縮的程度不同。要做到在反覆加熱和冷卻的情況下，元件之間依然能保持良好的連線。
這種型別的感測器將來可以用於地熱能泵等，可以承受高達 200 bar 的高壓，幾乎是汽車輪胎的一百倍，從而對鑽孔深處的泵進行簡單且實時的監控。
這類感測器還有其他的應用可能，例如它們還可幫助裝置製造商測試其感測器的使用壽命。在此類測試中，元件會暴露在更高的壓力或溫度下，因此它們會更快老化。這樣，就可以在合理的時間內確定產品的使用壽命。如果感測器可以承受更極端的條件，則可以在更高的值下執行測試。這顯著縮短了測試時間。“總的來說，由於‘eHarsh’的跨學科性質，我們成功地為許多不同應用開發了強大的感測器系統技術平臺，”Holger Kappert 總結道。
