Безпровідна система моніторингу деформацій з використанням тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів кремнію
Structural health monitoring of steel pipelines in industrial environments remains a critical challenge due to mechanical loads, pressure variations, temperature fluctuations, and external degradation. Traditional foil strain gauges, though widely used and inexpensive, suffer from thermal instabilit...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2025.1-2.34 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Technology and design in electronic equipment |
| Download file: |  |
Institution
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1869743993082871808 |
|---|---|
| author | Druzhinin, Anatoliy Koretskyi, Roman Nichkalo, Stepan Talanchuk, Danylo |
| author_facet | Druzhinin, Anatoliy Koretskyi, Roman Nichkalo, Stepan Talanchuk, Danylo |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Anatoliy Druzhinin",
"institution": "Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine"
},
{
"author": "Roman Koretskyi",
"institution": "Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine"
},
{
"author": "Stepan Nichkalo",
"institution": "Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine"
},
{
"author": "Danylo Talanchuk",
"institution": "Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Druzhinin, Anatoliy |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-03T12:38:06Z |
| description | Structural health monitoring of steel pipelines in industrial environments remains a critical challenge due to mechanical loads, pressure variations, temperature fluctuations, and external degradation. Traditional foil strain gauges, though widely used and inexpensive, suffer from thermal instability, limited operational life under cyclic loading, and the need for hermetic protection, restricting their application in infrastructure monitoring. Optical fiber sensors offer high precision, but are costly and difficult to integrate. This paper presents a wireless deformation monitoring system based on silicon whiskers used as strain-sensitive elements embedded into a Wheatstone bridge. One of the bridge’s four arms includes a silicon whisker sensor, while the others use 350 Ω precision tantalum resistors, ensuring thermal stability. The analogue output of the bridge is amplified and digitized by an HX711 ADC and processed by an Arduino-compatible microcontroller, which transmits the data via Wi-Fi. For thermal compensation, a “bridge within a bridge” configuration is used, allowing real-time correction of temperature-induced drift.Experimental validation was carried out on a water pipeline segment under simulated pressures of up to 12 bar. The silicon whisker-based sensors demonstrated a stable gauge factor of ~120 ± 10% and a thermal resistance drift within +(0.1 ± 0.02)%/°C over the temperature range from −150 to +200 °C. The system reliably measured strain up to ±5ꞏ10⁻³ (0.5%), matching expected deformations in steel pipeline applications. The results of the extended temperature test showed that when heated to +350°C, the measurement error caused by the temperature coefficient of resistance does not exceed 1.2% after digital correction. Therefore, for the practical system, a “bridge-in-a-bridge” thermal compensation scheme was used, where one of the arms acts as a reference thermal control link.The proposed system offers a compact solution for real-time strain monitoring in industrial settings. Its wireless functionality, thermal resilience, and measurement precision make it highly suitable for continuous diagnostics and early fault detection. |
| doi_str_mv | 10.15222/TKEA2025.1-2.34 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:30:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2025, № 1– 234 ISSN 3083-6530 (Print)
ISSN 3083-6549 (Online)
1
ФУНКЦІОНАЛЬНА МІКРО- ТА НАНОЕЛЕКТРОНІКА
УДК 625.315.592
Анатолій ДРУЖИНІН, Роман КОРЕЦЬКИЙ, Степан НІЧКАЛО, Данило ТАЛАНЧУК
Україна, Національний університет «Львівська політехніка»
E-mail: anatolii.o.druzhynin@lpnu.ua
БЕЗПРОВІДНА СИСТЕМА МОНІТОРИНГУ ДЕФОРМАЦІЙ
З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕНЗОРЕЗИСТОРІВ НА ОСНОВІ
НИТКОПОДІБНИХ КРИСТАЛІВ КРЕМНІЮ
Проблема своєчасного виявлення пластичних де-
формацій і накопичених механічних напружень у ме-
талевих та композитних конструкціях є однією з ба-
зових у сучасній техногенній безпеці [1]. У нафто-
газових магістралях, теплотрасах, хімічних реакто-
рах і мостових спорудах повільні зміщення точок крі-
плення або нерівномірне розтягування стінок часто
залишаються непоміченими на ранньому етапі, що
призводить до розгерметизацій або крихких руйну-
вань. Згідно зі зведеними даними «European Pipeline
Incident Study 2024», понад третини аварійного про-
стою трубопровідних систем у країнах ЄС була спри-
чинена саме недооціненими деформаціями, які не
контролювалися належним чином [2].
Класичний підхід до контролю напружено-
деформованого стану конструкцій базується на ви-
користанні дешевих фольгових тензорезисторів, які
залишаються масовим рішенням завдяки невеликій
вартості, однак їхня температурна нестабільність,
низький ресурс циклічної роботи й необхідність гер-
метизації обмежують їх застосування у критичних
об’єктах інфраструктури [3, 4]. Альтернативою їм
стали волоконно-оптичні датчики та акустичні емі-
сійні системи, що демонструють високу лінійність
і відсутність електромагнітної чутливості [5], про-
те потребують вартісного оптичного або фотодетек-
торного устаткування й складного монтажу [6, 7].
Описані проблеми точного вимірювання дефор-
мацій у широкому температурному та частотному
діа пазонах актуалізували пошук сенсорних структур,
здатних поєднати в собі високу чутливість із довго-
вічністю та технологічною простотою (див., напри-
клад, [5]). Одним із таких рішень можуть стати тензо-
резистори на основі ниткоподібного кремнію — мо-
нокристалічна кремнієва нитка завдовжки кілька мі-
Спроєктовано інтелектуальну бездротову систему, призначену для моніторингу деформацій конструкцій у реально-
му часі. Основним її чутливим елементом є тензорезистор на основі ниткоподібного кремнію, що демонструє високу
стабільність та чутливість у широкому інтервалі температури. Система побудована на мікроконтролері Arduino
Uno з підімкненим модулем підсилення сигналу HX711 та Wi-Fi модулем ESP8266. Описано апаратну та програмну
частини системи.
Ключові слова: ниткоподібний кремній, тензорезистор, Wi-Fi, Arduino Uno, HX711, ESP8266, моніторинг, трубо-
провід.
ліметрів і діаметром десятки мікрометрів завдяки від-
сутності зернових меж зберігає електричну та меха-
нічну однорідність у широкому інтервалі темпера-
тури, а високий коефіцієнт тензочутливості дозво-
ляє точно реєструвати малі подовження.
Мета цієї роботи полягала у розробленні та валіда-
ції прототипу бездротової системи, що використовує
ниткоподібний кремнієвий сенсор, для довготривало-
го моніторингу деформацій сталевого трубопроводу.
Технологія отримання досліджуваних зразків
У напівпровідниках, зокрема в легованому крем-
нії, окрім геометричного чинника домінує зміна рух-
ливості носіїв заряду, що підсилює чутливість при-
близно на порядок. За даними роботи [8, с. 57–59],
коефіцієнт тензочутливості таких структур може до-
сягати значних величин, тоді як у фольгового манга-
нінового елемента він рідко перевищує значення 2.
На відміну від методів зонного плавлення, що час-
то згадуються в літературі, ниткоподібні кристали
кремнію, які відіграють роль тензочутливих елемен-
тів, вирощують у закритій кварцовій ампулі методом
хімічних газотранспортних реакцій [8 , с. 40–44 ]. Це
забезпечує чисте середовище та однорідне легуван-
ня бором до концентрацій (1 – 5)ꞏ1018 см–3 — саме в
околі переходу «метал – діелектрик». Така техноло-
гія формує однорідний віскер діаметром 15–25 мкм
та довжиною до 5 мм без домішкових скупчень, що
суттєво підвищує тензочутливість і зменшує темпе-
ратурний дрейф.
Результати випробувань
Експериментальна перевірка була проведена на ді-
лянці водопроводу за величини імітованого тиску до
12 бар. Випробування показали, що одержані тензо-
резистори витримують понад 107 циклів навантажен-
DOI: 10.15222/TKEA2025.1-2.34
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2025, № 1– 2 35ISSN 3083-6530 (Print)
ISSN 3083-6549 (Online)
2
ФУНКЦІОНАЛЬНА МІКРО- ТА НАНОЕЛЕКТРОНІКА
ня/розвантаження при амплітуді деформації ±1ꞏ10–3
без руйнування та утворення тріщин. Гранична одно-
разова деформація розтягу/стиску становить ±5ꞏ10–3
(0,5%), що повністю задовольняє потреби моніто-
рингу сталевих трубопроводів при робочому тис-
ку до 12 бар. За кімнатної температури коефіцієнт
тензочутливості K стабільно утримується в межах
120 ± 10 % (рис. 1), а температурний коефі цієнт опо-
ру не перевищує +(0,1 ± 0,02) %/°С у робочому тем-
пературному інтервалі від –150 до +200 °С.
Для оцінювання температурного запасу проводи-
лося розширене температурне тестування системи.
Результати показали, що при нагріванні до 350°C по-
хибка вимірювання, пов'язана з температурним кое-
фіцієнтом опору, не перевищує 1,2% після цифрової
корекції. Тому для практичної системи було застосо-
вано термокомпенсаційну схему «міст у мості», де
одне із плечей виконує функцію еталонної терморе-
гулювальної ланки. Це робить сенсор придатним для
точного вимірювання напружень у складних темпе-
ратурних умовах. Завдяки своїй малій масі та розмі-
рам сенсор може монтуватися на гнучких елементах
або у важкодоступних місцях конструкцій. У сукуп-
ності ці параметри роблять ниткоподібний кремній
оптимальним компромісом між точністю, ресурсом
та вартістю сенсора.
Вимірювальна система
Пропонована вимірювальна система складаєть-
ся з трьох функціональних підрівнів: первинний пе-
ретворювач, блок оцифрування, бездротовий кому-
нікаційний модуль. Первинний перетворювач утво-
рює повний міст Уітстона, в одне з плечей якого уві-
мкнено ниткоподібний кремнієвий тензорезистор, а
у протилежне — еталонний резистор з температур-
ним коефіцієнтом, підібраним для грубої термоком-
пенсації. Два інші плеча формуються високостабіль-
ними танталовими резисторами на 350 Ом, що за-
безпечує вихідну напругу моста не більше 40 мВ за
граничної деформації ±0,5% (рис. 2). Така амплітуда
потребує високого підсилення, яке реалізовано спе-
ціа лізованою мікросхемою HX711. Чіп підсилює сиг-
нал зі сталою у 128 разів і одночасно виконує 24-бі-
тове оцифрування, завдяки чому квант виходу стано-
вить приблизно 0,3 мкВ.
Оцифрований код передається на мікроконтро-
лер Atmega328P, встановлений на платі Arduino Uno
(рис. 3). Система Arduino Uno проводить усі обчис-
лення: розраховує середнє значення, коригує пока-
зи за допомогою коефіцієнта температурної похиб-
ки, який визначається під час калібрування, та пе-
реводить результат у величину відносної деформа-
ції. Для забезпечення часової мітки мікроконтролер
періодично синхронізується із внутрішнім годинни-
ком ESP8266 через простий послідовний протокол.
Фізичний обмін між платами здійснюється по UART
9600 бод із двоступеневим узгодженням напруги:
вихід TX Arduino через дільник 2 кОм / 1 кОм по-
дається на RX ESP8266, тоді як рівень 3,3 В від TX
Wi-Fi-модуля безпосередньо приймається Arduino.
Рис. 1. Залежність коефіцієнта тензочутливості від
температури
K
126
122
118
114
–150 –100 –50 0 50 100 150 T, °С
Рис. 2. Залежність вихідного сигналу сенсора від відно сної
деформації при T = 300 К
K
126
122
118
114
0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 εꞏ10–4
Рис. 3. Блок-схема системи з сенсором на основі нитко-
подібних кристалів кремнію (а) та фотографія готового
пристрою (б)
а)
б)
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2025, № 1– 236 ISSN 3083-6530 (Print)
ISSN 3083-6549 (Online)
3
ФУНКЦІОНАЛЬНА МІКРО- ТА НАНОЕЛЕКТРОНІКА
Комунікаційним ядром системи є ESP8266, на-
лаштований у режимі клієнта. Після підімкнення до
маршрутизатора модуль відкриває HTTP-сервер на
порті 8080 та, використовуючи енергозберігальний
режим Light Sleep, “прокидається” кожні п’ять се-
кунд, аби прийняти пакет даних від Arduino. Кожен
такий пакет упаковується у JSON-об’єкт, що містить
унікальний ідентифікатор вузла, часову позначку
формату ISO 8601, відносну деформацію, темпера-
туру та напругу живлення. У локальній мережі дані
автоматично приймаються брокером, архівуються у
базі та відображаються на дашборді, доступному з
будь-якого браузера підприємства.
Живлення всієї системи здійснюється від стабі-
лізатора напруги 5 В. У робочому циклі, коли Wi-Fi-
модуль перебуває в активному стані (рівно 250 мс),
споживання сягає 120 мА, у решту часу воно падає
до 25 мА. Випробування з акумуляторним павербан-
ком ємністю 10 000 мАꞏгод засвідчили автономність
роботи протягом 72 години без підзарядки. Для за-
безпечення електромагнітної сумісності тензоміст
розташовано на окремій екранованій платі, а сило-
ві та сигнальні лінії розділено по різних шарах дру-
кованої плати.
Архітектура прошивки передбачає резервування
даних: якщо ESP8266 не відповідає, Arduino пере-
ходить у локальний режим, зберігаючи 256 останніх
вимірів у EEPROM. Під час тестування на майдан-
чику підприємства після відновлення зв’язку дані з
буферу передавали партіями, що дозволило уникнути
втрати інформації.
Висновки
Запропонована система з використнням тензоре-
зисторів на основі ниткоподібних кремнієвих крис-
талів у поєднанні з підсилювачем HX711, мікрокон-
тролером Arduino Uno та модулем ESP8266 дозво-
ляє створити портативний вимірювальний вузол,
який легко розгортається у польових умовах і взає-
модіє з оператором у реальному часі через звичайну
Wi-Fi-мережу. Чутливий елемент зберігає стабіль-
ність сигналу у широкому температурному інтерва-
лі, а апаратно-програмна реалізація забезпечує точ-
ність та енергетичну автономність у складному про-
мисловому середовищі. Розроблена методика дозво-
ляє адаптувати систему до різних об’єктів контро-
лю завдяки модульній архітектурі та відкритим про-
токолам передачі даних, забезпечуючи ефективний
бездротовий моніторинг деформацій у реальному
часі. Практична значущість системи підтверджена
натурними випробуваннями на об’єкті трубопровід-
ної інфра структури. Подальші дослідження доціль-
но спрямувати на розширення функціоналу системи
завдяки інтеграції з візуалізацією карт напружень та
аналізу частотних характеристик у режимі реально-
го часу.
ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА
1. Kralovec C., Schagerl M. Review of structural health monitoring
methods regarding a multi-sensor approach for damage assessment
of metal and composite structures. Sensors, 2020, vol. 20, no. 3,
article 826. https://doi.org/10.3390/s20030826
2. European Pipeline Incident Study 2024. EPRS, Brussels,
2025, 112 p.
3. HBM GmbH. Drift in Bonded Foil Strain Gauge-Based Sensors.
Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH; 2025. Available at: https://
www.hbm.com/tw/6218/drift-in-bonded-foil-strain-gauge-based-
sensors
4. Fan Y., Shen Z., Zhou X. et al. Highly sensitive strain
sensor from topological-structure modulated dielectric elastic
nanocomposites. Advanced Electronic Materials, 2022, vol. 7, iss. 1,
article 2101190. https://doi.org/10.1002/admt.202101190
5. Wu T., Liu G., Fu Sh., Xing F. Recent progress of fiber-optic
sensors for the structural health monitoring of civil infrastructure,
Sensors, 2020, vol. 20, iss.16, article 4517. https://doi.org/10.3390/
s20164517.
6. HBM GmbH. An analysis of the cost-effectiveness of optical-
technology systems. Hottinger Brüel & Kjær, 2024. Available: https://
www.hbm.com/en/9280/cost-effectiveness-of-optical-technology/
7. Flores-Bravo J.A., Madrigal J., Zubia J. et al. Coupled-core fiber
Bragg gratings for low-cost sensing. Scientific Reports, 2022, vol. 12,
article 1280. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05313-9
9. Дружинін А.О., Мар’ямова І.Й., Кутраков О.П. Датчики
механічних величин на основі ниткоподібних кристалів кремнію,
германію та сполук A3B5. Львів: Видавництво Львівської полі-
техніки, 2015. 232 с.
Дата надходження рукопису
до редакції 30.05 2025 р.
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2025, № 1– 2 37ISSN 3083-6530 (Print)
ISSN 3083-6549 (Online)
4
ФУНКЦІОНАЛЬНА МІКРО- ТА НАНОЕЛЕКТРОНІКА
Anatoliy DRUZHININ, Roman KORETSKYI,
Stepan NICHKALO, Danylo TALANCHUK
Ukraine, Lviv Polytechnic National University
E-mail: anatolii.o.druzhynin@lpnu.ua
WIRELESS DEFORMATION MONITORING SYSTEM USING STRAIN SENSOR
BASED ON SILICON WHISKERS
Structural health monitoring of steel pipelines in industrial environments remains a critical challenge due to mechanical
loads, pressure variations, temperature fluctuations, and external degradation. Traditional foil strain gauges, though widely
used and inexpensive, suffer from thermal instability, limited operational life under cyclic loading, and the need for hermetic
protection, restricting their application in infrastructure monitoring. Optical fiber sensors offer high precision, but are costly
and difficult to integrate. This paper presents a wireless deformation monitoring system based on silicon whiskers used as
strain-sensitive elements embedded into a Wheatstone bridge. One of the bridge’s four arms includes a silicon whisker sensor,
while the others use 350 Ω precision tantalum resistors, ensuring thermal stability. The analogue output of the bridge is
amplified and digitized by an HX711 ADC and processed by an Arduino-compatible microcontroller, which transmits the
data via Wi-Fi. For thermal compensation, a “bridge within a bridge” configuration is used, allowing real-time correction of
temperature-induced drift.
Experimental validation was carried out on a water pipeline segment under simulated pressures of up to 12 bar. The
silicon whisker-based sensors demonstrated a stable gauge factor of ~120 ± 10% and a thermal resistance drift within
+(0.1 ± 0.02)%/°C over the temperature range від −150 до +200 °C. The system reliably measured strain up to ±5ꞏ10⁻³
(0.5%), matching expected deformations in steel pipeline applications. The results of the extended temperature test showed
that when heated to +350°C, the measurement error caused by the temperature coefficient of resistance does not exceed 1.2%
after digital correction. Therefore, for the practical system, a “bridge-in-a-bridge” thermal compensation scheme was used,
where one of the arms acts as a reference thermal control link.
The proposed system offers a compact solution for real-time strain monitoring in industrial settings. Its wireless functionality,
thermal resilience, and measurement precision make it highly suitable for continuous diagnostics and early fault detection.
Keywords: silicon whisker, strain sensor, Wi-Fi, Arduino Uno, HX711, ESP8266, pipeline monitoring.
DOI: 10.15222/TKEA2025.1-2.34
UDC 625.315.592
REFERENCES
1. Kralovec C., Schagerl M. Review of structural health
monitoring methods regarding a multi-sensor approach for damage
assessment of metal and composite structures. Sensors, 2020, vol. 20,
no. 3, article 826. https://doi.org/10.3390/s20030826
2. European Pipeline Incident Study 2024. EPRS, Brussels,
2025, 112 p.
3. HBM GmbH. Drift in Bonded Foil Strain Gauge-Based Sensors.
Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH; 2025. Available at: https://
www.hbm.com/tw/6218/drift-in-bonded-foil-strain-gauge-based-
sensors
4. Fan Y., Shen Z., Zhou X. et al. Highly sensitive strain
sensor from topological-structure modulated dielectric elastic
nanocomposites. Advanced Electronic Materials, 2022, vol. 7, iss. 1,
article 2101190. https://doi.org/10.1002/admt.202101190
5. Wu T., Liu G., Fu Sh., Xing F. Recent progress of fiber-optic
sensors for the structural health monitoring of civil infrastructure,
Sensors, 2020, vol. 20, iss.16, article 4517. https://doi.org/10.3390/
s20164517.
6. HBM GmbH. An analysis of the cost-effectiveness of optical-
technology systems. Hottinger Brüel & Kjær, 2024. Available: https://
www.hbm.com/en/9280/cost-effectiveness-of-optical-technology/
7. Flores-Bravo J.A., Madrigal J., Zubia J., Sales S., Villatoro J.
Coupled-core fiber Bragg gratings for low-cost sensing. Scientific
Reports, 2022, vol. 12, article 1280. https://doi.org/10.1038/s41598-
022-05313-9
8. Druzhynin A.O., Maryamova I.I., Kutrakov O.P. [Sensors
of mechanical quantities based on filamentary crystals of silicon,
germanium and A3B5 compounds]. Lviv: Publishing House of Lviv
Polytechnic National University, 2015. 232 p. (Ukr)
Copyright: © 2025 by the authors. Licensee: Politekhperiodika, Odesa, Ukraine. This article is an open access
article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license
(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-375 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-04T01:00:24Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/89/91287c9e5e5a4b46b2cb0e2d133cf089.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-3752026-07-03T12:38:06Z Wireless deformation monitoring system using strain sensor based on silicon whiskers Безпровідна система моніторингу деформацій з використанням тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів кремнію Druzhinin, Anatoliy Koretskyi, Roman Nichkalo, Stepan Talanchuk, Danylo silicon whisker strain sensor Wi-Fi Arduino Uno HX711 ESP8266 pipeline monitoring ниткоподібний кремній тензорезистор Wi-Fi Arduino Uno HX711 ESP8266 моніторинг трубопровід Structural health monitoring of steel pipelines in industrial environments remains a critical challenge due to mechanical loads, pressure variations, temperature fluctuations, and external degradation. Traditional foil strain gauges, though widely used and inexpensive, suffer from thermal instability, limited operational life under cyclic loading, and the need for hermetic protection, restricting their application in infrastructure monitoring. Optical fiber sensors offer high precision, but are costly and difficult to integrate. This paper presents a wireless deformation monitoring system based on silicon whiskers used as strain-sensitive elements embedded into a Wheatstone bridge. One of the bridge’s four arms includes a silicon whisker sensor, while the others use 350 Ω precision tantalum resistors, ensuring thermal stability. The analogue output of the bridge is amplified and digitized by an HX711 ADC and processed by an Arduino-compatible microcontroller, which transmits the data via Wi-Fi. For thermal compensation, a “bridge within a bridge” configuration is used, allowing real-time correction of temperature-induced drift.Experimental validation was carried out on a water pipeline segment under simulated pressures of up to 12 bar. The silicon whisker-based sensors demonstrated a stable gauge factor of ~120 ± 10% and a thermal resistance drift within +(0.1 ± 0.02)%/°C over the temperature range from −150 to +200 °C. The system reliably measured strain up to ±5ꞏ10⁻³ (0.5%), matching expected deformations in steel pipeline applications. The results of the extended temperature test showed that when heated to +350°C, the measurement error caused by the temperature coefficient of resistance does not exceed 1.2% after digital correction. Therefore, for the practical system, a “bridge-in-a-bridge” thermal compensation scheme was used, where one of the arms acts as a reference thermal control link.The proposed system offers a compact solution for real-time strain monitoring in industrial settings. Its wireless functionality, thermal resilience, and measurement precision make it highly suitable for continuous diagnostics and early fault detection. Спроєктовано інтелектуальну бездротову систему, призначену для моніторингу деформацій конструкцій у реальному часі. Основним її чутливим елементом є тензорезистор на основі ниткоподібного кремнію, що демонструє високу стабільність та чутливість у широкому інтервалі температури. Система побудована на мікроконтролері Arduino Uno з підімкненим модулем підсилення сигналу HX711 та Wi-Fi модулем ESP8266. Описано апаратну та програмну частини системи. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2025-06-30 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2025.1-2.34 10.15222/TKEA2025.1-2.34 Technology and design in electronic equipment; No. 1–2 (2025): Technology and design in electronic equipment; 34-37 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 1–2 (2025): Технологія та конструювання в електронній апаратурі; 34-37 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2025.1-2 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2025.1-2.34/338 Copyright (c) 2025 Anatoliy Druzhinin, Roman Koretskyi, Stepan Nichkalo, Danylo Talanchuk http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | ниткоподібний кремній тензорезистор Wi-Fi Arduino Uno HX711 ESP8266 моніторинг трубопровід Druzhinin, Anatoliy Koretskyi, Roman Nichkalo, Stepan Talanchuk, Danylo Безпровідна система моніторингу деформацій з використанням тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів кремнію |
| title | Безпровідна система моніторингу деформацій з використанням тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів кремнію |
| title_alt | Wireless deformation monitoring system using strain sensor based on silicon whiskers |
| title_full | Безпровідна система моніторингу деформацій з використанням тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів кремнію |
| title_fullStr | Безпровідна система моніторингу деформацій з використанням тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів кремнію |
| title_full_unstemmed | Безпровідна система моніторингу деформацій з використанням тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів кремнію |
| title_short | Безпровідна система моніторингу деформацій з використанням тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів кремнію |
| title_sort | безпровідна система моніторингу деформацій з використанням тензорезисторів на основі ниткоподібних кристалів кремнію |
| topic | ниткоподібний кремній тензорезистор Wi-Fi Arduino Uno HX711 ESP8266 моніторинг трубопровід |
| topic_facet | silicon whisker strain sensor Wi-Fi Arduino Uno HX711 ESP8266 pipeline monitoring ниткоподібний кремній тензорезистор Wi-Fi Arduino Uno HX711 ESP8266 моніторинг трубопровід |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2025.1-2.34 |
| work_keys_str_mv | AT druzhininanatoliy wirelessdeformationmonitoringsystemusingstrainsensorbasedonsiliconwhiskers AT koretskyiroman wirelessdeformationmonitoringsystemusingstrainsensorbasedonsiliconwhiskers AT nichkalostepan wirelessdeformationmonitoringsystemusingstrainsensorbasedonsiliconwhiskers AT talanchukdanylo wirelessdeformationmonitoringsystemusingstrainsensorbasedonsiliconwhiskers AT druzhininanatoliy bezprovídnasistemamonítoringudeformacíjzvikoristannâmtenzorezistorívnaosnovínitkopodíbnihkristalívkremníû AT koretskyiroman bezprovídnasistemamonítoringudeformacíjzvikoristannâmtenzorezistorívnaosnovínitkopodíbnihkristalívkremníû AT nichkalostepan bezprovídnasistemamonítoringudeformacíjzvikoristannâmtenzorezistorívnaosnovínitkopodíbnihkristalívkremníû AT talanchukdanylo bezprovídnasistemamonítoringudeformacíjzvikoristannâmtenzorezistorívnaosnovínitkopodíbnihkristalívkremníû |