Разработка и исследование узлов микросистемных акселерометров и оптимизация характеристик

• Автор: Улюшкин, Александр Вениаминович
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Современное состояние методов проектирования и разработки " микросистемных акселерометров

1.1 Обзор и анализ микросистемных чувствительных элементов датчиков ускорений

1.2 Особенности построения интегральных маятниковых подвесов из кремния

1.3 Особенности газодинамического демпфирования микромеханических

маятников акселерометров

1.4 Особенности оптимизации микросистемного акселерометра при широкополосной случайной вибрации

Глава 2. Разработка подвижного узла акселерометра

2.1 Разработка математической модели маятникового подвижного узла с.частично уравновешенной массой
2.2 Разработка упругого подвеса маятникового ЧЭ
2.2.1 Упругий подвес маятникового чувствительного элемента
2.2.2 Подвес с галтелями
Глава 3. Газодинамическое демпфирование подвижных узлов
3.1 Получение аналитического выражения для коэффициента демпфирования осевого и маятникового подвижных узлов
3.1.1 Постановка задачи и граничные условия
3.1.2 Получение теоретического решения для осевого подвижного узла
3.1.3 Получение теоретического решения для маятникового
подвижного узла
3.2 Демпфирование перфорированных чувствительных элементов
3.3 Анализ влияния коэффициента демпфирования на качество динамики маятникового подвижного узла
Глава
4.1 Оптимизация параметров микросистемного акселерометра при широкополосной случайной вибрации
4.1.1 Постановка задачи
4.1.2 Ограничения в задаче
4.1.3 Общий подход к решению задачи
4.1.4 Аппроксимация ШСВ
4.1.5 Вычисление СКО в общем виде и минимизация
4.1.6 Частные случаи расчета оптимальных параметров

4.1.7 Программа расчета оптимальных параметров функции при ШСВ
4.1.8 Особенности оптимизации с учетом ШСВ на машинной модели
4.1.9 Выбор оптимальной передаточной функции микросистемного акселерометра с блоком электроники при воздействии широкополосной случайной
вибрации
4.2 Оптимизация параметров корректирующего устройства
4.2.1 Оптимизация параметров ПИД-корректирующего устройства
Заключение
Перечень принятых обозначений
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Одним из главных принципов разработки приборов и датчиков информации является снижение их массогабаритных характеристик с одновременным увеличением точности работы и расширением области применения. Реализация этого принципа базируется на сформировавшемся научно-техническом направлении - микросистемной технике (МСТ). Развитие данной области науки и техники началось в 1960-х гг., однако не решенными остаются вопросы как теоретического, так и практического характера, которые постоянно усложняются в связи с возрастающими требованиями со стороны систем автоматического управления и контроля. В 1999 г. был основан научно-технический журнал «Нано- и микросистемная техника», а с 30.03.2002 г. микросистемная техника объявлена в нашей стране критической технологией. Существенный вклад в разработку МСТ в России внесли Распопов В.Я., Папко A.A., Вавилов В.Д., Тимошенков С.Ф. и др., а за ее пределами - Аш Ж., Фрейден Дж., Петерсен К., Дошер Дж., Сеок С. Следует отметить, что в научно-технической литературе наряду с термином МСТ применяется термин «микроэлектромеханические системы» (МЭМС). Одним из направлений МСТ является разработка микросистемных акселерометров.
Развитие и усложнение процессов управления подвижными объектами требует постоянного повышения точности измерений параметров движения, в том числе ускорения, а также обработки информации. Требуют постоянного улучшения и принципы построения микромеханических систем, методы анализа и синтеза их характеристик. Вышеприведенные факторы и обусловливают актуальность темы исследования.
Цель работы- выработка новых научных и технических решений, обеспечивающих повышение качества микросистемных акселерометров.
Задачи диссертационной работы:
1) разработка упругого подвеса, повышающего чувствительность подвижного узла акселерометра;

деформации с моделями, форма подвеса которой изображена на рис.2.9 (соответственно широкий и узкий подвес).
1 - исходный прямолинейный подвес с переменным сечением;
2, 3 - подвесы с галтелями и прямолинейными участками ( 2 - прямолинейный участок больше, 3 — прямолинейный участок короче)
Толщины подвесов с криволинейными обводами в виде парабол и прямолинейными отрезками с переменным сечением будем выбирать из следующих соображений: минимальная толщина и в том и в другом случае должна быть одинаковой, или минимальная толщина прямолинейного подвеса с переменным сечением может быть несколько выше, чем минимальная толщина подвеса с криволинейными обводами (это может быть за счет того, что, как говорилось ранее, момент сопротивления сечения у подвеса с криволинейными обводами несколько завышен). Условно это изображено на рис. 2.13. Под цифрой 1 обозначен подвес с криволинейными обводами; 2 - прямолинейный подвес, толщина которого равна минимальной толщине подвеса с криволинейными обводами; 3 - прямолинейный подвес с переменным сечением.

Рис. 2.12-Расчетная схема подвеса с галтелями