Математическое моделирование чувствительных элементов и измерительных модулей датчиков давления и температуры

• Автор: Соколов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК, КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДАТЧИКОВ,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
1.1 Анализ сфер применения и технических характеристик датчиков, предназначенных для экстремальных условий эксплуатации
1.2 Использование датчиков в системах управления и контроля ракетно-космической и авиационной техники
1.3 Моделирование явлений и эффектов, используемых при измерении механических величин
1.4 Технологии и процедуры моделирования элементов и структур датчиков
1.5 Моделирование механических структур и устройств
1.6 Выбор комплекса программ для математического моделирования
элементов и структур датчиков
Выводы по разделу
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И СТРУКТУР ДАТЧИКОВ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
2.1 Формализация процессов моделирования элементов и структур микроэлектронных датчиков
2.2 Выбор базовых принципов преобразования физических величин в элементах и структурах микроэлектронных датчиков
2.2.1 Методы преобразования давления
2.2.2 Методы преобразования температуры
2.3 Концентрационные деформационные физико-математические модели пьезорезисторных элементов и структур
2.4 Моделирование пьезорезисторных чувствительных элементов и структур с использованием тензорного анализа

2.5 Моделирование полупроводникового чувствительного элемента с использованием электрических аналогов распределенных сенсорных структур
2.6 Моделирование тепловых процессов в измерительных модулях полупроводниковых датчиков
2.7 Методика моделирования сенсорных структур чувствительных элементов МЭД с использованием схемно-алгоритмических способов компенсации температурных погрешностей
Выводы по разделу
3 РАЗРАБОТКА ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ ДАТЧИКОВ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
3.1 Методы численного моделирования тепловых полей полупроводникового чувствительного элемента микроэлектронного датчика
3.1.1 Моделирование распределения температуры на поверхности упругого элемента
3.1.2 Численное математическое моделирование статических и динамических тепловых полей в пьезорезисторных чувствительных элементах
3.2 Методы численного моделирования прочностных характеристик полупроводникового чувствительного элемента микроэлектронного датчика статико-динамических давлений
3.2.1 Моделирование прочности упругого элемента
3.2.2 Моделирование распределения механических напряжений по поверхности ПЧЭ и изменения сопротивления пьезорезисторов
3.3 Моделирование сложных многоэлементных пьезорезистивных структур
3.4 Синтез структурных моделей и формул преобразования многозвен-ных измерительных преобразователей

3.5 Моделирование информационно-энергетических характеристик датчиков
3.6 Математическое моделирование узлов и блоков датчика быстропеременных давлений
3.6.1 Построение физической модели датчика давления
3.6.2 Моделирование блоков датчика быстропеременного давления
Выводы по разделу
4 КОМПЛЕКС ПРОГРАММ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ
4.1 Программы моделирования чувствительных элементов и измерительных модулей
4.2 Комплекс программ моделирования емкостного ЧЭ датчика дифференциального давления
4.3 Программа моделирования процесса формообразования ЧЭ
Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

а) б)
Рисунок 1.19 — Соединение механических 4-х полюсников: а - последовательное; б - параллельное
В процессе математического моделирования механических 4-х полюсников может быть использован матричный математический аппарат. В результате математического моделирования должна быть получена численная модель механической цепи с конкретными значениями механических параметров (коэффициента демпфирования, коэффициентов упругости и жесткости и проч.) - рисунок 1.20.

а) б)
Рисунок 1.20 — Математическое моделирование механической цепи динамической механической системы: а — структурная модель, б - принципиальная схема с числовыми значениями