Упругие чувствительные элементы микромеханических приборов : динамика и надежность

• Автор: Лобачева, Анна Михайловна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ ТЕМЫ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обзор конструкций и принципа построения микромеханических приборов.

1.2. Обзор технологий изготовления микромеханических

приборов

1.3. Применение микромеханических приборов

1.4 Упругие чувствительные элементы микромеханических приборов

1.5. Задачи теории надежности.

Выводы.

2. ЛИНЕЙНЫЕ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ СИСТЕМЫ.

2.1. Канонические уравнения метода сил
2.2. Расчет напряженнодеформированного состояния упругих чувствительных элементов.
Выводы.
3. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЗАДАЧИ ИЗГИБА СТЕРЖНЕЙ
3.1. Точное уравнение равновесия упругой линии
3.2. Консервативное нагружение
3.3. Неконсервативное нагружение
Выводы.
4. ДИНАМИКА УПРУГИХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ.
4.1. Решение дифференциального уравнения изгибных колебаний стержней.
4.2. Методика расчета максимальных напряжений и амплитуд на частотах, близких к резонансным
Выводы.
5. НАДЕЖНОСТЬ УПРУГИХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
МИКРОМЕХАИИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ.
5.1. Напряжения, переменные во времени. Усталость
5.2. Предел выносливости.
5.3. Расчет циклической долговечности
5.3.1. Интенсивность отказов.
5.3.2. Характер дрейфа функций плотности вероятности.
5.3.3.Алгоритм оценки долговечности
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Методы исследования, расчет напряженно-деформированного состояния упругих элементов микромеханических приборов осуществляется с помощью теоретических методов анализа статики и динамики. При разработке модели расчета надежности использованы распределения Всйбула, зависимость Коффина - Мэнсона. УЧЭ. Практическая ценность и основные результаты работы. Практическая ценность результатов полученных в результатах работы заключается в создании метода расчета долговечности упругого чувствительного элемента микромеханических приборов. Эта методика имеет приложение к расчету таких первичных преобразователей как осеймографы, магнитные вариометры и т. Работа выполнена при поддержке гранта для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов ВУЗов Министерства образования Российской Федерации в году, шифр А-3. Микросистемная техника (МСТ) развивается на стыке множества отраслей науки и техники. Специфика сенсорных и активаторных подсистем микросистемной техники - их открытость в “среду обитания” объекта регулирования и выраженная трехмерность конструкций - выдвигает множество проблем в области проектирования, материаловедения, методов обработки, сборки и испытания изделия. С другой стороны микросистемная техника нуждается в максимальном использовании технологического арсенала микроэлектроники, научного и технического задела в области групповых прецизионных технологий. На примере разработки микромеханического гироскопа некоторые особенности проявляются достаточно ярко, как с точки зрения ограничений накладываемых технологией на облик создаваемого прибора, так и тем насколько технология МСТ может отличаться от стандартных приемов микроэлектронной технологии. Микромеханические гироскопы в последние годы становятся объектом всё более пристального внимания, как со стороны разработчиков инерциальных измерителей, так и со стороны потребителей этой продукции. Привлекательным качеством этих приборов, определившим их быстрое развитие, является низкая стоимость, высокая надёжность и предельно малые габариты, что достигается преимущественно за счёт использования групповых технологий микроэлектроники, адаптированных к изготовлению микромеханических устройств. Следует отметить и такое важное достоинство, как практически полная совместимость механической части приборов и сервисной электроники, позволяющая создавать чипгироскопы и сборки инерциальных элементов объёмом 0,5- см3 с потребляемой мощностью 0,5-1 Вт. Рядом фирм уже освоено производство микрогироскопов, которые успешно продаются во многих странах. Точные характеристики производимых микрогироскопов не высоки и их уход находится на уровне -0 °/ч. Однако существует широкий класс задач, приборов и систем, традиционно использующих инерциально чувствительные элементы, в которых требования по точности не являются определяющими, а первостепенно габариты, масса и стоимость. В то же время достигнутый в микрогироскопах новый уровень тактико-технических характеристик открыл путь внедрения инерциальных измерителей в те сферы техники, где ранее по экономическим факторам их использование было невозможным. Разработкой микрогироскопов и поставкой их на коммерческий рынок заняты ведущие зарубежные фирмы, такие как ’’Draper Laboratory”, “Northrop”, “Honeywell Kearfott”, “Litton”, “Delco”, “Ferranti”, “Sagem”, “Bosch”, “Mitsubishi”, “Murata”, “Gyrostar”, “Analog Devices” и другие. Используя различные технологическую и конструктивную базы для создания микрогироскопов, фирмы придерживаются своей концепции их производства. Подавляющее количество разрабатываемых и продаваемых микрогироскопов основаны на использовании технологий кристаллического кварца, пьезокерамики и кремния. Общим для всех микрогироскопов является принцип возбуждения колебаний чувствительной массы и измерения её перемещений, порождаемых силами Кориолиса при наличии измеряемой условной скорости. Отказ от классических схем гироскопов с вращающимся ротором не только устраняет наименее надёжные узлы прибора, но и существенно упрощает его конструкцию. Позволяет эффективно использовать технологическую базу микроэлектроники.