Блочно-иерархическое моделирование физического принципа действия многофункциональных преобразователей

• Автор: Незаметдинова, Эльвира Рафаэльевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Астрахань
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. Анализ тенденций развития и методов достижения требуемых эксплуатационных характеристик микроэлектронных преобразователей

1.1. Перспективы развития микроэлектронных датчиков.

1.2. Обзор методов проектирования преобразователей.

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 2. Блочноиерархическая модель физического принципа действия преобразовательного элемента

2.1 Основные положения теории энергоинформационных моделей цепей

2.2 Обобщенная иерархическая модель преобразовательного элемента.

2.3. Классификация блоков и величин

2.4. Аналитическая интерпретация ФПД преобразовательного элемента

2.4.1. Параметры модели ФПД преобразовательного элемента в виде блока

2.4.2. Расчетные соотношения для определения критериев выбора, отождествляемых с эксплуатационными характеристиками.
2.5. Паспорт блока.
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ.
ГЛАВА 3. Синтез физического принципа действия многофункциональных преобразователей
3.1.Синтез вариантов физического принципа действия многофункциональных преобразователей
3.2. Оптимизация ФПД новых технических решений.
3.3. Описание программы расчета эксплуатационных характеристик элементов преобразователей сложной структуры
3.4. Описание автоматизированной системы синтеза новых технических решений
ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. Практическая реализация разработанных научных положений на примере микроэлектронных датчиков параметров движения.
4.1. Классификация методов достижения требуемых эксплуатационных характеристик микроэлектронных датчиков параметров движения.
4.2. Автоматизированный синтез вариантов физического принципа действия многофункциональных микроэлектронных преобразователей.
4.2.1. Заполнение базы данных
4.2.2. Задание на синтез физического принципа действия многофункционального
преобразователя
ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Паспорт микроэлектронного тензорезисторного датчика деформации 1 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Программа расчета эксплуатационных характеристик элементов
преобразователей сложной структуры
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Автоматизированная система синтеза новых технических решений
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Блочноиерархические модели физического принципа действия
интегрального микромеханического акселерометраклинометра
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Эскиз интегрального микромеханического акселерометраклинометра 1 ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Эскиз интегрального микромеханического тензорезисторного
акселерометраклинометра.
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Акты внедрения.
ВВЕДЕНИЕ


На основе использования результатов проведенного анализа методов достижения требуемых эксплуатационных характеристик микроэлектронных датчиков параметров движения, разработанных математических моделей и паспортов преобразователей синтезирован многофункциональный датчик Интегральный микромсханический тензорезисторный акселерометрклинометр, имеющий более высокую чувствительность по сравнению с прототипом. Результаты научных разработок внедрены в Астрахань ПИИПИГАЗ и позволили повысить качество и производительность проектирования. Предложенные модели используются в учебном процессе вуза при преподавании дисциплин, связанных с изучением измерительных преобразователей. В первой главе выполнен анализ состояния, направлений исследований микроэлектронных преобразователей, обоснована актуальность задачи проектирования многофункциональных датчиков, измеряющих одновременно несколько параметров. Проведен обзор методов поиска принципов действия технических систем. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наиболее эффективным является энергоинформационный метод. Однако автоматизированный синтез новых технических решений на базе энергоинформационного метода формирует только последовательную структуру цепей, что значительно ограничивает область поиска ФПД технического устройства, в частности, не позволяет синтезировать ФПД многофункциональных датчиков нового поколения. В связи с этим, встает вопрос о синтезе цепей ФПД технических устройств разветвленной структуры. Таким образом, выявлена необходимость проведения научного исследования для разработки более эффективного по сравнению с существующим подхода к синтезу новых технических решений, и создание на его основе математического, алгоритмического и программного обеспечения. Во второй главе приведено описание разработанной обобщенной иерархической модели физического принципа действия преобразовательного элемента в виде блока, предложена формализованная структура входной информации о блоке в виде иерархического паспорта преобразовательного элемента. В третьей главе описаны разработанные алгоритмы синтеза физического принципа действия многофункциональных преобразователей, расчета критериев блока, отождествляемых с эксплуатационными характеристиками, приводится описание комплекса программ, созданных на основе разработанных моделей и алгоритмов. В четвертой главе на основе анализа патентной и научнотехнической литературы определена область реализации разработанных теоретических положений и показана конкретизация обобщенной иерархической модели применительно к данной области микроэлектронным датчикам параметров движения. ГЛАВА 1. Рынок датчиковой аппаратуры в наиболее развитых странах на протяжении последних десятилетий имеет один из самых высоких показателей темпов роста в приборостроении. Так, к г. Основной объем производства датчиков приходится на США, Европу и Японию. В среднем производство микроэлектронных датчиков в США, Японии и Германии возрастает за год в 1, раза. На рис. Широкий диапазон их возможного использования определяется исключительно малыми размерами преобразователей при достаточно высокой точности и стабильности преобразования. По оценкам экспертов, суммарный рынок датчиков общего применения увеличится с года с ,6 млрд. К Н 0. Рис. Перспективы развития датчиков определяются прогрессивными технологиями их производства. Новейшие достижения полупроводниковой технологии и микроэлектроники все в большей степени используются при конструировании датчиков физических величин , . К настоящему времени совершенно очевидно, что микроэлектронная технология вносит радикальные изменения буквально во все типы датчиковой аппаратуры. В полупроводниковых датчиках на одном кристалле интегрированы тензо и термочувствительные элементы, фоточувствительные, магниточувствитсльные структуры ,. Принципы преобразования, которые могут быть использованы в совмещенных датчиках силовых параметров и температуры, приведены на рис. Рис. Классификация принципов преобразования в совмещенных датчиках силовых параметров температуры Возможные варианты исполнения многофункциональных дагчиков показаны на рис. ПРЭ
г
о,
а

ПРЗ
б
Рис. Структурные схемы многофункциональных датчиков.