Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Исследование конструкции микромеханического датчика для снижения влияния вибраций на его конструктивные элементы
-
Оформление работы
-
Список литературы по ГОСТу
-
Соответствие методическим рекомендациям
-
И еще 16 требований ГОСТа,которые мы проверили
Введи почту и скачай архив со всеми файлами
Ссылку для скачивания пришлем
на указанный адрес электронной почты
Введение:
В настоящее время отрасль микроэлектромеханических систем (МЭМС) переживает стремительное развитие и относится к перспективным направлениям микроэлектроники. К числу наиболее развитых на сегодняшний день направлений этой области относятся микромеханические датчики: давления, угловой скорости, акселерометры, гироскопы. Это обусловлено тем, что эффективное обнаружение движения объекта представляет интерес для многих областей. 
Область применения МЭМС датчиков постоянно расширяется, поэтому обеспечение качественных показателей и миниатюризации такой продукции является все более актуальной и важной задачей. 
При работе микроэлектромеханического гироскопа (ММГ) его точность зависит от влияния внешних и внутренних возмущающих факторов. К внешним факторам относятся: технологические погрешности изготовления ММГ, колебания температуры окружающей среды, внешние механические воздействия, прежде всего вибрации и удары. 
К внутренним факторам относятся паразитные связи, которые могут иметь механическую и электрическую природу (паразитные ёмкости, электростатические связи). 
При работе микромеханических датчиков в жестких условиях, под влиянием механических воздействий могут возникать нежелательные перемещения подвижных элементов, которые могут вызвать появления ложных выходных сигналов. Помимо этого, возникают деформации конструкции, увеличиваются напряжения. 
Микромеханические гироскопы нашли широкое применение в аппаратуре гражданской и военной техники. Требования к показателям и характеристикам МЭМС датчиков постоянно повышаются, это связано с постоянно расширяющейся их областью применения, появляются применения МЭМС датчиков отличающиеся более высокими уровнями внешних механических воздействий, в частности более широким диапазоном параметров вибраций и ударов.
Исследования и разработки ММГ проводились различными отечественными и зарубежными фирмами: Sensonor, Analog Devices, Honeywell, ST Microelectronics, российскими научными центрами, университетами и предприятиями (АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». 
Целью дипломной работы является исследование конструкции микромеханического гироскопа для снижения влияния вибраций на его конструктивные элементы.
Для достижения поставленной цели, требуется решить следующие задачи:
1. Выполнить обзор публикаций и литературных источников по теме исследования, включающих описание характеристик микромеханических датчиков, давления, акселерометров, гироскопов, их функциональные параметры и конструктивные исполнения, работающих в условиях действия вибрации и ударов. 
2. Описать методы снижения чувствительности ММГ к внешним механическим воздействиям.
3. Произвести расчет и обоснование выбранного метода снижения чувствительности к внешним воздействиям.
4. Разработать математические модели ММГ, учитывающие действия постоянных и вибрационных ускорений 
5. Выполнить имитационное моделирование ММГ на ЭВМ при наличии вибрации 
6. Произвести анализ полученных результатов.
Заключение:
1. В представленной дипломной работе приведены основные методы снижения чувствительности ММГ к внешним механическим воздействиям и сравнительный анализ современных мировых разработок микромеханических датчиков давления, акселерометров, гироскопов. 
2. Разработан прибор, который имеет средства защиты имеющегося чувствительного элемента и платы, на которую чувствительный элемент установлен, от внешних механических воздействий. Сформулированы технические требования для виброзащитного устройства ЧЭ. Представлено несколько вариантов конструкций подвесов. 
3. Рассмотрена зависимость собственных частот и напряжений материала от вариации конструкционных значений. При расчёте прочности, были получены результаты, которые показали большой запас по прочности конструкции при воздействии перегрузок в ±15g по оси Z. 
4. Проведено исследование влияния температуры на характеристики подвеса и показано, что температурное воздействие оказывает значительное влияние на характеристики и работоспособность металлических конструкций виброзащитного устройства. 
5. По результатам расчетов всем техническим требованиям удовлетворяет схема 2 из стали. Данная конструкция рекомендуется к использованию. 
6. Спроектирован корпус прибора с виброзащитным устройством для платы, которое снижает влияние внешних вибраций и акустических шумов. 
Фрагмент текста работы:
1.  Современные технические решения для микромеханических датчиков 
С расширением традиционных применений гироскопов и появлением новых возникла потребность в недорогих миниатюрных датчиках угловой скорости. 
Микромеханические датчики позволяют создавать малогабаритные ИНС, которые с помощью интегрированных спутниковых навигационных систем обеспечивают необходимую точность определения положения и ориентации таких движущихся объектов, как самолеты, морские суда, наземные транспортные средства, роботизированные системы. Нетрадиционные приложения ММГ включают интеллектуальные игрушки, системы виртуальной реальности, самонаводящиеся пули и снаряды.
Перспективы и актуальность создания недорогих и миниатюрных гироскопов привели к созданию ММГ большинства ведущих приборостроительных компаний в мире. 
Микромеханические устройства, установленные на движущихся объектах, при транспортировке и эксплуатации подвергаются интенсивным механическим воздействиям: вибрация, линейная перегрузка, удар, акустический шум. Наиболее опасными являются вибрационные воздействия.
Патенты на различные технические решения в области разработки микромеханических чувствительных элементов получили такие компании, как Analog Devices, Sensonor, Murata, Systron Donner и другие. 
1.1. Обзор литературных источников, публикаций, патентов
Рассмотрим опубликованные в настоящее время результаты по разработке и исследованию конструкций микромеханических гироскопов и снижению их чувствительности к внешним механическим воздействиям. 
Одной из разработок Analog Devices является датчик угловой скорости ADXRS 300 [3], который имеет первый и второй IT, которые установлены на упругих подвесах с электростатической обратной связью. Первый и второй ИТ под действием электростатических двигателей гребенчатого типа приводятся в колебательное движение параллельно базовой плоскости, так что колебания инерционной массы имеют противоположные фазы.
В [4] рассматриваются особенности применения многомассовых систем ММГ с механическими и электрическими связями между генераторами. Эти системы позволяют повысить виброустойчивость ММГ при использовании в качестве датчиков угловой скорости высокодинамичных объектов. Допускается использование аналогичных ММГ в частотном диапазоне колебаний, в том числе собственных частотах генераторов. Системы электрической жесткости позволяют компенсировать технологические колебания частоты из-за погрешностей изготовления элементов конструкции. Также предусмотрены требования к проектным параметрам, которые обеспечивают повышенную устойчивость к вибрационным перегрузкам.
В [5] был проведен обзор динамических воздействий на электронное оборудование. Также анализируются различные средства защиты инерциальных ЧЭ от таких воздействий, как вибрация и удар. Кроме того, была подтверждена возможность использования этих методов для ММГ.
