ВВЕДЕНИЕ. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения»

КАФЕДРА МИКРО- И НАНОТЕХНОЛОГИЙ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

ОЦЕНКА

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

Санкт-Петербург 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 3

1 Классификация микромеханических датчиков ускорения. 5

2 Обоснование выбора объекта моделирования. 11

3 Математическое описание функционирования объекта. 13

4 Программа и результаты моделирования функционирования микромеханического датчика. 15

5 Выводы по работе. 30

Заключение. 31

Литература. 32

ВВЕДЕНИЕ

Темой работы является создание математической модели микромеханического датчика ускорения (акселерометра) с электромагнитным силовым преобразователем (далее - датчика). Конструкция рассматриваемого датчика, выполненная в микромеханическом масштабе, является принципиально новой [1], и производство опытных образцов датчика потребует больших денежных вложений, а также займёт много времени перед тем, как можно будет начать испытания и доработку конструкции для соответствия требованиям и обеспечения заданного функционала. Поэтому, целесообразно провести математическое моделирование и на полученной модели отработать особенности конструкции и параметры элементов датчика. Также, это целесообразно ввиду повышенных требований к средствам измерения, необходимым для проведения испытаний опытного образца и испытательным стендам, так как требуется измерять перемещения чувствительного элемента на уровне долей микрометра при воздействии внешнего ускорения в разных направлениях.

Рассматриваемый датчик имеет в своём составе чувствительный элемент, с нанесённым на его поверхность материалом с особыми магнитными свойствами. Важным является изучение характеристик этого покрытия в зависимости от его формы, размеров и химического состава [2], в связи с этим, актуальность создания математической модели состоит и в необходимости выбора рационального варианта конструкции, из множества технологически реализуемых, после проведения комплексного анализа всей системы, что может быть невозможным при проведении только физических экспериментов на опытных образцах.

Целью моделирования является создание адекватной реальному датчику математической модели, которая бы позволяла, внося соответствующие изменения в конструкцию моделируемого датчика (изменение входных параметров), получать результаты, по которым можно было бы предсказать поведение и свойства реальной системы с необходимой точностью, а также проведение исследования конструкции и функционирования датчика, с использованием построенной модели, при различных внешних воздействиях.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

¾ составить классификацию микромеханических датчиков ускорения и провести сравнение датчика рассматриваемой конструкции с аналогами

¾ рассмотреть области применения датчика и основные технические требования, которые следует учесть при моделировании

¾ составить математическое описание работы датчика

¾ выбрать программную среду для проведения моделирования функционирования датчика

¾ составить программу (модель) в выбранной среде моделирования

¾ оптимизировать составленную модель для обеспечения заданной точности при минимальном количестве вычислений

¾ провести моделирование при разных параметрах конструкции датчика, изменяя входные параметры системы для соответствия реальным условиям функционирования

¾ проанализировать результаты моделирования и сделать вывод о достоинствах и недостатках рассматриваемой конструкции, предложить методы устранения выявленных недостатков, при необходимости повторить моделирование, изменив модель.