Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Перспективи за използване на микроустройства в сензорни мрежи

<== предишна статия |

Микросистемната технология (MST) е нова посока на научно-техническата дейност, която през последното десетилетие бързо навлиза във всички производствени области. Въз основа на постиженията на микроелектрониката и микротехнологиите, MST завладява пазари, вариращи от оръжия и енергия до биология, медицина, от мобилни комуникации до всички видове домакински уреди. Технологията на микросистемата се развива на кръстопътя на много области на науката и технологиите. През последните десетилетия микроелектронната технология е пътувала от хибридни агрегати, съдържащи единични полупроводникови врати, до микропроцесори, където броят на транзисторите на чип отдавна надвишава един милион. Такъв бърз растеж на възможностите на изчислителната сърцевина на системите за управление доведе до това, че увеличаването на тази подсистема вече не води до адекватно увеличаване на възможностите на системата за управление като цяло, тъй като най-слабите (по размер, цена, консумация на енергия и т.н.) връзки на веригата са сензорни (измерващи) и (изпълнителна) подсистема. Следователно по-нататъшният напредък на технологията е неизбежно свързан с напредъка на сензорните и активаторни подсистеми , първоначално базирани на микроелектромеханични дискретни елементи, функционално и технологично съвместими с изчислителната подсистема, и след това чрез пълното сливане на трите подсистеми в едно микро устройство.

Съществуващите технологии MST използват предимно модернизирани технологични техники на микроелектрониката. Предимствата на този подход при създаването на микроустройства са:

1. Осигуряване на много висока точност на производството (по-малко от 1 микрона).

2. Паралелно („групово“) производство на по-голям брой идентични устройства, осигуряващо ниска цена на един продукт.

3. Еднотипно и едновременно производство на механични, електрически и други елементи на устройства със сложна топология и сложна структура.

За разлика от обичайните технологични методи, усложнението на геометричната конфигурация (в рамките на планарността) не е ограничение и не води до увеличаване на цената на устройството. В момента най-развитите сензори от различни видове и цели, които са малки по размер и консумация на енергия, ниска цена с достатъчно висока производителност. Разработени и активно разработени микромотори, помпи, задвижващи елементи, клапани, както и различни "екзотични" устройства на нетрадиционни схеми - ходещи микророботи, микровълни и др. Аерокосмически приложения - област, в която малките размери и маса са един от решаващите аргументи в полза на MST - уреди. Именно за тази област в края на 60-те години са разработени и овладени първите миниатюрни сензори за налягане и акселерометри. Сензорите имат високи динамични характеристики (естествените честоти на сензорите за налягане са до 500 kHz), най-малкият диаметър на сензора е до 0,4 mm, сензорите са силно устойчиви на вибрации и удари. Силиконови сонди, термоанемометри и сензори за триене на триене са разработени и се използват в аеродинамични изследвания. Друга стъпка в развитието е разработването на многоелементни (клъстерни) сензорни решетки, внедряването на „клъстери“ на гъвкави среди, осигуряващи инсталация директно върху обтеканата повърхност или вътре в поточния канал на каналите (фиг. 11.1).


Фиг. 11.1 Многоелементна решетка от сензори на гъвкави аеродинамични изследователски среди (Калифорнийски технологичен институт).

За да се подобри надеждността на авиационните газотурбинни двигатели, се разработват сензори, които работят при трудни условия (при високи температури, нива на вибрации и др.). Достигнахме нивото на полетните тестове на изследвания за активен контрол на потока, използвайки MST. Създаването на микро-устройства за самолети (LMA) за авиацията и използването на космоса се извършва от редица организации в САЩ, европейски страни, Япония и Китай. LMA са създадени, за да подчертаят тактическата ситуация. Планирано е да се пуснат в орбита малки (до 500 кг), микро (до 100 кг) нано- (до 10 кг) и пико (до 1 кг) космически апарати за различни цели. Повечето от тези разработки се основават на използването на напредъка в микросистемните технологии. Така за летящите микрокамери (LMA) се създават многобройни микро-аналози на традиционните двигатели (електродвигатели, двигатели с вътрешно горене, двигатели с течно гориво, турбини) (фиг. 11.2).

Фиг. 11.2 Демонстрационна микро-LRE, разработена в Масачузетския технологичен институт

Лабораторията на микротехнологиите и MEMS SPbGPU е натрупала опит в разработването на различни микромеханични устройства, включително сензори за налягане, термични преобразуватели за различни цели. Датчиците за налягане са едно от първите микроелектромеханични разработки на нашата лаборатория, извършени за отдел промишлена вентилация на ЦАГИ. Необходимо е да се разработят сензори за инсталиране директно върху повърхността на аеродинамичния модел (т.нар. "Нископрофилен сензор"). Сензорът е направен по класическата MEMS технология: мембрана, създадена от течно ецване с дифузионни тензометри, свързани в мостова верига. На повърхността на моделите са монтирани сензори с лепило. За изследване на нестационарните аеродинамични процеси в поточната част на компресорите на газовите помпени агрегати (НПА) са разработени сензори на пулсации на статично налягане и са широко използвани в моделните и пълномащабните етапи. Конструкцията на сензорите осигурява монтаж на колела и осигурява работоспособност на сензорите при ускоряване до 30 000 g (фиг. 11.3).

Фиг. 11.3 Силиконови сензори за налягане за аеродинамични изследвания

Термопреобразуватели, разработени по поръчка на Института по метрология. Mendeleev за вторичен стандарт, за редица параметри са показатели по-добре от съществуващите вторични стандарти на променливо напрежение. Разработеният чип е използван за създаване на редица схеми на термични преобразуватели: индиректно загрят термо-анемометър, сензор за разделяне на потока, вакууммер, инклинометър, микро-разходомер (фиг. 11.4). Разработени са въпросите за използването на сензори на базата на термичен преобразувател за системи за определяне на параметрите на движение на LMA.

Фиг. 11.4 Термичен термоелектрически преобразувател

Най-сложните микроелектромеханични структури са направени за електростатично задвижвани инерционни сензори за вибрации. Акселерометърът и жиро сензорите се разработват за навигационни системи на бързо движещи се обекти. За контролиране на херметичността на кутиите се използва вакуумметър на базата на термичен преобразувател (фиг. 11.5).

Фиг. 11.5. Модулна блокова инерционна навигационна система (лаборатория за разработка МТ и МЕМС СПбГПУ).

За тези и редица други разработки са създадени редица оригинални микротехнологии, които осигуряват пълен цикъл на операциите. Натрупан е значителен интердисциплинарен опит в създаването на микросистемни инженерни продукти - лабораторията извършва развитие в тясно сътрудничество с водещите отдели на редица технически университети, лаборатории и предприятия, специализирани в областта на микросистемното инженерство.

<== предишна статия |





Вижте също:

Електронен парамагнитен резонанс

Принципи на конструиране и особености на функционирането на измервателни уреди, базирани на използването на свързани колебания в системи с две степени на свобода

Метод на Браг

Физически основи на СКВИД - микроскопия

Проектиране и работа на сканиращ тунелен микроскоп

НГР метод - спектроскопия

Mössbauer ефект

Размита логика и теория на размити множества

Концепциите на експертната система и изкуствената невронна мрежа

Синергичен подход за анализ на динамиката на нелинейните процеси в сложни системи

Класификации на рецепторите

Нелинейни колебателни процеси в многостепенни системи

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

Видян: 2603

11.45.9.53 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .