5 Выводы по работе

Выводы по проделанному моделированию на первом этапе:

• При заданных размерах покрытия и величине зазора возможно получить достаточно большое значение силы Ампера, но нужны дополнительные расчёты, чтобы определить необходимую для работы устройства величину этой силы эти расчёты будут проведены при моделировании на втором этапе. В статье [4] приведён расчёт силы Ампера для магнитоэлектрического преобразователя, выполненного по прямой схеме, с размерами пластины 5 на 5 мм, и получено значение силы F = 40 мН. Расчёты показывают, что для преобразователя, выполненного по обращённой схеме по третьему варианту, с размерами пластины 1,5 на 1 мм, значение силы F = 0,4 мН. Так как площадь пластины приблизительно в 17 раз меньше, следовательно, сила на единицу площади меньше в 6 раз по сравнению с прямой схемой.

• Намагничивать пластину лучше вертикально, при этом поле более равномерное, и значение индукции в зазоре не изменяется вдоль магнита.

• Был исследован случай, когда магнитное покрытие разделено на области с меньшим соотношением размеров (отношение длины и ширины к толщине). При этом значение магнитной индукции уменьшилось в два раза при уменьшении площади покрытия во столько же раз.

По второму этапу моделирования можно сделать следующие выводы:

• Датчик рассмотренной конструкции можно использовать для измерения ускорения, его выходная характеристика линейна.

• Для точного измерения значения ускорения частота заполнения должна быть как минимум в 1000 раз выше собственной частоты колебаний чувствительного элемента.

• Для поддержания колебаний в системе требуется значение силы, на четыре порядка меньшее, по сравнению с рассчитанным на первом этапе, как максимально возможное (0.08 мкН по сравнению с 0,8 мН). Это означает, что в конструкции существует запас по этому параметру.

• При резких изменениях воздействующего внешнего ускорения наблюдаются небольшие выпады, которые необходимо компенсировать в схеме измерения, например, применяя цифровую обработку сигнала.

Заключение

В ходе выполнения работы было проведено моделирование микромеханического датчика ускорения и создана математическая модель, описывающая его функционирование. Модель позволяет, внося соответствующие изменения в конструкцию моделируемого датчика, получать результаты, по которым можно предсказать поведение и свойства реальной системы, например изменение частоты собственных колебаний при изменении размеров чувствительного элемента, жесткости упругих подвесов. Также было проведено исследование конструкции и функционирования датчика с использованием построенной модели, при различных внешних воздействиях.

Для достижения поставленной в работе цели были решены следующие задачи:

• составлена классификация микромеханических датчиков ускорения и проведено сравнение датчика рассматриваемой конструкции с аналогами. В результате было выявлено, что прямых функциональных аналогов у датчика в микромеханическом масштабе нет. В аналогах устройства используется ёмкостной метод съёма показаний не применяется режим автоколебаний.

• рассмотрены области применения датчика, в результате чего была выявлена актуальность и востребованность разработки в данном направлении.

• составлено математическое описание работы датчика на основе дифференциальных уравнений и формул, описывающих физические явления, происходящие в датчике во время его работы.

• выбрана программная среда для проведения моделирования функционирования датчика, это Ansys (для проведения расчёта электро-магнитных полей) и модуль Simulink программного продукта Matlab (для моделирования функционирования датчика в представлении его в виде пружинного маяника).

• составлена модель в выбранной среде моделирования, которая была оптимизирована для обеспечения заданной точности при минимальном количестве вычислений (моделирование разделено на два этапа, подобраны соответствующие значения частоты заполнения для схемы измерения, точность входящих в модель значений и пр.).

• было проведено моделирование при разных параметрах конструкции датчика, при этом изменялись входные параметры системы для соответствия реальным условиям функционирования.

• проанализированы результаты моделирования и сделан вывод о достоинствах и недостатках рассматриваемой конструкции, предложены методы устранения выявленных недостатков.