1 Анализ объекта автоматизированного проектирования
1.1 Анализ микроакселерометра.
Материал – арсенид галлия
Ускорение
в диапазоне -1g
-100g
с шагом 20g
Технологический
разброс 
Размеры подвижной массы Длина – 135 (ось X) Ширина – 15 (ось Y) Толщина 10 мкм (ось Z) Толщина интерферометров 12 мкм. Интерферометры находятся на конце подвижной массы с обеих сторон. Размер интерферометра по ширине и по длине равен 20 мкм.
Рисунок 1.1 – Схематическое изображение микроакселерометра
1.2 Анализ условий функционирования
Комплекс должен обеспечивать непрерывный круглосуточный режим эксплуатации с учетом времени на техническое обслуживание.
В помещениях, предназначенных для эксплуатации Комплекса, должны отсутствовать агрессивные среды, массовая концентрация пыли в воздухе должна быть не более 0,75 мг/м3, электрическая составляющая электромагнитного поля помех не должна превышать 0,3 в/м в диапазоне частот от 0,15 до 300,00 МГц.
Напряжение питания сети должно быть 220 В ±10 %, частота 50 Гц.
Требования по обеспечению пожарной безопасности и электробезопасности (заземление) в помещениях должны быть выполнены в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 «ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования», ГОСТ Р 50571.22-2000. «Электроустановки зданий. Часть 7. Требования к специальным электроустановкам. Раздел 707. Заземление оборудования обработки информации», «Правилами устройства электроустановок», «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей».
Климатические факторы помещения для эксплуатации Комплекса должны быть по ГОСТ 15150-69 (с изм. 2004) «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды» для вида климатического исполнения УХЛ категории 4.2.
Нормальными климатическими условиями эксплуатации Комплекса являются:
- температура окружающего воздуха (20 ±5) °С;
- относительная влажность окружающего воздуха (60 ± 15) % при температуре воздуха (20 ± 5 ) °С;
- атмосферное давление ( 101,3 ± 4 ) КПа ( 760 ± 30 ) мм рт.ст.
Комплекс должен сохранять работоспособность при воздействии следующих климатических факторов:
- температура окружающего воздуха от 10 до 35 °С;
- относительная влажность воздуха от 40 до 80 % при температуре 25 °С.
1.3 Постановка задачи моделирования
Исследуется два варианта:
1. Ускорение приложено к интерферометрам только по оси Y
2. Ускорение приложено по всей поверхности подвижной массы по всем осям: по оси Y заданное значение, по остальным осям 0, 02 заданного значения
Для заданной микросистемы выполнить:
Построить геометрическую модель.
Требуемые графики и иллюстрации
1. Геометрическая модель
Задание 1. статический анализ при воздействии ускорения в заданном диапазоне.
Требуемые графики и иллюстрации
1. Конечно-элементная модель
2. Смещение по оси Х
3. Смещение по оси Y
4. Смещение по оси Z
5. Суммарное смещение
6. Напряжение по оси X
7. График зависимости смещения от ускорения.
8. График зависимости чувствительности от ускорения.
Расчет чувствительности выполнить по формуле
где d – смещение,
а – ускорение.
Задание 2. Модальный анализ в диапазоне от 1 Гц до 100 ГГц (количество задаваемых собственных частот определяется студентом таким образом, чтобы найти все собственные частоты в указанном диапазоне) при заданном технологическом разбросе.
Требуемые графики и иллюстрации
1. Собственные формы каждой из гармоник для суммарного смещения
2. Графики зависимости собственных частот от технологического разброса по заданному геометрическому объекту (длина, ширина и т.д.).
По графикам необходимо сделать вывод о количественном изменении собственных частот микросистемы вследствие технологического дрейфа.
Рассчитать время отклика
.
Задание 3.
1. В качестве исходной конечно-элементной модели использовать конечно-элементную модель из задания 2 при номинальных размерах. Повторить модальный анализ при номинальных размерах, увеличив вдвое число элементов в критических областях, и сравнить оба решения. Если получены почти одинаковые результаты, то конечно-элементную модель считать адекватной. Если результаты существенно различаются, то требуется дальнейшее измельчение сетки. Следует увеличивать число элементов, пока не будут получены почти идентичные результаты. Погрешность не должна превышать 2%.
Требуемые таблицы и иллюстрации
1. Таблица числа конечных элементов и узлов в исходной и полученной конечно-элементной модели.
2. Конечно-элементные модели (исходная и полученная).
Таблица 1. Параметры материала
Параметр Материал |
Коэффициент Пуассона |
Модуль Юнга |
Плотность |
Арсенид Галлия |
0.31 |
82.68 ГПа |
5316 кг/м3 |
Выводы
В этой главе были рассмотрены исходные данные по построению 3d модели и определены задачи проекта. Так же были подробно описаны условия необходимые для функционирования микроакселерометра.