Диссертация (Маршрут автоматизации системного проектирования микрооптоэлектромеханических систем), страница 10

3.14 –3.19).Рисунок 3.14 – График зависимости изменения собственных частот взависимости от технологического разброса длины подвижной массы дляпервой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометра71Рисунок 3.15 – График зависимости изменения собственных частот взависимости от технологического разброса длины подвижной массы длявторой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометраРисунок 3.16 – График зависимости изменения собственных частот взависимости от технологического разброса ширины подвижной массы дляпервой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометра72Рисунок 3.17 – График зависимости изменения собственных частот взависимости от технологического разброса ширины подвижной массы длявторой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометраРисунок 3.18 – График зависимости изменения собственных частот взависимости от технологического разброса толщины подвижной массы дляпервой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометра73Рисунок 3.19 – График зависимости изменения собственных частот взависимости от технологического разброса толщины подвижной массы дляпервой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометраДалее,вп.3.4,приводятсярезультатыэкспериментальныхисследований структурного синтеза конструкции распределенного МОЭМакселерометра на основе интерферометра Фабри-Перо с различнымипараметрами конструкции.

Результаты экспериментальных исследованийсведены в сводные таблицы и построены поверхности, отражающие влияниетехнологического дрейфа на выходные характеристики механическойподсистемы МОЭМ акселерометра на основе интерферометра Фабри-Перо.3.4 Анализ влияния технологического дефекта при производствеподвижной массы МОЭМ акселерометра на основе интерферометраФабри-Перо на выходные характеристики МОЭМ акселерометраОдной из важнейших характеристик является время отклика системына воздействие. Исходя из полученных в п.3.2 данных экспериментальных74исследований рассчитаем время отклика системы по формуле 3.1 и построимповерхности изменения времени отклика в зависимости от технологическогодрейфа.ܶ=ସଶ∗గ∗௙೘೔೙(3.1),На рисунках 3.20 – 3.25 приведены поверхности характеризующиеизменение времени отклика по сравнению с точными размерами притехнологическомдрейфепараметров.Поосиабсциссотложеныгеометрические размеры, по оси ординат – время отклика в секундах.Рисунок 3.20 – График зависимости изменения времени отклика взависимости от технологического разброса длины подвижной массы дляпервой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометра75Рисунок 3.21 – График зависимости изменения времени отклика взависимости от технологического разброса длины подвижной массы длявторой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометраРисунок 3.22 – График зависимости изменения времени отклика взависимости от технологического разброса ширины подвижной массы дляпервой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометра76Рисунок 3.23 – График зависимости изменения времени отклика взависимости от технологического разброса ширины подвижной массы длявторой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометраРисунок 3.24 – График зависимости изменения времени отклика взависимости от технологического разброса толщины подвижной массы дляпервой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометра77Рисунок 3.25 – График зависимости изменения времени отклика взависимости от технологического разброса толщины подвижной массы длявторой подвижной массы распределенного МОЭМ акселерометраИсходя из полученных графиков можно сделать вывод о том, что длядиапазона длин подвижной массы от 150 и до 200 технологическаяпогрешность, уменьшающая размеры подвижной массы снижает времяотклика механической подсистемы, но уменьшение габаритных размеровнесет за собой снижение прочности и изменение собственных частотустройства.78ВЫВОДЫВданнойглавепроведеноэкспериментальноеисследованиераспределенного МОЭМ акселерометра на основе интерферометра ФабриПеро.Проведеныэкспериментальныеисследованияразработанногомаршрута автоматизации системного проектирования МОЭМС на примерераспределенного МОЭМ акселерометра на основе интерферометра ФабриПеро.Из изложенного в главе следует, что разработанный маршрут решаетпоставленную задачу получения структуры МОЭМ акселерометра на основеинтерферометра Фабри-Перо.Разработанныйалгоритмполученияматематическоймоделимеханической подсистемы является параметрическим, так же существуютвозможности доработки и усовершенствования функционала алгоритма сцелью добавления новых функций и логического ветвления в определенныхместах для увеличения области применимости данного алгоритма.На основе графиков зависимости времени отклика от технологическихдефектов по одному из габаритных размеров делаем вывод, что наибольшеевлияниенасобственныечастотыподвижноймассыоказываюттехнологические дефекты длины и ширины подвижной массы приувеличении времени операции травления, т.е.

уменьшение габаритныхразмеров подвижной массы.Наибольшее влияние на время отклика при технологическом дрейфетолщины подвижной массы оказывает недостаточное по продолжительностивремя травления, вследствие чего происходит увеличение габаритныхразмеров подвижной массы микрооптоэлектромеханического акселерометрана основе интерферометра Фабри-Перо.794. Экспериментальное исследование влияния технологическоготехнологическодефекта на МОЭМ акселерометр на основе интерферометраФабри-ПероПеро с применением разработанного маршрутаавтоматизации системного проектирования МОЭМС4.1.

Получение математической модели механической подсистемыМОЭМ акселерометра на основе интерферометра Фабри-ПероФабрисприменением алгоритма повышения качества математической моделимеханической подсистемыИсходным объектом является геометрическаямодель механическойподсистемы микрооптоэлектромеханического акселерометра на основеинтерферометра Фабри-ПероФабри(рис.4.1).Рисунок 4.1 – Геометрическая модель механической подсистемымикрооптоэлектромеханического акселерометра на основе интерферометраФабри-ПероКонечно-элементнаяэлементная модель механической подсистемы создается в80программном комплексе ANSYS. Построение сетки конечных элементов впрограммном комплексе ANSYS производится при помощи встроенногосредства расчета размеров конечных элементов.

Автоматическое построениесетки конечных элементов основано на вписывании целого числа элементовв объем. Данный метод является затратным, если необходимо получитьвысокую точность результатов моделирования, поскольку при этомнеобходимо использовать минимальный размер конечных элементов, чтоведет к резкому увеличению ресурсоемкости. На рисунке 4.2 приведенаконечно-элементнаянтная модель механической подсистемы, построенная сиспользованием стандартного алгоритма построения сетки конечныхэлементов (рис.4.2),.2), а в таблице 4.1 приведены данные о времени иколичестве конечных элементов математической модели.Рисунок 4.2 – Конечно-элементнаяКонеч элементная модель механической подсистемымикрооптоэлектромеханического акселерометра на основе интерферометраФабри-Перо81Таблица 4.1 - Сведения о времени разбиения геометрической модели,количестве конечных элементов и их размереЧисло узловЧисло КЭВремя разбиенияРазмеры КЭ по{x,y,z}128100,015 сек.{1e-6,1e-6,1e-6}393400,051 сек.{5e-6,5e-6,5e-6}755310003,16 сек.{1e-7,1e-7,1e-7}4335221100000017 сек.{1e-8,1e-8,1e-8}Как видно из рисунка 4.2 сетка КЭ элементов примитивна, а результатымоделирования с подобной сеткой КЭ далеки от реальности.Применив разработанный модуль повышения качества структурногосинтеза математической модели механической подсистемы, получаем новуюсетку КЭ, показанную на рисунке 4.3.

Данная сетка КЭ элементов учитываетмаксимальное напряжение в месте соединения подвижной массы и рамкимикрооптоэлектромеханического акселерометра, а так же деформациюинтерферометров Фабри-Перо на конце подвижной массы.Рисунок 4.3 – Конечно-элементная модель подвижной массымеханической подсистемы82Математическая модель механической подсистемы представляет собойподвижнуюмассу,накоторойрасположеныдваинтерферометраФабри-Перо [8].На рисунке 4.3 приведена конечно-элементная модель механическойподсистемы МОЭМ акселерометра на основе интерферометра Фабри-Перо.Размеры конечных элементов выбраны программным комплексом ANSYSисходя из линейных размеров математической модели и предварительнорассчитанных мест максимальной деформации (точки ограничения степенейсвободы и точки приложения нагрузки). Данное разбиение дает точныйрасчетмеханическихдеформацийприприложениинагрузки,нопоследующая конвертация на язык VHDL-AMS невозможна в видунедостаточности описания поведения области между точками ограничениястепеней свободы и точками приложения нагрузки.

Для получения модели наязыке VHDL-AMS необходимо провести разбиение математической модели сучетом ее линейных размеров, распределяя плотность конечных элементовболее равномерно [7,8,12].Приизменениисущественныйразмеровнедостатокконечныхалгоритма–элементовбыломатематическиевыявленмоделисопределенными линейными размерами невозможно разбить на конечныеэлементы с заданными размерами и плотностью разбиения. Здесь следуетввести такой параметр как укладываемость или кратность размеровматематической модели размерам конечных элементов по трем осямкоординат. В связи с чем и возникает необходимость проведения адаптацииразмеров конечных элементов к каждой математической модели.