Диссертация (Маршрут автоматизации системного проектирования микрооптоэлектромеханических систем), страница 12

При длинах свыше 350 мкмкривая становится более пологой из чего делаем вывод что при определеннойдлини подвижной массы механической подсистемы влияние на времяотклика будет минимальным либо отсутствовать.Таким образом, делаем вывод, что время отклика системы в целомрастет с увеличением длины подвижной массы механической подсистемы.На рисунке 4.9 представлена поверхность, отражающая зависимостьвремени отклика системы от технологического дрейфа ширины подвижноймассы при различных длинах подвижной массы.

В таблице 4.6 приведеныосновные точки, которые использовались для построения поверхности.В данном случае график представляет собой некую поверхность,поскольку технологический дрей времени отклика исследовался длятехнологического дрейфа ширины подвижной массы при различных длинахподвижной массы микрооптоэлектромеханического акселерометра на основеинтерферометра Фабри-ПероТаблица 4.6 – Зависимость времени отклика от ширины подвиждноймассы при различных длинахВремя отклика4.86117e-74.89971e-74.96622e-72.67487e-72.69368e-72.72258e-73.1265e-63.30162e-63.34638e-62,1175e-52,1344e-52,1483e-5Толщина27,753032,2527,753032,2527,753032,2527,753032,2593Длина100100100200200200300300300400400400Рисунок 4.9 – Зависимость времени отклика от технологического дрейфаширины механической подсистемы микрооптоэлектромеханическогоакселерометра на основе интерферометра Фабри-ПероИз рисунка 4.9 и таблицы 4.6 делаем вывод о том, что при значенияхдлины более 350 мкм.

и технологическом дрейфе ширины подвижной массыпроисходит резкое увеличение времени отклика системы.На рисунке 4.10 приведен график зависимости времени откликасистемы от технологического дрейфа толщины подвижной массы приразличных длинах подвижной массы. Данный график так же представленповерхностью, поскольку в данном случае имеет место изменение трехпараметров – длины и толщины подвижной массы, а так же времени отклика,непосредственно зависящего от первых двух. В таблице 4.7 приведеныосновные точки для построения поверхности, отражающей зависимостьвремени отклика от дрейфа толщины подвижной массы при различных94длинах подвижной массы.Рисунок 4.10 – Зависимость времени отклика от технологического дрейфатолщины механической подсистемы микрооптоэлектромеханическогоакселерометра на основе интерферометра Фабри-ПероФабриИз рисунка 4.10 и таблицы 4.7 делаем вывод о том, чтотехнологический дрейфйф тощины подвижной массы практически не влияет навремя отклика всей системы.95ВЫВОДЫВ данной главе проведены экспериментальные исследования влияниятехнологическогодрейфапараметровмеханическойподсистемымикрооптоэлектромеханического акселерометра на основе интерферометраФабри-Перо на собственные частоты механической подсистемы и на времяотклика всей системы в целом.Исходя из результатов исследования выделим следующие моменты:1.

С увеличением длины подвижной массы механической подсистемыпроисходит уменьшение значения собственной частоты в диапазоне от 1МГц до 1 ГГц.2. Технологический дрейф ширины и толщины подвижной массыоказывают минимальное влияние на собственные частоты механическойподсистемы.3.

С увеличением длины подвижной массы время отклика системы вцелом увеличивается практически линейно, но в области длин более 350 мкм.наклон становится пологим и при определенной длине подвижной массымеханической подсистемы время отклика системы более возрастать не будет.4. Максимальное влияние на время отклика всей системы в целомоказывает технологический дрейф длины подвижной массы механическойподсистемы.96ЗаключениеРазвитие области производства электронных датчиков и систем новогопоколения, основанных на сочетании различных физических эффектов, такихкак оптические и механические и др., требует междисциплинарного подходак решению задачи математического моделирования. Данная задача относитсяк разряду задач, решаемых методами многомасштабного иерархическогомоделирования сложных микрооптоэлектромеханических систем. Однакорешение данных задач осложняется отсутствием программных комплексов,позволяющихпроводитьматематическоемоделированиеоптических,механических и электронных подсистем в одном программном комплексе, атак же возникновением проблем моделирования при неправильном подбореконечных элементов для решения задач деформации для механическойподсистемы.

Механическая подсистема микрооптоэлектромеханическогоакселерометра является основной подсистемой, выходные параметрыкоторой влияют на выходные параметры всей системы в целом.В настоящей работе проводится разработка и экспериментальноеисследованиеиерархическогоалгоритмаадаптациимоделирования,методовреализациямногомасштабногопрограммногомодуляпостроения адаптивной сетки конечных элементов, реализация модулявзаимодействия программных комплексов ANSYS и MATLAB/Simulink.Основными результатами работы являются следующие:1.Разработаналгоритмадаптацииметодовмногомасштабногоиерархического моделирования, позволяющий проводить математическоемоделирование сложных микрооптоэлектромеханических систем.2.

Разработан алгоритм адаптации сетки конечных элементов взависимости от матрицы деформации подвижной массы механическойподсистемы.3.РазработанмодульдляпрограммногокомплексаANSYS,осуществляющий адаптацию сетки конечных элементов и обладающийследующими свойствами:97a)Разработанныймодульобладаетпреимуществамипередклассическим методом поэтапного моделирования, за счет автоматизацииопераций построения, проведения моделирования, перестроения и адаптациисетки КЭ, а так же проведения последующих этапов моделирования иполучения описания поведения математической модели на языке VHDLAMS.b) Реализованный на основе разработанного алгоритма модульучитываетобластиминимальнойимаксимальнойдеформациииосуществляет увеличение плотности КЭ на основе матрицы деформаций,полученной после этапа «быстрого» моделирования.c) Процесс моделирования механической системы с применениемразработанного модуля становится параметрическим, поскольку изначальнопользовательзадаеттолькоразмерымеханическойподсистемыиинтерферометров Фабри-Перо.

При необходимости модуль модифицируетсяи добавляется возможность задания характеристик применяемого материала,таких как модуль Юнга, коэффициент Пуассона и пр.4.Проведеныэкспериментальные исследованиямикрооптоэлектромеханическихсистемнапримерераспределенныхраспределенногомикрооптоэлектромеханического акселерометра на основе интерферометраФабри-Перо с применением разработанного модуля адаптации сеткиконечных элементов, что позволило сделать вывод о максимальном влияниидлины подвижной массы механической подсистемы на время отклика всейсистемы в целом и на собственные частоты подвижной массы в частности.5.моделиПроведеныэкспериментальныемикрооптоэлектромеханическогоинтерферометраФабри-Перосисследованияматематическойакселерометраприменениемнаосноверазработанногодляпрограммного комплекса ANSYS модуля и программы, осуществляющейвзаимодействие программного комплекса ANSYS и MATLAB/Simulinkпосредством передачи основным параметров моделирования механическойподсистемы и поведения механической подсистемы в виде описания на языке98формального описания цифро-аналоговых устройств VHDL-AMS.6.

Экспериментальные исследования влияния технологического дрейфана собственные частоты и на выходные характеристики системы (времяотклика) позволяют сделать следующие заключения:a) С увеличением длины подвижной массы механическойподсистемы происходит уменьшение значения собственной частоты вдиапазоне от 1 МГц до 1 ГГц.b) Технологический дрейф ширины и толщины подвижной массыоказываютминимальноевлияниенасобственныечастотымеханической подсистемы.c) С увеличением длины подвижной массы время откликасистемы в целом увеличивается практически линейно, но в областидлин более 350 мкм. наклон становится пологим и при определеннойдлине подвижной массы механической подсистемы время откликасистемы более возрастать не будет.d) Максимальное влияние на время отклика всей системы в целомоказываеттехнологическийдрейфдлиныподвижноймассымеханической подсистемы.Дальнейшаяпроработкамодулявзаимодействияпрограммныхкомплексов позволит полностью сделать многомасштабное иерархическоемоделирование сложных микрооптоэлектромеханических систем полностьюпараметрическим, а доработка модуля-сценария адаптации сетки конечныхэлементовпозволитснизитьвремяпроведенияматематическогомоделирования механической подсистемы, сделать математическую модельадекватнойреальномуустройствуиускоритьэтапразработкииматематического моделирования сложных микрооптоэлектромеханическихсистем нового поколения.99СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1.

Senturia S. S. D. Microsystem Design. – 2001. – 720 с.2.КосолаповИ.А.,КишиневскийА.Г.,ПаршинаА.А.,Многомасштабное моделирование на основе иерархического подхода напримеремикрооптоэлектромеханическогоакселерометранаосновеинтерферометра Фабри-Перо, Сборник трудов Третьей Всероссийскойшколы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению«Наноинженерия» – Калуга, 2010, с.273-276.3. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы.

— М.: Мир, 1984.4.ШалумовА.С.Моделированиемеханическихпроцессоввконструкциях РЭС на основе МКР и аналитических методов: Учебноепособие. Ковров: Ковровская государственная технологическая академия,2001. -296с.5. Волобой А.Г., Галактионов В.А. Машинная графика в задачахавтоматизированного проектирования // "Информационные технологии впроектировании и производстве", № 1, 2006, с. 64-73.6. Молчанов И.Н.