Микроэлектромеханические сенсоры

Цель работы – разработка микромеханического гироскопа, с расширенной полосой пропускания.
В процессе исследования проводилась разработка функциональной схемы и составление математической модели акселерометра, проводился частотный и статический анализ конструкции, расчет основных параметров, рассмотрены вопросы технологии, социальной ответственности и финансового менеджмента.
В результате исследования разработана конструкция однокомпонентного микромеханического гироскопа, с расширенной полосой пропускания.

ОГЛАВЛЕНИЕ С.
Введение ………………………………………………………………………………………………………… 13

1. Обзор микроэлектромеханических сенсоров. …………………………………………………. 14

1.1. Микромеханические системы …………………………………………………………………….. 14

1.3. Классификация МЭМС датчиков ………………………………………………………………… 21

1.4 . Основная информация о гироскопах. …………………………………………………………. 24

1.5. Микромеханические гироскопы, принцип работы ………………………………………… 25

1.6. Классификация микромеханических гироскопов. …………………………………………. 27

1.7. Микромеханические гироскопы LL – типа. ………………………………………………….. 30

1.8. Полоса пропускания, способы увеличения. ………………………………………………….. 31

2 Математическая модель …………………………………………………………………………… 34

2.1. Функциональная схема ……………………………………………………………………………….. 34

2.2. Составление математической модели ………………………………………………………….. 36

3. Разработка конструкции и математическое моделирование …………………….. 41

3.1. Проведение частотного анализа конструкции ………………………………………………. 41

3.2. Определение коэффициентов жесткости упругих подвесов …………………………… 45

3.3. Расчет суммарной ёмкости гребенчатых структур ………………………………………… 48

3.4 Анализ зависимостей собственных частот ММГ …………………………………………… 50

4. Вопросы технологии …………………………………………………………………………………… 55

4.1. Анализ материала ………………………………………………………………………………………. 55

4.2. Технологический процесс травления …………………………………………………………… 56

4.3. Технологический процесс изготовления МЭМС-датчика ………………………………. 59

4.4. Технологический процесс сборки ………………………………………………………………… 60

5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……….. 63

5.1. Предпроектный анализ ……………………………………………………………………………….. 63

5.2. Инициация проекта …………………………………………………………………………………….. 66
5.3. Планирование управления научно-техническим проектом ……………………………. 67

5.4. Определение ресурсной, финансовой эффективности исследования ………………. 72

6. Социальная ответственность ……………………………………………………………………….. 75

6.1. Профессиональная социальная безопасность ……………………………………………….. 75

6.2. Экологическая безопасность ……………………………………………………………………….. 79

Заключение ……………………………………………………………………………………………………. 82

Список публикаций …………………………………………………………………………………………. 83

Список используемых источников ……………………………………………………………………. 85

Приложение А …………………………………………………………………………………………………. 87

Приложение Б (таблицы) ………………………………………………………………………………… 107

Приложение В (иерархическая структура проекта) …………………………………………… 119

В ходе выполнения магистерской диссертационной работы был
разработан микромеханический гироскоп с расширенной полосой пропускания.
В процессе был выполнен следующий комплекс работ:
– анализ отечественной и зарубежной литературы по теме работы;
– выбор расчетной схемы микромеханического гироскопа;
– разработка функциональной схемы гироскопа;
– составление математической модели гироскопа;
– выбор материала изготовления, описание технологического процесса
изготовления МЭМС сенсора и технологического процесса сборки;
– расчет собственных частот;
– расчет емкостей гребенчатых структур;
– организация, планирование и оценка научной эффективности научно-
исследовательской работы;
– анализ опасных и вредных производственных факторов и разработка
комплекса защитных мероприятий.
Результаты теоретических исследований и расчетов показали, что
разработанный микромеханический гироскоп является надежным и
удовлетворяет требованиям технического задания.
Полученные результаты планируется в дальнейшем использовать для
изготовления экспериментального макета разработки и проверки на практике
характеристик, полученных теоретическим путем.
Список публикаций

1. Ковалева Ю. Ю. , Фролов Р. А. , Шагдыров Б. И. Развитие
иноязычной коммуникативно-культурной компетенции студентов технического
вуза в рамках проектной работы по дисциплине “Иностранный язык” //
Филологические науки. Вопросы теории и практики . – 2014 – №. 7-1. – C. 88-92
2. Ковалева Ю. Ю. , Фролов Р. А. , Шагдыров Б. И. Развитие
иноязычной коммуникативно-культурной компетенции студентов технического
вуза в рамках проектной работы по дисциплине “Иностранный язык” //
Лингвистика и межкультурная коммуникация: теоретические и
методологические проблемы современного образования: сборник трудов I
Российской научно-практической конференции с международным участием для
студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 15-17 Мая 2013. – Томск: ТПУ,
2013 – C. 43-49
3. Иванова В. С., Мертинс (Линейцева) К. В., Шагдыров Б. И. Развитие
языковой компетентности в техническом вузе // Functions of upbringing and
education in conditions of the accelerated socialization of the personality in the
modern society : Peer-reviewed materials digest (collective monograph) published
following the results of the CIII International Research and Practice Conference and II
stage of the Championship in Psychology and Educational sciences. – London :
IASHE. – 2015. – C. 49-52
4. Шагдыров И.Б., Балсанов М.Б., Петинова Н.Р., Шагдыров Б.И.
Исследование процесса разрушенных фуражных культур в трехступенчатом
измельчателе., Сборник научных трудов, Серия: технологии и технические
средства в АПК, Выпуск 11. Издательство ВСГУТУ, Улан-Удэ, 2015. С 102-105.
5. Шагдыров И.Б. Анализ влияния конструктивно-режимных
параметров на процесс измельчения фуражного зерна в многоступенчатом
измельчителе / И.Б.Шагдыров, В.И.Коновалов, Б.И.Шагдыров, А.И.Пунько //
Механизация и электрификация сельского хозяйства: межвед. тематич. сб.: в 2т.
/ РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства».- Минск,2014.
–Вып.48.-Т.2.-С.-104-110.
6. И.Б. Шагдыров, И.Я. Федоренко, В.В. Садов, Б.М. Балданов, Н.Р.
Петинова, Б.И. Шагдыров. Теоретическое обоснование технологической схемы
и оптимизация фракционного состава зерновой дерти, образуемой при
измельчении фуражного зерна в многоступенчатом измельчителе. Mongolian
journal of agricultural sciences.Vol.2 . Ulaanbaatar 2015. С 71-75.

1Запевалин А.И. Обзор высоко-аспектных процессов травления
кремния // Современная техника и технологии. 2014. № 6 [Электронный ресурс].
URL: http://technology.snauka.ru/2014/06/3970
2Гироскоп/ Википедия. [2013-2013]. Дата обновления: 13 мая 2016..
URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/
3Расчётнадёжностиупругихэлементовмикромехнических
гироскопов:учебноепособие,[Электронныйресурс]–URL:
http://window.edu.ru/resource/673/78673/files/itmo908.pdf#1
4Распопов В.Я. Микромеханические приборы. – М.: Машиностроение,
2007г. – 397с.
5Chinwuba D.E. Readout Techniques for High-Q Micromachined
Vibratory Rate Gyroscopes/ Chinwuba David Ezekwe // University of California at
Berkeley Ph.D. Dissertation. – 2007.
6Козорез Д.И. Современные информационные технологии в задачах
навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов,
[Электронный ресурс] – URL: https://books.google.ru/, свободный
7Костюченко Т.Г. T-Flex Анализ. Расчет собственных частот и форм
колебаний конструкций. Методические указания по выполнению лабораторного
практикума. – Томск: Изд. ТПУ,2005. – 21 с.
8Расчетная программа T-FLEX Анализ, [Электронный ресурс] – URL:
http://www.tflex.ru/products/raschet/analiz/, свободный
9Разработкамикромеханическихгироскопов,имеющихболее
широкийдиапазонизмерений[Электронныйресурс]–URL:
http://knowledge.allbest.ru/, свободный
10Микромеханическийгироскопкомпенсационноготипас
расширеннымдиапазономизмерения,[Электронныйресурс]–URL:
http://www.eltech.ru/assets/files/nauka/, свободный
11Микроэлектромеханические системы, [Электронный ресурс] – URL:
http://ru.wikipedia.org/wiki, свободный
12Учебноепособие“Расчетнадежностиупругихэлементов
микромеханических гироскопов” – Санкт-Петербург, 1999 г. 128с.
13Пешехонов, В. Г. Микромеханический гироскоп, разрабатываемый в
ЦНИИ «Электроприбор» / В. Г. Пешехонов [и др.] // Мехатроника,
автоматизация, управление. – 2008. – № 2. – С.29-31.
14Реактивное ионное травление,[Электронный ресурс] – URL:
http://ru.wikipedia.org/wiki, свободный
15Видяев И.Г. Финансовый менеджмент, ресурсоэфективность и
ресурсосбережение: учебно-методическое пособие / Н.А. Гаврикова, Л.Р.
Тухватулина, И.Г. Видяев. – Томск: Издательство Томского политехнического
университета, 2014. – 73 с.
16ГОСТ 12.0.003-74. ССБТ. Опасные и вредные производственные
факторы. Классификация
17ГОСТ12.1.005-88.ССБТ.Общиесанитарно-гигиенические
требования к воздуху рабочей зоны
18СанПиН 2.2.4.1191–03. Электромагнитные поля в производственных
условиях.