ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МАЯТНИКОВОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА. ВОЗМОЖНЫЕ ФОРМЫ
КОЛЕБАНИЙ 9
1.1. Описание конструкции маятникового акселерометра 9
1.2. Возможные формы колебаний 12
1.3. Основные выводы по главе 1 13
ГЛАВА 2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ О ДВИЖЕНИИ
ИНЕРЦИОННОЙ МАССЫ С ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ АНАЛИТИЧЕСКИМ И ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДАМИ.
2.1. Математическая постановка 14
2.2. Вывод уравнения движения. Аналитическое решение задачи движения инерционной массы с двумя степенями свободы аналитическим методом
2.3. Главные формы и частоты малых колебаний маятника 18
2.3.1. Вывод системы уравнений движения инерционной
массы с учетом внешних и возникающих внутренних усилий 18
2.3.2. Нахождение собственных частот 22
2.3.3. Определение собственных форм колебаний 24
2.4. Численное решение задачи с помощью пакета MatLab 28
2.5. Определение резонансных режимов 31
2.6. Сравнение аналитического и численного методов с
экспериментальными данными
2.7. Основные выводы по главе 2 33
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ КОНСТРЕКТИВНЫХ ЧАСТЕЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО
ЭЛЕМЕНТА АКСЕЛЕРОМЕТРА НА ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ
3.1. Исследование влияния золотого напыления,
нанесенного поверх упругой перемычки чувствительного элемента, на динамические характеристики системы
3.2. Исследование влияния смещения центра тяжести
инерционной массы, на динамические характеристики системы 41
3.3. Основные выводы по главе 3 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 49
ПРИЛОЖЕНИЕ А 51
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 52
Купить

В современном мире, одним из главных направлений в развитии техники является создание приборов, обладающих малыми размерами, массой, энергозависимостью и себестоимостью, выполняющих поставленные задачи с заданной точностью.
Уже в 19 веке, с появлением различного рода технических устройств: паровозов, автомобилей, перед инженерами встала проблема контроля скорости их движения, а также ускорения. Для измерения данных величин, были изобретены акселерометры. На шкале таких приборов обязательно указывалось предельное значение ускорения (допустимая для данного рода аппарата), преувеличение которой могло привести к поломке двигателя паровоза или автомобиля. Поэтому установка акселерометров обеспечивало безопасность при эксплуатации транспортных средств.
При изобретении первых летательных аппаратов и в дальнейшем их усложнением, возникла проблема определения не только ускорения, но и положения тел в пространстве. Так как летательный аппарат должен быть легкий, имеющиеся в то время акселерометры уже не подходили для данных задач из-за своих больших габаритов и массы. Поэтому уже в 60-х годах 20 столетия начались научно-технические разработки в области миниатюрных приборов. Главным нововведением стал уход от массивных приборов, состоящих из нескольких деталей, к приборам, конструкции которых выполненных всего лишь на одном кристалле кремния или кварца, объединяющие в себе чувствительные элементы, разного рода электронные компоненты. Такие приборы принято называть микроэлектромеханическими системами (МЭМС).
МЭМС - это не только система, представляющая собой миниатюрную конструкцию, но и объединяющая в себе технологически сложные процессы по созданию различного рода датчиков для измерения механических величин.
В настоящее время диапазон применения акселерометров очень широк: мобильная индустрия, системы подушек безопасности и стабилизации автомобилей, также интеграция со спутниковыми и навигационными системами, определяющими положение тела в пространстве и координат разнообразного рода летательных, надводных, подводных аппаратов, наземных транспортных средств, роботов и т.д.
Акселерометры состоят из инерционной массы (ИМ), которая с помощью упругих элементов подвеса смонтирована в корпусе. Реализация выходного сигнала и принципа измерения обеспечивается преобразователями перемещений, деформаций, сил и электроникой[14].
Конструктивный узел, включающий в себя ИМ и подвес с элементами крепления, можно определить как чувствительный элемент (ЧЭ) акселерометра.
В данной работе рассматривается ИМ маятникового акселерометра. В устройствах такого типа конструкция упругого подвеса обеспечивает движением ИМ вдоль оси чувствительности. Акселерометры с одной осью чувствительности называются однокомпонентными.
Основными характеристиками акселерометров являются чувствительность, диапазон измерений, полоса пропускания частот, масштабный коэффициент, точность, быстродействие и др.
1-Запорное кольцо, 2-пружина, 3-магнитная система, 4-инерционная масса, 5-обойма чувствительного элемента В настоящее время перед инженерами стоят задачи получения точных и правдоподобных данных с акселерометра об изменяющихся ускорениях, наряду с этим - нахождения его резонансных режимов.
Зачастую, для достижения точных и адекватных показаний, инженер вносит изменения в какие-либо узлы системы, а за счет малых габаритов акселерометра это может отражаться на его поведении в целом, а также и на динамических характеристиках. Это влечет за собой получение неточных или неверных данных об изменяющихся ускорениях, что может привести к опасным ситуациям. Поэтому исследование этой проблемы является крайне актуальной.
Целью настоящей работы является вывод уравнения движения инерционной массы акселерометра, получение собственных частот и форм колебаний, а также получение данных о динамическом поведении инерционной массы при конструктивном изменении его частей.
Задачи
• Изучение публикаций, связанных с
микроэлектромеханическими системами.
• Изучение решения задач динамики.
• Решение динамической задачи с последующим получением собственных форм и частот колебаний.
• Верификация полученных результатов с реальными испытаниями.
• Изучения влияния золотого напыления на изменение динамических характеристик системы.
• Изучения влияния смещения центра тяжести инерционной массы, на изменение динамических характеристик системы.
Купить