LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Удосконалювання первинних п'єзоелектричних перетворювачів лінійних та вібраційних прискорень

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ









Сарвар Іван





УДК 621.3.537.228.1






Удосконалювання первинних п'єзоелектричних перетворювачів лінійних та вібраційних прискорень








05.13.05 – “Елементи та пристрої обчислювальної техніки

та систем керування”







АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук











Одеса – 2000

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Черкаському інженерно-технологічному інституті Міністерства освіти і науки України.


Науковий керівник доктор технічних наук, професор Шарапов Валерій Михайлович, завідувач кафедри приладобудування Черкаського інженерно-технологічного інституту.

Офіційні опоненти: заслужений діяч науки і техніки України,

доктор технічних наук Куценко Альфред Миколайович, професор кафедри фізики Одеського державного політехнічного університету;

доктор фізико-математичних наук, професор Курмашев Шаміль Джамашевич, завідувач науково-дослідної лабораторії ”Сенсорна електроніка” Одеського державного університету ім. І.І. Мечникова.


Провідна установа Вінницький державний технічний університет.


Захист відбудеться "26" жовтня 2000 р. о 1330 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01. в Одеському державному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.



З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського державного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.


Автореферат розісланий 20 жовтня 2000 р.



Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Ямпольский Ю.С.




ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. Робота присвячена актуальним питанням подальшого удосконалювання та утворення нових елементів та пристроїв для систем управління, приладобудування та обчислювальної техніки, зокрема первинних п'єзоелектричних перетворювачів лінійних та вібраційних прискорень (акселерометрів).

Аналіз наукової і патентної інформації, вітчизняного і зарубіжного ринків дозволяє зробити ряд висновків:

  • п'єзоелектричні перетворювачі, (зокрема п'єзоелектричні акселерометри) нарівні з напівпровідниковими, є найбільш перспективними та такими, що інтенсивно розвиваються. Це пов'язано з їх твердотілістю, відносною простотою, відсутністю для багатьох модифікацій необхідності в джерелі живлення та іншими перевагами;

  • незважаючи на значні зусилля, які докладаються спеціалістами і фірмами в цій галузі, багато параметрів п'єзоелектричних акселерометрів потребують поліпшення;

  • від характеристик перетворювачів значною мірою залежать точність і надійність роботи систем управління і регулювання, приладів контролю технологічних процесів, характеристик навколишнього середовища, безпека роботи ядерних, теплових, хімічних установок, літальних апаратів і морських об'єктів, тому роботи щодо створення нових і удосконалюванню відомих перетворювачів є досить актуальними. Слід також зазначити, що в Україні не налагоджено виробництво п'єзоелектричних перетворювачів лінійних і вібраційних прискорень (акселерометрів) для ракетної техніки, авіації і випробувальної техніки, систем управління тощо.

Придбання ж таких перетворювачів за кордоном досить проблематичне через їх високу ціну. Наприклад, один з перетворювачів фірми «Kistler Instrumente AG» коштує стільки ж, як і вітчизняний автомобіль.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота проводилась у відповідності з держбюджетною фундаментальною науково-дослідною роботою (держ. реєстр. № 197V015160) "Створення континуальних механіко-математичних моделей та основ аналізу функціональних параметрів і синтезу шаруватих п’єзоелектричних перетворювачів".

Мета і задачі дослідження. Метою даного дослідження є розробка методів та засобів удосконалювання первинних п'єзоелектричних перетворювачів лінійних та вібраційних прискорень (акселерометрів). Досягнення цієї мети створює основи для проектування конкурентоспроможних зразків цього виду продукції.

Поставлена мета має бути досягнута:

  • шляхом побудови та дослідження фізичних і математичних моделей акселерометрів, які більш точно описують досліджувані перетворювачі;

  • шляхом дослідження впливу розмірів і форми елементів акселерометрів, електричних режимів їх роботи та схем включення перетворювачів;

  • шляхом застосування нових, нетрадиційних для даних перетворювачів елементів, типів коливань і т. ін.

В дисертації сформульовані і вирішені такі задачі:

  • Побудова та дослідження механічної моделі багатоелементного акселерометра для отримання інформації про вплив закріплення на об'єкті.

  • Побудова і дослідження математичної моделі біморфного акселерометра для встановлення впливу конструктивних розмірів і механічних характеристик матеріалу на його чутливість.

  • Дослідження впливу контактної жорсткості на чутливість багатокомпонентних акселерометрів.

  • Розробка методики розрахунку монолітних циліндричних акселерометрів.

  • Дослідження впливу параметрів вимірювальних ланцюгів на характеристики акселерометрів.

  • Наукове обґрунтування принципів проектування та побудови конструктивних схем монолітних, багатоелементних мономорфних, біморфних і триморфних одно- і трикоординатних акселерометрів з покращеними характеристиками.

    Об’єкт дослідження – розробка методів і засобів удосконалення первинних п’єзоелектричних перетворювачів лінійних та вібраційних прискорень, що використовуються в системах керування рухом, приладобудуванні та випробувальній техніці.

    Предмет дослідження – п’єзоелектричні перетворювачі лінійних та вібраційних прискорень.

    Методи досліджень. Для розв’язання поставленої задачі використовувались методи лінійної теорії електропружності. Для побудови наближених рішень використовувались методи теорії коливань для систем із зосередженими параметрами. Для аналізу перетворювачів використовувались також методи теорії автоматичного управління, радіотехніки, методи теорії ймовірності та математичної статистики, фізичні експерименти на макетах і дослідних зразках.

    Достовірність отриманих наукових результатів і висновків перевірена порівнянням теоретичних положень з експериментальними даними та залежностями, виготовленням дослідних зразків та їх випробуванням.

    Наукова новизна одержаних результатів. Наукову новизну роботи складають побудова і дослідження нових фізичних і математичних моделей п'єзоелектричних акселерометрів, що дає можливість більш точно оцінювати їх технічні характеристики, наукове обґрунтування методів розрахунку і побудови конструкцій і технічних рішень п'єзоелектричних акселерометрів з поліпшеними технічними характеристиками.

    В тому числі:

    • вперше побудована і досліджена механічна і математична модель акселерометра і об'єкта, на якому він закріплюється, при цьому, зокрема, встановлено, що резонансна частота закріпленого акселерометра зменшується;

    • вперше побудована і досліджена математична модель біморфного акселерометра, закріпленого по твірній, при цьому встановлено, що залежність чутливості акселерометра в дорезонансній області від відношення товщин і радіусів п'єзоелектричної і металічної пластин має область оптимальних значень геометричних розмірів;

    • вперше встановлена залежність чутливості багатоелементного акселерометра від контактної жорсткості між п'єзоелементом і інерційною масою для дорезонансної області, при цьому встановлено, що чутливість акселерометра може бути збільшена при


  •