برچسب : زیروسکوپ های با چند درجه آزادی, سرعت زاویه ای, طراحی و مدلسازی سنسور, فناوری سیستم های میکروالکترومکانیکی, نحوه طراحی زیروسکوپ سه محوره
دسته : مقاله
دسته : مقاله
لینک دانلود بعد از اضافه کردن پروژه به سبد خرید و پرداخت آن در اختیارتان قرار خواهد گرفت.
توضیحات
طراحی و مدلسازی سنسور سرعت زاویه ای سه محوره با استفاده از کنترل طبیعی
فصل اول
مقدمه
در این فصل ، خلاصه ای از سیستم های میکروالکترو مکانیکی، زیروسکوپ های میکروالکترو مکانیکی و کاربردهای آن و روش های کنترل زیروسکوپ میکروالکترومکانیکی ارائه می شود.همچنین سر فصل مطالب گفته شده در این پایان نامه نیز ذکر خواهد شد.
در این فصل ، خلاصه ای از سیستم های میکروالکترو مکانیکی، زیروسکوپ های میکروالکترو مکانیکی و کاربردهای آن و روش های کنترل زیروسکوپ میکروالکترومکانیکی ارائه می شود.همچنین سر فصل مطالب گفته شده در این پایان نامه نیز ذکر خواهد شد.
۱-۱ فناوری سیستم های میکروالکترومکانیکی
این فناوری در آمریکا تحت عنوان سیستم های میکروالکترومکانیکی شناخته می شود، ولی در اروپا به آن فناوری میکروسیستم می گویند. میکروسیستم ها به صورت تحت اللفظی سیتم های خیلی کوچک یا سیستم هایی هستند که از اجزای بسیار کوچکی ساخته شده اند.از طرف دیگر سیستم های میکروالکترومکانیکی بدین صورت تفسیر می شوند: میکرو نماینده یک مقیاس ابعادی، الکترو نماینده الکترونیک و مکانیکال نشان دهنده هر نوع قسمت متحرک است. اما سیستم های میکروالکترومکانیکی هر نوع شیء کوچک اهم از قطعات و سیستم های گرمایی، مغناطیسی، سال ونوری را در بر می گیرد، قسمت متحرک داشته باشند و چه نداشته باشند. در مجموع می توان گفت که MEMS هم یک جعبه ابزار، هم یک محصول فیزیکی و هم یک روش است:
–MEMS مجموعه ای از تکنیک ها و فرآیند ها برای طراحی و ساخت سیستم های بسیار کوچک است.
– MEMS یک محصول فیزیکی است که برای کاربرد خاصی طراحی می شود.بنابراین نمی توان انتظار داشت که آن را در هر فروشگاهی بتوان تهیه کرد.
– MEMS روشی برای ساخت قطعات است که پارامترهای فیزیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کرده و بسته به ساختار مکانیکی آنها، عملکرد مخصوص به خود را انجام می دهد.
اگر چه فقدان یک تعریف فراگیر احساس می شود ولی محصولات MEMS دارای ویژگی های منحصر به فردی می باشند. آنها قطعات بسیار کوچکی هستند که خود دارای اجزا و ساختارهای میکرو ماشین کاری شده می باشند و در درون سیستم ها تعبیه می شوند تا کارایی آنها را بالا ببرند. به عنوان مثال یک حسگر فشار به تنهایی استفاده کمی دارد، اما اگر در موتور ماشین نصب شود می تواند میزان ترکیب سوخت و هوا را کنترل کند. اغلب قطعات و سیستم های MEMS شامل چند نوع لیتوگرافی مبتنی بر میکرو فرآوری است که از صنعت میکروالکترونیک اقتباس شده و با روش های خاصی بهبود داده شده است که میکرو ماشین کار نامیده می شود. میکرو ماشین کاری مجموعه ای از ابزارهای طراحی و اخت است که به صورت ماشین به شکل اجزا و ساختارهایی که زیر حد بنیایی ما یعنی در ابعاد میکرونی هستند، ساخته می شوند. میکرو ماشین کاری زیر مجموعه ای از خط تولید MEMS است و در واقع جعبه ابزار آن محسوب می شود.
تولید اولین اجزای میکروماشین کاری شده به چند دهه قبل بر می گردد، اما این صنعت شناخته شده مدارهای مجتمع بود که نقش غیر قابل انکاری را در توسع و رشد فناوری میکروماشین کاری ایفا نمود. تولید انبوه که مشخصه صنعت میکروالکترونیک است باعث می شود که وقتی میزان تولید بالاست، هزینه آن به مقدار زیادی کاهش یابد.
–MEMS مجموعه ای از تکنیک ها و فرآیند ها برای طراحی و ساخت سیستم های بسیار کوچک است.
– MEMS یک محصول فیزیکی است که برای کاربرد خاصی طراحی می شود.بنابراین نمی توان انتظار داشت که آن را در هر فروشگاهی بتوان تهیه کرد.
– MEMS روشی برای ساخت قطعات است که پارامترهای فیزیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کرده و بسته به ساختار مکانیکی آنها، عملکرد مخصوص به خود را انجام می دهد.
اگر چه فقدان یک تعریف فراگیر احساس می شود ولی محصولات MEMS دارای ویژگی های منحصر به فردی می باشند. آنها قطعات بسیار کوچکی هستند که خود دارای اجزا و ساختارهای میکرو ماشین کاری شده می باشند و در درون سیستم ها تعبیه می شوند تا کارایی آنها را بالا ببرند. به عنوان مثال یک حسگر فشار به تنهایی استفاده کمی دارد، اما اگر در موتور ماشین نصب شود می تواند میزان ترکیب سوخت و هوا را کنترل کند. اغلب قطعات و سیستم های MEMS شامل چند نوع لیتوگرافی مبتنی بر میکرو فرآوری است که از صنعت میکروالکترونیک اقتباس شده و با روش های خاصی بهبود داده شده است که میکرو ماشین کار نامیده می شود. میکرو ماشین کاری مجموعه ای از ابزارهای طراحی و اخت است که به صورت ماشین به شکل اجزا و ساختارهایی که زیر حد بنیایی ما یعنی در ابعاد میکرونی هستند، ساخته می شوند. میکرو ماشین کاری زیر مجموعه ای از خط تولید MEMS است و در واقع جعبه ابزار آن محسوب می شود.
تولید اولین اجزای میکروماشین کاری شده به چند دهه قبل بر می گردد، اما این صنعت شناخته شده مدارهای مجتمع بود که نقش غیر قابل انکاری را در توسع و رشد فناوری میکروماشین کاری ایفا نمود. تولید انبوه که مشخصه صنعت میکروالکترونیک است باعث می شود که وقتی میزان تولید بالاست، هزینه آن به مقدار زیادی کاهش یابد.
۲-۱۰ زیروسکوپ های با چند درجه آزادی
در قسمت ۲-۶-۱ نشان داده شده که عملکرد زیروسکوپ با نوسانگرهای یم درجه آزادی مدهای تحریک و حس کننده به تغییرات در پارامترهای سیستم که موجب جابه جایی فرکانس تحریک و حس کننده می شود، بسیار حساس است. به ویژه هنگامی که ضریب کیفیت بالا باشد، ولو اینکه بهره بالایی با تطبیق کامل مدی حاصل شود، با تغییرات فرکانسی بسیار کوچک منجر به تغییرات ناگهانی بهره و فاز می شود. علاوه بر این ، نوسانات در شرایط میرایی مستقیماً روی بهره و فاز تأثیر مکی گذارد. در نمونه های عملی، برای اینکه به یک پاسخ پایدار دست یابیم، فرکانس های تشدید مدهای تحریک و حس کننده عمداً با فاصله از هم قرار می دهیم:
فصل سوم
طراحی و شبیه سازی زیروسکوپ جهت اندازه گیری سرعت زاویه ای در سه محور
در این فصل ، دو زیروسکوپ به صورت دقیق طراحی و شبیه سازی می شود.برای اندازه گیری سرعت زاویه ای در راستای محور x از یک زیروسکوپ محور عرضضی استفاده می کنیم. با چرخش۹۰ درجه ای همین زیروسکوپ در داخل صفحه سرعت زاویه ای در راستای محور y را اندازه گیری می کنیم. برای اندازه گیری سرعت زاویه ای در راستای محور z نیز از یک زیروسکوپ محور z با دو درجه آزادی در مد حس کننده استفاده می نماییم. طراحی مکانیکی و الکتریکی این زیروسکوپ ها همراه با توضیح عملکرد آنها به طور کامل شرح داده می شود.
۳-۱ نحوه طراحی زیروسکوپ سه محوره
ساخت یک زیروسکوپ با یک جرم حساس که بتواند به طور همزمان سرعت زاویه ای را در سه محور اندازه گیری کند امکان پذیر نمی باشد و با توجه به منابع مختلف در این زمینه عملاً چنین زیروسکوپی وجود ندارد و تمام زیروسکوپ ها مطابق آنچه که در فصل دوم ذکر شده از نوع یک محوره یا دو محوره هستند یعنی یک زیروسکوپ فقط می تواند سرعت زاویه ای را در یک محور یا دو محور اندازه گیری کند.